電能質量分析儀中同步采樣方法及電參數檢測研究與實現.pdf

1、隨著我國經濟與技術的飛速發(fā)展，各種非線性和沖擊性負載大量接入電網，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。依據相關標準，利用檢測技術盡可能無失真地獲取電網信號的重要信息，通過電能參數檢測算法實時、準確地測量出相關電能質量參數，并提供完備的相關數據，對于電力系統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信號的盡可能真實的原始信息，二是，如何根據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，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據量較多、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相對簡單的同步方法。
　　方法一，針對傳統數字鎖相環(huán)路通常其捕獲范圍較窄、通用性不強且鎖定時間和系統穩(wěn)定性之間難以平衡的問題，本文設計了一種改進型數字鎖相

3、環(huán)。具有自適應功能的參數調整模塊可以動態(tài)調整控制參數使鎖相環(huán)在快捕期、過渡期和慢捕期三個不同工作狀態(tài)間協調切換以提高性能。經過實際仿真與驗證，當選取系統時鐘為50MHz，對于頻率在20Hz~48kHz范圍內的輸入信號，該鎖相環(huán)能夠在1~8個時鐘周期內實現鎖定，且同步誤差在200ns以內。
　　方法二，為了克服傳統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，然后經動態(tài)抽取算法使平均同步誤差和抽樣間隔點數誤差始終保持在1/ fs時間以內，近似實現等間隔采樣。
　　其中，方法一中的系統具有非線性，控制參數的選定需要依靠經驗和不斷反復調試，但其對硬件要求低，成本低，同步誤差也??；而方法二對硬件要求較高，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，但實現簡單。根據實測結果，當采樣頻率為10MHz時，兩種方法的同步誤差和對電能參

5、數的測量結果基本一致，故在應用中應根據實際情況選取合適的同步采樣方法。
　　針對第二大難題，本文根據同步采樣的研究成果，選取基于 FFT的方法計算電參數，研究了非2的整數次冪的混合基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算法的實現方案。通過仿真可以發(fā)現，FPGA實現2560點FF T算法的計算時間約為14525個系