高精度功率分析仪的软件设计与实现

作     者：唐月明 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢华

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：高精度功率分析仪 数据校准 参数运算 人机交互 

摘      要：随着电子技术的发展,各种功率设备的各项功率指标的测量越来越重要。对于电压电流波形有明显畸变、供电不平衡等场合,普通的功率计已经越来越难以满足高精度的测量需求;虽然可以采用多种仪器来共同完成测试任务,但测试系统复杂、搭建难度大。需要一台具有高次谐波分析、精确的各种功率参数测量和实时波形显示功能的多通道高精度功率分析仪来完成所有关键功率参数的测量。与国外高端产品相比,国内的高精度功率分析仪在功能和技术指标上还存在较大差距,因此,高精度功率分析仪的研究很有必要。本文首先设计了以OMAP-L138双核处理器为核心的高精度功率分析仪的软件总体方案。在该方案中,DSP程序负责将FPGA发送过来的数据进行校准和参数运算,ARM程序负责人机交互系统的设计与实现。对采样数据进行校准是实现电压、电流测量高精度的方法。本文采用了一种基于正弦激励和DFT变换的非线性校准算法,并结合项目实际情况设计了合适的校准区间。仿真结果表明,在系统存在5%幅度（26dB）随机白噪声的情况下,对比校准区间为半周期的情况,当校准区间为一周期时,算法在满量程附近的校准误差从?6?10-4降低至?1?10-4。在谐波测量方面,由于基2-FFT算法在采样点数方面的限制,本文引入了混合基FFT谐波测量算法。经仿真验证,该算法能够克服基2-FFT算法的缺陷,精确地计算出各阶次谐波的含量。在功率运算方面,本文结合IEC标准,确定了系统在不同接线方式下功率参数的测量方法。本文通过实现人机交互界面的数据交互和事件管理关键技术,最终样机的人机交互界面既能对波形进行实时显示,又能对功率参数进行多样化显示。最后实际做出了一台完整的高精度功率分析仪。将研发的高精度功率分析仪在实际平台上进行系统功能和性能测试。测试结果表明,该高精度功率分析仪的各种参数测量功能均工作正常;本文通过使用校准算法,并设计合适的校准参数,将仪器的电压、电流测量精度从0.088%FS提高至0.04%FS,使本高精度功率分析仪的电压、电流测量精度符合指标要求。频率、有功功率、无功功率、谐波参数的测量精度均符合指标要求。