电能质量分析仪.pptVIP

电机电能质量分析仪 ——基于DSP+CPLD 一、应用场合 用于供电部门对生产的电能进行监视和检测，以保证提供电力用户合格的电能 ，如变电所出线端监控供电质量 帮助电力用户清晰的了解其设备工作所处的电网，如在电机三相电源处监控工作电压、电流 二、性能指标分析 GB/T19862—2005《电能质量监测设备通用要求》对电能质量监测设备规定如下： 监测功能：电压偏差、频偏、三相不平衡度、谐波、闪变等 显示功能 通讯功能：至少一种标准通讯接口 其他功能：权限管理、记录存储等 1.基本电量测量指标 测量对象 测量范围 准确度 灵敏度 三相电压(V) 0~220（有效值） 0.5% 0.2% 三相电流(A) 0~20(有效值) 1% 0.5% 频率(HZ) 1~300 0.01HZ 0.005HZ 其他电量测量：有功、无功、视在功率、功率因数 2.电能质量分析：谐波含量分析（最高13次谐波）、三相不平衡度分析、电压/电流瞬态记录功能 3.用户交互功能：液晶显示的多级菜单配合按键，方便用户操作 4.通讯功能：RS485通信 三、系统整体结构 DSP 电流 传感器 键盘 RS485通信到上位机 调 理 单 元 LCD显示 电压 互感器 CPLD A/D 存储器 过零比较 设计思路 基本电量测量： 直接测量3相电压、3相电流，计算公式： 再由3相电压、电流计算功率： 频率测量：测周法 电能质量分析： 1.谐波含量分析：FFT 其他分析方法：模拟带通带阻方法、小波变换 要解决的问题：频谱混叠、频谱泄漏 措施：防止频谱混叠：AD转换前加防混叠滤波器 防止频谱泄漏：同步采样+软件修正 2.三相不平衡度分析 对称分量法 四、硬件设计 微处理及控制器电路设计 信号调理电路设计 同步采样电路设计 人机交互电路设计 其他部分电路设计 4.1 微处理及控制器电路设计 1.对控制系统的要求 强大的数字信号实时处理能力 较丰富的I/O口资源 中断能力强、中断响应快速 一定容量的ROM和RAM 2.控制方案选择 方案一：采用ARM处理器控制方式，利用其较高的工作频率来换取数据处理的高速，并利用其强大的事务管理能力对系统各个功能进行实时控制。 方案二：采用DSP+CPLD控制方式，DSP的软硬件资源非常适合实时信号处理，再配合CPLD的逻辑控制实现仪器的智能化。 方案比较： ARM处理器在控制方面的性能优于DSP，利用其丰富的片上资源，很适合运行嵌入式实时操作系统，使得仪器的多任务处理能力增强，操作界面更人性化，但ARM芯片及其外围存储芯片价格较贵，在不跑操作系统的情况下应用ARM芯片显得大材小用。DSP在数字信号处理方面的性能优于ARM，配合CPLD能够很好的完成多路电压、电流信号的运算、处理，并实现实时控制，且价格相对较低，有利于提高仪器的性价比。 综合考虑，选择方案二。 3.器件选型 DSP：TMS320LF2812 主要参数： 32位高性能DSP（哈佛结构）； 最高工作频率150MHZ； 128K字×16位的Flash； 128K字× 16位的ROM； 用于L0和L1两块4K字16的单存取RAM，H0一块8K字16的SARAM和M0、M1两块1K字16的SARAM ； 指令系统采用流水线技术 CPLD：EPM7032AE 主要参数： 逻辑门数600门，I/O口36，最大计数频率227.3MHZ 4.2 信号调理电路设计 1.模拟量采集电路设计 功能要求：采集3相电压、3相电流信号 电压传感器选择：电流型电压传感器TV16E 原理：采用了取样电阻的电流互感器 主要参数： 最高工作频率：20KHz 输入电流：≤2.5mA 输出电流：≤2.5mA（变比1：1） 副方取样电阻参考值：400欧姆 抗电强度：3500V AC/1min 一次最高检测电压：2000V AC 最大不失真输出电压：1V 相移：30‘ 电流传感器选择：TBC-A02系列霍尔电流传感器 原理：霍尔现象 主要参数： 电源：±15V供电 额定输入电流：20A 额定输出电压：4V 误差：1% 失调电压：20mV 线性度：0.1FS 输出电压范围：0~4V 4.3 同步采样电路设计 1.功能要求：对3路模拟电压、3路模拟电流信号进行同步采样，并将A