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

1、隨著我國經(jīng)濟與技術的飛速發(fā)展，各種非線性和沖擊性負載大量接入電網(wǎng)，使可能造成電能質量問題的因素不斷增多，電能質量問題逐漸引起廣泛關注。依據(jù)相關標準，利用檢測技術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)檢測算法實時、準確地測量出相關電能質量參數(shù)，并提供完備的相關數(shù)據(jù)，對于電力系統(tǒng)中電能質量問題的監(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)信號的盡可能真實的原始信息，二是，如何根據(jù)獲取的基本信息準確

2、而快速地計算出相關電能質量參數(shù)，本文將對以上問題的關鍵技術進行探討和研究。
　　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、算法復雜、精度也不好，不太適合多參量的實時性測量，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，本文設計了一種改進型數(shù)字鎖相

3、環(huán)。具有自適應功能的參數(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)過實際仿真與驗證，當選取系統(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數(shù)誤差始終保持在1/ fs時間以內(nèi)，近似實現(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)驗和不斷反復調(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，還會增加功耗，但實現(xiàn)簡單。根據(jù)實測結果，當采樣頻率為10MHz時，兩種方法的同步誤差和對電能參

5、數(shù)的測量結果基本一致，故在應用中應根據(jù)實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，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計了改進型混合基 FFT算法的實現(xiàn)方案。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PGA實現(xiàn)2560點FF T算法的計算時間約為14525個系