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电能质量分析仪作为检测分析电网中电能质量的专业工具,具备基本电力参数测量、谐波分析、闪变测量等多项功能。采用FPGA(现场可编程门阵列)作为电能质量分析仪的数字处理核心,利用FPGA强大的并行处理能力,可以提高数字信号处理速度。 本文通过对电能质量参数的测量方法和相关数字算法的研究,设计了相应的数据处理流程和数字电路,实现了基于FPGA并行处理的电能质量分析仪的研制。首先,采用改进的周期法对电网频率进行快速跟踪,实现了每工频周期256点的高精度同步采样,为提高电能计量的精度奠定了基础。其次,确定了有效值、功率等基本电能参数的数字测量方法,并应用基于FIR数字滤波器的Hilbert变换,提高了非正弦波形下的无功功率的测量精度。同时,应用Altera公司的FFT IP核实现谐波分析。最后,借助Matlab Fdatool设计级联型的高阶IIR数字滤波器,实现了 IEC61000-4-15标准的电压闪变测量的数字化。基于FPGA的电能质量分析仪的各功能模块,均经过了Modelsim仿真验证。 此外,设计和研制了FPGA核心系统板,并搭建了基于FPGA和ARM11的试验测试系统,开发了基于ARM11和WINCE6.0操作系统的人机界面软件,通过SPI接口实现系统FPGA与ARM11互连,试验系统具备友好的人机交互、实时测量和显示功能。实验表明研制的电能质量分析仪功能全面、性能可靠、测量精准。