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随着国民经济的发展,电能作为一种商品日益受到人们的关注,同时由于近年来电力电子技术的不断发展和电网中非线性负荷的大量投入使用,使得电网中非线性、不稳定性和不对称性等“电力污染”因素严重影响了电能质量,甚至对国民经济造成直接损失。通过对电能质量的不问断监测、记录和分析,可以实时监测电网中的电能质量,分析产生和影响电能质量的原因,为提高和改善电能质量提供重要依据。
论文采用DSP和CPID相结合,设计开发了一种基于DSP的多功能电能质量监测仪。可以在线测量电网的电压、电流、功率等基本电能参数,评估谐波、频率偏差、电压波动及闪变等电能质量指标,记录电能质量参数和指标越限事件并对越限事件作出报警反应。系统外设接口丰富,板上设计有键控LCD显示人机交互系统,可以现场查询数据。扩展的SD卡可以方便存取大量的实时数据(支持热拔插功能)。此外系统扩展了RS232/485本地通讯接口和嵌入式以太网通信接口,可通过因特网实现远程通信,这些扩展的通信接口可以方便开发上位机数据库管理软件和实现远程监控。
论文重点介绍了以下几个部分:首先是电能质量各项指标的测量原理和方法,详细介绍了实现谐波分析的FFT运算和国家标准规定的电能质量指标计算原理方法。其次是系统的硬件电路设计,介绍了DSP和CPID的硬件总体架构方案完成DSP高速数字核心板和CPLD外设及功能处理板的设计,同时在硬件设计时充分考虑了EMC/EMI(电磁兼容和电磁干扰)的问题以提高系统稳定性和抗干扰能力。系统软件的开发设计主要介绍基于源码公开的实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ下系统的各个任务模块,包括μC/OS-Ⅱ在F2812 DSP上的移植和AD采样任务、FFT及数字滤波任务、键控与LCD显示等任务的开发;特别在μC/OS-Ⅱ操作系统上移植了LwIP轻型TCP/IP协议栈并开发了DM9000以太网芯片的驱动程序,用于实现系统基于以太网技术的远程监控。最后介绍了系统的软硬件调试及系统集成,在此基础上实现了整个系统的样机测试,也提出了尚需解决的相关问题和待完成的工作,并对本课题作了总结,展望了未来的发展趋势。