基于FPGA的諧波分析儀的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著各種非線性電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證電氣設(shè)備和用電人員的安全，治理電磁環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境，研究實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的電力諧波分析系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析和監(jiān)控，都具有重要的理論和工程實(shí)際意義。 目前實(shí)際應(yīng)用的電力諧波分析系統(tǒng)大多是以單片機(jī)為核心組成。單片機(jī)運(yùn)行速度慢，實(shí)時(shí)性較差，不能滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性越來(lái)越高的要求。另外，單片機(jī)的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)較

2、少，這使得由單片機(jī)構(gòu)成的電力諧波分析系統(tǒng)外圍電路龐大，系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性上都大打折扣。 本文首先研究了電力諧波的產(chǎn)生，危害及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)電力諧波檢測(cè)中常用的各種算法進(jìn)行分析和比較；然后介紹了FPGA芯片的特性和SOPC系統(tǒng)的特點(diǎn)，并分析比較了傳統(tǒng)測(cè)量諧波裝置和基于FPGA的新型諧波測(cè)量?jī)x器的特性。綜述了可編程元器件的發(fā)展過(guò)程、主要工藝發(fā)展及目前的應(yīng)用情況。 然后，對(duì)整個(gè)諧波處理器系統(tǒng)的框架及結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，包括系

3、統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)分配，外圍硬件電路的結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)流程。其后，針對(duì)系統(tǒng)外圍硬件電路、FFTIP核設(shè)計(jì)和SOPC系統(tǒng)的組建，進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用NiosⅡ處理器核和FFT運(yùn)算協(xié)處理器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。FFT運(yùn)算用專門的FFT運(yùn)算協(xié)處理器核完成，使得系統(tǒng)克服的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差和速度慢的缺點(diǎn)。FFTIP核采用現(xiàn)在ASIC領(lǐng)域的一種主流硬件描述語(yǔ)言VHDL進(jìn)行編寫，采用順序的處理結(jié)構(gòu)和IEEE浮點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、占用硬件資源少和高運(yùn)