电能质量在线监测系统的算法研究和软件实现

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随着现代科学技术的迅猛发展,电力电子设备的应用领域越来越广,严重地影响了电能质量,另外人们越来越多地使用精密和复杂的电子设备,这使得电能质量问题对电网和配电系统造成的直接危害和可能对人类生活和生产造成的损失也越来越大,故要求高质量和高可靠性的配电系统,以提供相适应的电能。随着电力市场的逐步完善,如何管理分析和提高电能质量将是电力企业面临的又一重要课题。 本文通过分析国内外电能质量监测装置的发展现状,针对我国当前电力部门的需求和工程实际问题,参照我国现行新修订的电能质量国家标准,实现了所开发的多功能电能质量在线监测系统的算法研究和软件编程,主要包括以下几个电能质量指标:供电电压的允许偏差、三相电压不平衡度、电网谐波含量、电压波动与闪变、短时电压变动等。 针对谐波测量,在比较了各种测量方法的优缺点后,采用了传统的快速傅立叶(EFT)方法进行测量。由于本文采用复序列FFT算法,实际编程中同时输入电压和电流采样值,只需一次复序列FFT即可同时计算出电压和电流的各次频率幅值和相位,从而提高了计算速度,减少了计算量。而后利用FFT计算结果进一步计算出三相不平衡度。 对于电压波动与闪变的测量,根据IEC推荐的模拟闪变仪测量原理,提出利用数字式加权滤波器法进行测量,与传统的模拟滤波器相比,减少了硬件开支,而且准确度较高,灵活性提高。另外根据系统采样频率和实际滤波器的性能要求,提出利用整数抽取的降采样率原理降低采样频率,为了避免混叠,在降采样之后设计了低通滤波器。此外,提出利用95%概率大值来求取瞬时闪变值,从而提高了测量的精度。 对于短时电压变动的测量,比较了各种测量方法后,应用瞬时电压dq分解法进行实时测量,既可以计算扰动的幅值,又可以计算扰动的相位变化。根据电力系统实际要求,在发生短时电压变动后,连续保存并上传到上位机至少10个周期的瞬时值,保证能准确及时地检测到扰动的起止时间和变化情况。 针对以上各个指标的算法,应用MATLAB软件进行了仿真,验证了这些算法和相关计算参数的准确性。而后,基于高性能的浮点型DSP-TMS320VC33,采用C语言和汇编语言相结合的方法编写了程序,并通过软硬件联调,实验测试该系统满足国标和现场要求,现已投入试运行。
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