基于DSP+ARM的便攜式電能質(zhì)量分析儀設(shè)計
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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變換的計算精度，需要通過硬件或軟件方法實現(xiàn)整周期采樣。整周期采樣就是要求采樣的數(shù)據(jù)剛好是信號的整個周期或是倍數(shù)，也就是假如信號周期為T，就是要保證：N／fs=L×T其中，L為整數(shù)；fs為采樣頻率；N為采樣點數(shù)。
在實際采樣中，通常做不到整周期采樣，即使知道信號的周期，采取同步采樣，也只能使信號中的某些頻率(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；第二個后果就是對于頻率相隔較近的多頻率成分信號來說，會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。
為簡化硬件設(shè)計本文采用非整周期采樣，通過加窗傅里葉變換來減小頻譜泄露和干涉。通過加窗傅里葉變換法可以精確計算出50次以下諧波的幅值和相位。從諧波分析結(jié)果進一步計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關(guān)系。在此原理基礎(chǔ)上設(shè)計了基于小波變換的電壓瞬變檢測算法。在短時電壓驟升驟降和浪涌電流檢測中，使用了實時真有效值計算方法，通過有效值與閾值的比較來判斷有無事件發(fā)生。電壓閃變的評估使用了IEC推薦的同步檢波法，通過IEC測試數(shù)據(jù)對閃變測量值進行校準。在此硬件平臺所設(shè)計的暫態(tài)電能質(zhì)量分析軟件可實現(xiàn)對電壓瞬變、短時電壓驟升驟降、浪涌電流、諧波、三相不平衡度、電壓閃變等項目的測量。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/195448.htm
3 系統(tǒng)測試結(jié)果
搭建了以Chroma 61702功率信號源及三相交流電機組成的Y型接法測試系統(tǒng)，對本檢測系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析功能和暫態(tài)分析功能進行檢測。實測表明該系統(tǒng)具有較高的測量精度，能夠精確測量電壓電流有效值、功率能量值、最高50次諧波分量、三相不平衡度、短時閃變值和長時間閃變值，各項測試指標滿足設(shè)計要求。
該儀器可以捕捉電網(wǎng)實時真有效值并顯示結(jié)果，方便觀測者檢測電網(wǎng)電壓事件，同時本儀器可以實時捕捉電壓電流波動與閃變、電壓跌落等事件，并將事件存儲于SD卡中以便用戶隨時讀取。
4 結(jié)語
本文從便攜式儀器設(shè)計的角度出發(fā)，設(shè)計了一種電能質(zhì)量分析儀。該儀器用DSP實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理，快速準確的計算出各項電能質(zhì)量指標，能夠進行穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析；用ARM嵌入式平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、人機界面及系統(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。通過實際測試，表明該儀器各項指標均滿足IEc電能質(zhì)量測量標準。通過選用低功耗器件，以及采用電源控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)的低功耗；系統(tǒng)硬件設(shè)計簡潔，集成度比較高，實現(xiàn)了系統(tǒng)的便攜式設(shè)計。
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