船舶电网电能质量实时检测系统的设计.pdfVIP

前 言 随着船舶电力系统规模的不断增大， 电力系统中的整流型、冲击性等非 线性负荷日益增多，这些非线性负荷的存在， 导致船舶电网发生电压畸 变、电压波动、电压闪变和三相不平衡等 电能质量 问题，使得船舶电网供电 质量降低、甚至恶化 电网运行状况。在我国电力工业蓬勃发展、 电力负荷急 剧增长的同时，非线性和冲击性负荷也在不断地增长，这些负荷对供 电系统 电能质量造成了严重的污染。对于船舶电站而言，特别是近几年来， 电能质 量不断下降，这样，如何提高船舶电网的电能质量、确保船舶 电力系统安全 经济运行，成为了船舶工业关注的焦点之一。近些年，我国也开发了一些电 力 控装置和 电能质量检 装置，但在功能上、实用化方面均未达到理想效 果。本文提出了一种基于 DSP(数字信号处理器)的船舶电网电能质量的实时 检 系统，利用 DSP 芯片强大的计算功能进行 电能质量参数波形失真的在 线检 ，实时显示参数波形的失真程度，为船舶 电网电能质量的测评和改善 提供了准确的依据。DSP 采用数字系统完成信号处理的任务，具有数字系统 的一些共同优点，如抗干抗性强，便于大规模集成等。与传统的模拟信号方 法相比较，还有一些明显的优点，如精度高、灵活性强，可以实现模拟系统 很难达到的指标和特性。 论文首先围绕电能质量这一主题，论述了 电能质量的基本概念和船舶 电网电能质量 问题及其产生的原因，回顾了国内外电能质量检测领域的现 状，概述了现有检 装置存在的 问题；接着论述了衡量船舶 电网电能质量的 1 几个重要指标，介绍了 DSP 芯片的特点和发展情况以及它的性能指标和选 择标准；然后详细介绍了该检 系统的数据采集和模数转换设计、DSP 处理 单元设计、数模转换设计等；最后介绍了该系统基于 DSP 的软件设计方法， 对可能产生的误差进行了分析。 电能质量 量技术是电 量领域的拓展。近年来，依托 电力电子技术发 展起来的供 电系统的各种负荷，诸如变流装置、炼钢电弧炉和电力机车等， 一方面对工农业生产自动化水平、效率的提高推动巨大；另一方面，由于它 们非线形、冲击性及不平衡的用 电特性，也造成供 电网的电压波形发生畸变， 引起电压波动和闪变以及二相不平衡，甚至导致系统频率出现波动，供电质 量降低，影响 电力网和电工、通讯及 电力电子设备的安全与经济运行。而对 电能质量的监督有赖于准确可靠的 量仪器和科学合理的 量方法。在对 电能质量 问题的研究的同时，也极大到促进了数据采集等多种 量方法的 发展。 本装置采用 TI 公司的 TMS320LF2407A DSP 芯片作为系统的中央处理 器，实现了对电能质量参数的实时检 。另外，为了防止采样过程中的频谱 混叠，在软件上采用了数字滤波的方法。 2 1 绪论 1.1 船舶 电网电能质量课题的背景和研究意义 电能既是一种经济使用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式， 又是一种由电力部门向电力用户，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。 如今，电能作为走进市场的商品，与其他商品一样，无疑也应该讲求质量。 1.1.1 电能质量的定义 在现代 电力系统中，电能质量这一技术名词涵盖着多种 电磁干扰现象。 迄今为止，关于 电能质量的定义概括起来要有以下三种： 定义 1 ：合格电能质量是指，提供给敏感设备的电力和为其设置的接地 系统均适合于该设备工作。 定义 2 ：造成用电设备故障或误动作的任何 电力问题都是 电能质量问题， 其表现为电压、电流或频率的偏差。 定义 3 ：电能质量就是 电压质量，合格的 电能质量应当是恒定频率和恒 定幅值的正弦波形电压与连续供 电。 我们应当看到，电能质量问题终究是由电力用户的生产需求驱动的，所 以用户的衡量标准占有优先的位置。因此电能质量可以定义为：导致用