基于FPGA的電力諧波檢測系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、隨著我國電網(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。諧波檢測問題，是研究其他諧波問題的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外對諧波檢測理論做了大量的研究，在實際應(yīng)用中主要采用檢測效果較好、而運算時間相對于DFT縮短了幾個數(shù)量級，且應(yīng)用比較成熟的FFT諧波檢測理論。在諧波檢測儀器設(shè)計方面，國內(nèi)儀器絕大部分都是基于DSP的設(shè)計，在儀器功能和設(shè)計成本的降低上還有待于進(jìn)一步提高。 現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA是近年來得到迅

2、速發(fā)展和應(yīng)用的新型可編程器件，其在數(shù)字信號處理方面的優(yōu)越性，使得電子設(shè)計的規(guī)模和集成度不斷提高，同時也給諧波檢測系統(tǒng)的設(shè)計提供了一種新的設(shè)計思想。 本文從諧波檢測理論和實現(xiàn)方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數(shù)字統(tǒng)的相關(guān)問題。深入研究了FFT理論在諧波檢測中的應(yīng)用，分析了FFT理論在諧波檢測中應(yīng)用時會出現(xiàn)的頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)的問題，在對比了三種解決頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)問題方案的基礎(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)的問題。 在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計上，本課題的硬件設(shè)計主要包括：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、鍵盤和顯示單元、分析結(jié)果存儲單元、上位機(jī)通訊單元。其中數(shù)據(jù)采集單元采用了動態(tài)浮點采集技術(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)計采用了基—2按時間抽取算法(DIT)，在基于FGPA的FFT單元中設(shè)計了蝶形運算單元、數(shù)據(jù)截取單元、地址產(chǎn)生單元、乒

4、乓存儲單元和旋轉(zhuǎn)因子ROM存儲單元。整個FFT單元設(shè)計采用流水線結(jié)構(gòu)，其中蝶形運算單元采用并列結(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。整個設(shè)計以Altera公司Cyclone系列FPGA芯片為核心設(shè)計硬件平臺，以Altera公司提供的QuartusⅡ為軟件平臺，利用VHDL語言實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)計。整個系統(tǒng)分析結(jié)果可以實時顯示，或通過串口協(xié)議傳送至上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，便于整個電網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)配。通過檢測結(jié)果表明