毕业设计（论文）- 基于DSP电参量检测装置软件设计.doc

目录摘要.IAbstract.II1绪论.11.1本课题的提出及研究意义.11.2国内外现状.21.3本课题的主要工作及内容安排.32电力参数的测量方法.42.1交流信号采样.42.2电参量的测量.62.2.1交流电压值、电流值的测量.62.2.2频率的测量.72.2.3功率因数测量.82.3本章小结.93电参量检测系统的硬件介绍.93.1电参量检测系统的功能.93.2系统的总体构架.94电参量检测系统的软件设计.114.1软件的总体设计.114.2主程序模块.124.3信号采集与数据处理模块.134.3.1信号采集模块.134.3.2数字滤波器模块.144.3.3FFT程序设计模块.174.3.4电压电流测量模块.184.3.4频率测量模块.194.3.5功率因数测量模块.214.4通讯接口模块.224.5液晶显示模块.234.6本章小结.265结论与展望.27参考文献.29致谢.30附录.31重庆理工大学毕业论文基于DSP电参量检测装置软件设计I摘要电参量监测系统能详细记录电力系统运行过程中的电能质量指标、监测电能质量污染源，从而为电网电能质量的治理和改善提供依据，对保证电力系统的安全、经济及稳定运行有重要的意义。本文从软件设计方面介绍了以TMS320F2812DSP为核心的电力参数测试仪研究，主要内容包括：结合TMS320F2812的特点的信号采样、数据分析、人机接口和通讯模块的特点，讨论了谐波存在情况下频率、电压和电流有效值、功率以及电能等电参量的测量原理；分析了软件系统的功能需求，设计了本装置的数据采样、数据分析、人机接口、通讯模块的应用软件。软、硬件配合测试结果表明本文所设计的电力参数测量装置，具有一定的测量速度和测量精度，可以基本满足电力参数监测的要求。关键词：电能质量电参量DSP监测重庆理工大学毕业论文基于DSP电参量检测装置软件设计IIAbstractElectricparameterdetectionsystemcankeepdetailedrecordspowerqualityindices、monitoringpowerqualitypollutionsourceswhenthesystemrunning，ThusprovidesthebasisforThegovernanceandimproveofpowerquality.ItisimportanttoensurethesafetyofelectricpowersystemandEconomicstabilityoperation.ThispaperintroducedTMS320f2812thepowerparameterdosimetersresearch,Maincontentsincludingfromthesoftwaredesign：CombinedwiththecharacteristicsofTMS320F2812signalsampling,dataanalysis,man-machineinterfaceandthecharacteristicsofcommunicationmodule，Discussedtheharmonicexistencecircumstances,Frequencyandvoltageandcurrent,powerandpowertheRMSmeasuringprincipleofelectricparameters；Thispaperanalyzedthesoftwaresystemfunctiondemand,Thisdevicewasdesigneddataacquisition,dataanalysis,man-machineinterface,communicationmoduleapplicationsoftware,Softandhardwarecooperatewithtestresultsshowsthatthisdesignofpowerparametermeasurementdevicehascertainmeasurementspeedandthemeasurementprecision,canbasicallymeettherequirementsofmonitoringpowerparameters.Keywords:PowerqualityElectricparametersDSP(DigitalSignalProcessor)Monitoring重庆理工大学毕业论文基于DSP电参量检测装置软件设计11绪论1.1本课题的提出及研究意义近年来，随着我国经济和社会的发展，社会对电力的需求量与目俱增，电力供应日趋紧张，严重制约我国经济社会的发展，并且我国还将持续一段时间出现用电紧张情况，这一问题已经引起了国家有关部门的高度重视并颁布了相关标准，电力系统正常、安全、高效的运行对于国民经济和社会的健康发展有着极为重要的意义。在当前情况下，为了能做到合理有效地利用有限的电力资源，这就需要对电力参数进行准确、实时地监测。众所周知，在工业生产和日常生活中，电力对社会和个人有着密切的关系和重要的意义，因为电流、电压过低过高，均能影响各种电器设备的正常使用功效及设备寿命，严重的还会危及人身安全，并且，对电压、电流、功率因数和频率等电力参数的准确、快速地检测、监控可以及时掌握供电线路和设备运行状态，及时发现电网中的故障或隐患，进而采取合理和有效的措施，保证电力系统及设备运行良好1。近年来，随着电力电子技术的迅速发展，在化工、冶金、电力传送、电气化铁道等行业，以及家用电器中非线性负荷的使用日渐增多，特别是一些大功率整流设备和电弧炉等的大量应用，导致在电力系统中产生大量的谐波，进而引起电压、电流波形发生畸变，电力谐波不仅会严重危害供用电设备和电气仪表，使供电质量不断下降，影响计量设备的测量控制，不能准确地反映电力系统运行的情况，损害用户的利益，也会对电力系统本身造成不良的影响和危害2-3。