【摘 要】
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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、
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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Microsoft Visual Studio 2013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。
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