[實用新型]一種基于ARM和FPGA的電能質量分析系統

有效

• 申請號: 201420337717.0
• 申請日: 2014-06-23
• 公開（公告）號: CN203909191U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 吳彩林;寧平華;夏興國
• 申請（專利權）人: 馬鞍山職業技術學院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本實用新型涉及電力品質檢測技術領域，更具體地說，涉及一種基于ARM和FPGA的電能質量分析系統。

背景技術

近年來隨著電力電子技術的廣泛應用，尤其是高壓直流輸電系統的應用和大量變頻器、整流器、電弧爐等非線性負荷、沖擊性負荷不斷地引入電力系統，大量諧波電流注入電網，造成電力系統中諧波含量急劇上升和電壓波形嚴重“畸變”，致使電能質量下降。降低了電網可靠性，增加了電網損失，降低了電氣設備的效率和利用率，在生產和生活中都造成巨大的經濟損失。電能質量的好壞直接關系國民經濟的總體效益，故對電網諧波進行監測與分析從而提高和改善電能質量具有重要的現實意義。

隨著電力系統對電能質量問題監測和分析的實時性、對數據量和計算的要求不斷提高，由于單片機的軟硬件受限因素較多，工作頻率較低，因此難以滿足電能質量分析儀的要求，致使電力系統的高精度測量、實時監控和先進算法的運用受到了限制，而且有的產品無通訊和控制輸出功能，不能滿足電力系統網絡化、自動化的發展方向。

FFT(快速傅立葉變換)算法是一種DFT(離散傅立葉變換)的高效算法，運用于電能質量分析中，將采集到的某相電壓和電流信號應用FFT算法，就可以得到信號的頻譜，再做進一步的處理可得到該相電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率及視在功率和各次諧波的信息。將FFT算法運用于電能質量分析能夠大幅度加快數據運算過程及減少運算量。而目前市場上廣泛使用的電能質量分析儀多基于DSP內核，DSP芯片是采用哈佛結構設計的一種CPU，其順序執行的模式限制了進行FFT運算的速度。

經檢索，關于電能質量檢測已有技術方案公開。如中國專利申請號200820084142.0，申請日為2008年3月21日，發明創造名稱為：便攜式電力品質監測儀，該申請案包括信號傳感調理及A/D轉換模塊、FPGA模塊、DSP系統和ARM嵌入式系統，所述信號傳感調理及A/D轉換模塊和FPGA模塊的輸出端均通過雙口RAM連接到DSP系統的輸入端，DSP系統的輸出端連接有ARM嵌入式系統。該申請案采用FPGA+DSP+ARM的系統結構，采用FPGA純硬件實現電力品質監測需要的多通道高速數據采集，并利用了DSP在高速數字計算上的優點，采用FFT、連續小波變換和自適應濾波相結合的方法，實現穩態和暫態電力品質參數的高精度分析計算。

又如中國專利號ZL201220405616.3，授權公告日為2013年3月13日，發明創造名稱為：一種基于FPGA處理器和ARM處理器的風電質量檢測裝置，該申請案包括電壓互感器和電流互感器與抗混疊濾波器連接，抗混疊濾波器與鎖相倍頻模塊和A/D轉換器連接，A/D轉換器與FPGA處理器連接，FPGA處理器與FLASH1、SDRAM1和ARM處理器連接，ARM處理器和GPRS模塊、以太網接口、復位模塊、顯示模塊、FLASH2、SDRAM2、SD存儲卡和鍵盤模塊連接。該申請案能夠實時檢測電網各個點的電能質量情況，并通過GPRS無線網絡將采集到的數據傳送給上位機，如電網出現故障，以便工作人員根據上傳的數據對電網故障點進行確定和故障排除。上述申請案雖均能完成電能質量的檢測與分析，但上述申請案的結構設計復雜，制造成本高，仍需進一步改進。

發明內容

1.實用新型要解決的技術問題

本實用新型的目的在于克服現有電能質量分析裝置存在的：1)對電能質量問題的監測、分析實時性差，測量精度不高；2)先進算法的運用受限的不足，提供了一種基于ARM和FPGA的電能質量分析系統，本實用新型構建了一個以ARM和FPGA為核心的系統，FPGA可實現基于硬件的并行運算，在計算速度方面比DSP更具優勢，且配置靈活、內部程序能并行運行，能較好地滿足FFT算法的要求；而ARM在控制、事務管理及通信能力方面相對于其它器件有較大的優勢，本實用新型提供的技術方案應用于電能質量分析中，對待測電網電能質量的監測實時性和精度高，便于對癥下藥改善電能質量。

2.技術方案

為達到上述目的，本實用新型提供的技術方案為：