在很长一段时间来我们还没有一套功能完整的装置来测量电力参数，通常关心的是电力供应量方面，较少关心电力参数和谐波情况，并且现有的一些检测器件还依赖于有百年历史的动圈式仪表和交流互感器之类的电工仪表，这些仪表只能显示电力参数的有效值和模拟值，误差大，精度低，不能满足实际测量的要求，有些也仅考虑了测量基波分量的情况，较少考虑对谐波的测量，那么电力参数的实时准确的测量成了必须要解决的问题。从以上可见，研制一种电力参数检测装置具有非常重要的意义，它能对如电重庆理工大学毕业论文基于DSP电参量检测装置软件设计2压、电流、功率因数和频率等重要的电力参数进行实时检测，还要对电力系统中的高次谐波进行实时分析，从而使人们采取进一步的措施，保证电能质量，保证电力系统安全、可靠、经济地运行。1.2国内外现状电能质量的标准和技术是随着电力系统的发展和用户需求的变化而变化和发展的。大量电力电子设备的使用是新技术的运用，同时也是电能质量恶化的制造者和受害者。有目共睹，电力质量问题是严重的。近40年来全球范围内因电能质量而引起的重大电力事故己达20多起，每年电能质量扰动和电力环境污染引起的国民经济损失高达300亿美元。其实，供电质量问题不仅对大型企业的正常生活影响较大，同时对重大活动，政治活动安全供电影响也较大。我们需要监察分析电力系统动态和稳态两大电能质量问题，为预防和减少电能质量引起的故障，需从统计数据方面提供采取措施的依据。国外对电能质量研究起步较早，目前有关电能质量控制的研究正掀起高潮，从所使用的理论到电能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环境的定义，各种电能质量问题分析方法的提出，以及“用户电力技术”等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。1996年，IEEE将每两年召开一次的电力谐波国际学术会议(ICHPS)更名为电力谐波与电能质量学术会议(ICHAP)，把电能质量提高到一个新的认识高度。在从事电能质量产品的企业中，美国的FLUKE公司和瑞士的LEM公司的产品在全球都有广泛的应用。国内致力于电能质量产品研究的企业很多。总体来看，国内广泛采用统计型电压表监测电压质量水平，这些电压监测仪只能监测电压合格率，需要人工抄表，缺乏统计分析功能，而谐波和电压波动、闪变的测量则用便携式测量仪器，分别对变电所的各级母线电压、主变压器各侧的谐波电流、电容器组的谐波电流进行测量、对大、中型非线性负荷用户和电厂以及低压配电网电流进行测量，然后根据测量数据进行汇总、统计分析，对电网的电能质量水平进行评估。这种电能质量监测手段和管理模式存在着实时性差、测量指标少、工作量大、测量误差大、效率低等明显的局限性。重庆理工大学毕业论文基于DSP电参量检测装置软件设计3当前，电力参数检测仪器正朝着以下方向发展：l、体积小型化、功能多样化、功耗减小，维持电流降低化、采用新器件更高可靠性、显示方式普遍更新。2、实现网络化智能、在线监测。随着传感器技术、计算机技术、信息技术等发展，系统监测技术广泛采用这些先进的科研成果，使在线监测逐步走向实用化阶段：监测装置可作为接入访问平台进入网络，可以实现设备资源和数据资源共享及远程操作。3、虚拟化。虚拟仪器是建立在标准化、系列化、模块化、积木化的硬件和软件平台上的完全开发的系统，结合电力系统的应用，开发应用虚拟仪器技术建立的高速、高效、大容量、多功能、智能化的实时监铷系统4-5。1.3本课题的主要工作及内容安排本课题从测量装置的硬件设计、软件设计、算法等角度进行研究主要完成测量装置的设计和各部分功能的软硬件调试，在论文中用原理图、流程图、框图、程序等详细介绍了装置电源、信号采集、通讯、控制等各部分功能单元的软硬件实现。第一章为绪论，介绍了本课题的研究背景、研究意义以及全文主要工作和内容安排。第二章介绍了交流采样的一种方法（同步采样法），着重讨论了电力参数测量的方法，并给出了相应的计算公式。第三章主要对本装置的硬件进行简要的介绍，介绍的本装置的主要功能以及系统的总体框图，并对其原理流程作简要介绍。第四章为测试仪的软件设计。主要阐述了测试仪的软件初始化设计、各种算法的实现以及外围设备的控制，并给出了主要处理子程序的原代码。第五章对全文进行总结。重庆理工大学毕业论文基于DSP电参量检测装置软件设计42电力参数的测量方法2.1交流信号采样采样又称抽样、取样，是对模拟信号在时间上、幅值上离散化。这样用在电参量测量中可以克服模拟运算准确度较低、易受各种干扰影响的缺点，从同一批数据中可获得多个电参量信息。对于一个连续的信号，若其最高次谐波分量的频率为，当采样频率时，采样信号就将无失真地反映被测信号。一般称为“香农(Shannon)采样定理”6。本文中的采样技术主要应用于电参量测量领域。就是对周期或非周期的交流待测信号，通过CPU的控制，用采样保持器进行采样和保持，再送给AD转换器进行模数变换和量化处理，将模拟量变为数字量，经存储器，最后由CPU进行一系列运算、处理，得到结果。目前采用的交流采样技术主要有三种方法：同步采样法、非同步采样法、准同步采样法。本文采用同步采样法，下面对同步采样法进行介绍：同步采样法是最初采用的方法，同步采样法7-8是指采样时间间隔Ts与被测交流信号周期T及m个周期内采样点数N之间满足关系式（2.1）对于周期为T的信号，设采样由t=0处开始，在m个整周期中均匀采样N次，则采样时间间隔Ts=mTN，那么第i次采样的时间为i=0,1,2,3N-1(2.2)同步采样法的实现可用以下两种方式：1硬件同步采样法；2软件同步采样法，下面分别加以介绍。1硬件同步采样法