電能質(zhì)量分析儀中同步采樣方法及電參數(shù)檢測研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的飛速發(fā)展，各種非線性和沖擊性負(fù)載大量接入電網(wǎng)，使可能造成電能質(zhì)量問題的因素不斷增多，電能質(zhì)量問題逐漸引起廣泛關(guān)注。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用檢測技術(shù)盡可能無失真地獲取電網(wǎng)信號的重要信息，通過電能參數(shù)檢測算法實(shí)時、準(zhǔn)確地測量出相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)，并提供完備的相關(guān)數(shù)據(jù)，對于電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量問題的監(jiān)管和治理具有重要意義。
　　其中涉及到兩大難題，一是如何有效獲取電網(wǎng)信號的盡可能真實(shí)的原始信息，二是，如何根據(jù)獲取的基本信息準(zhǔn)確

2、而快速地計算出相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)，本文將對以上問題的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討和研究。
　　針對第一大難題，考慮到異步采樣方法所需數(shù)據(jù)量較多、算法復(fù)雜、精度也不好，不太適合多參量的實(shí)時性測量，因此，本文選取同步采樣作為獲取電網(wǎng)信號原始信息的基本途徑，著重研究了以下兩種同步精度較高且實(shí)現(xiàn)相對簡單的同步方法。
　　方法一，針對傳統(tǒng)數(shù)字鎖相環(huán)路通常其捕獲范圍較窄、通用性不強(qiáng)且鎖定時間和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間難以平衡的問題，本文設(shè)計了一種改進(jìn)型數(shù)字鎖相

3、環(huán)。具有自適應(yīng)功能的參數(shù)調(diào)整模塊可以動態(tài)調(diào)整控制參數(shù)使鎖相環(huán)在快捕期、過渡期和慢捕期三個不同工作狀態(tài)間協(xié)調(diào)切換以提高性能。經(jīng)過實(shí)際仿真與驗(yàn)證，當(dāng)選取系統(tǒng)時鐘為50MHz，對于頻率在20Hz~48kHz范圍內(nèi)的輸入信號，該鎖相環(huán)能夠在1~8個時鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)鎖定，且同步誤差在200ns以內(nèi)。
　　方法二，為了克服傳統(tǒng)軟件同步方法中采樣間隔誤差累積以及原理性的中斷響應(yīng)延時時間的分散性問題，本文提出了一種基于 FPGA的硬件等效同步采樣新

4、方法。以FPGA為平臺，先用高速定頻 f s采樣，然后經(jīng)動態(tài)抽取算法使平均同步誤差和抽樣間隔點(diǎn)數(shù)誤差始終保持在1/ fs時間以內(nèi)，近似實(shí)現(xiàn)等間隔采樣。
　　其中，方法一中的系統(tǒng)具有非線性，控制參數(shù)的選定需要依靠經(jīng)驗(yàn)和不斷反復(fù)調(diào)試，但其對硬件要求低，成本低，同步誤差也?。欢椒ǘτ布筝^高，成本也相對較高，其性能隨采樣速率的提高而增強(qiáng)，還會增加功耗，但實(shí)現(xiàn)簡單。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，當(dāng)采樣頻率為10MHz時，兩種方法的同步誤差和對電能參

5、數(shù)的測量結(jié)果基本一致，故在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取合適的同步采樣方法。
　　針對第二大難題，本文根據(jù)同步采樣的研究成果，選取基于 FFT的方法計算電參數(shù)，研究了非2的整數(shù)次冪的混合基FFT算法，并針對其計算量巨大的問題作了改進(jìn)，使其在保證原始算法的精度的同時大大減小了計算量，并利用 FP GA的高度并行處理能力設(shè)計了改進(jìn)型混合基 FFT算法的實(shí)現(xiàn)方案。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)2560點(diǎn)FF T算法的計算時間約為14525個系