基于DSP+ARM的便攜式電能質(zhì)量分析儀設(shè)計(jì)
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FFT變換是電能質(zhì)量分析的重要工具，為提高采用FFT變換的計(jì)算精度，需要通過硬件或軟件方法實(shí)現(xiàn)整周期采樣。整周期采樣就是要求采樣的數(shù)據(jù)剛好是信號(hào)的整個(gè)周期或是倍數(shù)，也就是假如信號(hào)周期為T，就是要保證：N／fs=L×T其中，L為整數(shù)；fs為采樣頻率；N為采樣點(diǎn)數(shù)。
在實(shí)際采樣中，通常做不到整周期采樣，即使知道信號(hào)的周期，采取同步采樣，也只能使信號(hào)中的某些頻率(工頻及其倍頻)接近整周期采樣，而不能使信號(hào)中所有的頻率成分(如噪聲等)都是整周期采樣。非整周期采樣的直接的后果就是頻譜泄露，使獲得的頻率成分不準(zhǔn)；第二個(gè)后果就是對(duì)于頻率相隔較近的多頻率成分信號(hào)來(lái)說，會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。
為簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)本文采用非整周期采樣，通過加窗傅里葉變換來(lái)減小頻譜泄露和干涉。通過加窗傅里葉變換法可以精確計(jì)算出50次以下諧波的幅值和相位。從諧波分析結(jié)果進(jìn)一步計(jì)算可以得到三相系統(tǒng)各相的有效值、頻率、功率、相位差、失真度和不平衡度等基本電參數(shù)。
微分算子可以檢測(cè)瞬變，而小波濾波器的N階消失矩和N次卷積微分算子具有等價(jià)關(guān)系。在此原理基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于小波變換的電壓瞬變檢測(cè)算法。在短時(shí)電壓驟升驟降和浪涌電流檢測(cè)中，使用了實(shí)時(shí)真有效值計(jì)算方法，通過有效值與閾值的比較來(lái)判斷有無(wú)事件發(fā)生。電壓閃變的評(píng)估使用了IEC推薦的同步檢波法，通過IEC測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)閃變測(cè)量值進(jìn)行校準(zhǔn)。在此硬件平臺(tái)所設(shè)計(jì)的暫態(tài)電能質(zhì)量分析軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓瞬變、短時(shí)電壓驟升驟降、浪涌電流、諧波、三相不平衡度、電壓閃變等項(xiàng)目的測(cè)量。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/195448.htm
3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果
搭建了以Chroma 61702功率信號(hào)源及三相交流電機(jī)組成的Y型接法測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)本檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析功能和暫態(tài)分析功能進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)測(cè)表明該系統(tǒng)具有較高的測(cè)量精度，能夠精確測(cè)量電壓電流有效值、功率能量值、最高50次諧波分量、三相不平衡度、短時(shí)閃變值和長(zhǎng)時(shí)間閃變值，各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。
該儀器可以捕捉電網(wǎng)實(shí)時(shí)真有效值并顯示結(jié)果，方便觀測(cè)者檢測(cè)電網(wǎng)電壓事件，同時(shí)本儀器可以實(shí)時(shí)捕捉電壓電流波動(dòng)與閃變、電壓跌落等事件，并將事件存儲(chǔ)于SD卡中以便用戶隨時(shí)讀取。
4 結(jié)語(yǔ)
本文從便攜式儀器設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種電能質(zhì)量分析儀。該儀器用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理，快速準(zhǔn)確的計(jì)算出各項(xiàng)電能質(zhì)量指標(biāo)，能夠進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析；用ARM嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、人機(jī)界面及系統(tǒng)控制，結(jié)合WinCE操作系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性，為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量分析儀智能化及網(wǎng)絡(luò)化提供了良好的平臺(tái)。通過實(shí)際測(cè)試，表明該儀器各項(xiàng)指標(biāo)均滿足IEc電能質(zhì)量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。通過選用低功耗器件，以及采用電源控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低功耗；系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，集成度比較高，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的便攜式設(shè)計(jì)。
評(píng)論