基于FPGA的電力諧波檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)電網(wǎng)裝機(jī)容量不斷的增大和電力電子器件的大量介入，電力諧波已成為電力系統(tǒng)中的公害。諧波檢測(cè)問(wèn)題，是研究其他諧波問(wèn)題的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)諧波檢測(cè)理論做了大量的研究，在實(shí)際應(yīng)用中主要采用檢測(cè)效果較好、而運(yùn)算時(shí)間相對(duì)于DFT縮短了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，且應(yīng)用比較成熟的FFT諧波檢測(cè)理論。在諧波檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)儀器絕大部分都是基于DSP的設(shè)計(jì)，在儀器功能和設(shè)計(jì)成本的降低上還有待于進(jìn)一步提高。 現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列FPGA是近年來(lái)得到迅

2、速發(fā)展和應(yīng)用的新型可編程器件，其在數(shù)字信號(hào)處理方面的優(yōu)越性，使得電子設(shè)計(jì)的規(guī)模和集成度不斷提高，同時(shí)也給諧波檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種新的設(shè)計(jì)思想。 本文從諧波檢測(cè)理論和實(shí)現(xiàn)方法上探討了高精度、高實(shí)時(shí)性諧波檢測(cè)數(shù)字統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題。深入研究了FFT理論在諧波檢測(cè)中的應(yīng)用，分析了FFT理論在諧波檢測(cè)中應(yīng)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)的頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的問(wèn)題，在對(duì)比了三種解決頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)問(wèn)題方案的基礎(chǔ)上，采用了頻率同步法中的鑒相倍頻技術(shù)，有效的解決了

3、頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的問(wèn)題。 在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，本課題的硬件設(shè)計(jì)主要包括：CT/PT傳感器單元、鑒相倍頻同步電路、數(shù)據(jù)采集單元、微處理器控制系統(tǒng)、基于FPGA的FFT處理單元、鍵盤(pán)和顯示單元、分析結(jié)果存儲(chǔ)單元、上位機(jī)通訊單元。其中數(shù)據(jù)采集單元采用了動(dòng)態(tài)浮點(diǎn)采集技術(shù)，較好的滿足了系統(tǒng)采集速度和采集精度的需要。軟件的設(shè)計(jì)采用了基—2按時(shí)間抽取算法(DIT)，在基于FGPA的FFT單元中設(shè)計(jì)了蝶形運(yùn)算單元、數(shù)據(jù)截取單元、地址產(chǎn)生單元、乒

4、乓存儲(chǔ)單元和旋轉(zhuǎn)因子ROM存儲(chǔ)單元。整個(gè)FFT單元設(shè)計(jì)采用流水線結(jié)構(gòu)，其中蝶形運(yùn)算單元采用并列結(jié)構(gòu)，明顯的提高了FFT處理單元的利用率，可以滿足高速的數(shù)據(jù)流處理需要。整個(gè)設(shè)計(jì)以Altera公司Cyclone系列FPGA芯片為核心設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)，以Altera公司提供的QuartusⅡ?yàn)檐浖脚_(tái)，利用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分析結(jié)果可以實(shí)時(shí)顯示，或通過(guò)串口協(xié)議傳送至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，便于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)配。通過(guò)檢測(cè)結(jié)果表明