基于FPGA和ARM的电能质量分析系统设计
随着风力、太阳能等新能源的大规模并网使得电力系统复杂程度越来越高，加上连接到电力线路上的非线性、冲击性干扰负载的数量不断增加，电能质量问题日益凸显，包括电压波动、三相不平衡、谐波等。较差的电能质量不仅会降低高精密设备性能和工业生产效率，造成电能损耗和资源浪费，甚至会威胁到电网供电可靠性。因此，要想保证电力系统供电可靠性和改善供电质量，必须做到对电网电能质量的实时监测和分析。 本文首先概述了电能质量问题产生的原因及其带来的危害，针对电能质量标准和分析装置进行了国内外研究现状的对比，并讨论了未来发展的趋势。然后介绍了电能质量评价指标的定义及其测量方法，对比各种测量方法的优缺点并选择适合本次设计的方法。最后根据电能质量的国家标准，设计了一种基于FPGA和ARM的电能质量分析系统。 本文系统主要由三部分组成：数据采集、FPGA+ARM控制、上位机软件。数据采集部分包括电压电流信号调理电路、AD7606模数转换电路。数据处理模块基于ARM+FPGA双核心架构，通过FPGA控制，达到对电网三相电压、电流信号的同步采样，完成三相锁相环算法对频率进行同步跟踪，对电流信号的谐波分析采用深度为256的快速傅立叶变换，FPGA与ARM之间利用FSMC进行通信。在STM32上移植嵌入式实时操作系统FreeRTOS来进行任务调度，管理各种外设并进行数据计算和处理，通过串口通信将电能质量各项参数传输至数据分析软件。上位机软件是用C#语言在MicrosoftVisualStudio2013上完成，实现了电能质量指标和波形的显示。 最后使用信号发生器进行系统测试，利用代表性输入信号，测试系统的测量精度。测试结果表明本系统达到了电能质量分析的基本要求，具有应用价值。
电能质量;FPGA技术;快速傅里叶变换;FreeRTOS
武汉纺织大学
硕士
电子与通信工程
张明;叶磊
2020
中文
TM732
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）