基于FPGA的电能质量监测系统的研究
摘 要:设计了一种以FPGA和SOPC技术为核心,采用DDS控制AD同步采样的电能质量监测平台,通过对电网信号进行高速的A/D自适应采样,来完成高效实时的同步采样,并采用光纤接口,可以高速的传输到上位机系统。最后,通过在工业主板中采用labview软件,对采集的电能质量数据进行计算和分析,经过实际的调试和运行, 设计符合国家标准, 证明了该设计的合理性和可用性。
关键词:电能质量;同步采样;DDS;FPG
中图分类号:TM933.4 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)07-0094-01
随着人们对电能质量要求的日益提高,如何保证电能质量就成为一个热门话题。电能作为现代社会中最为重要的二次能源,应用越来越广泛,其应用程度已经成为一个国家发展水平的主要标志之一。随着大量的电力电子装置及非线性负荷注入电网,使得各种各样的电能质量问题日益严重。电能质量问题不仅对电力系统本身的安全和稳定性造成严重威胁,也对系统中的用户造成危害,因此研制一种电能质量的实时监测装置具有十分重要的意义。
一、设计方案
系统结构见图1,FPGA主要实现AD芯片的模式配置、DDS模块、同步采样模块等结构性模块。NIOSⅡ对频率、采样率调节等计算模块进行控制。模拟信号转换电路主要提供AD采集需要的2.5V交流电压和信号。通过对基波频率的测量计算出频率控制字,来控制DDS模块输出的频率,从而调节A/D芯片的采样时钟完成同步采样。同步采样模块,主要完成对AD数据的读取,并通过光纤数据传输模块传输到上位机,上位机对数据分析计算,波形和参数由摸式液晶屏显示。
图1中,主控制芯片采用EP3C25672以Nios II为控制核心,同时添加DDS(直接数字频率合成)模块、A/D转换控制模块、模拟信号转换模块、串行通信高速UART模块等,实现了采样的高度集成。
数据采集、数据倒位序处理、FFT变换、数据取模运算、本人就如何处理前面4个过程进行说明,所使用的数据是使用软件仿真生成可用数据进行测试。
(一) AD采集
测试代码如下:#definePI (3.1415926);#define PI2 (2*PI)
Complex SinTab[64],VialCode1[64];//定义复数数组,complex定义在FFT.H中。
PIdot = PI2/8; // 确定一个周期内产生8个点的数据
for(i1=0;i1<64;i1++) //产生正弦信号数据
{SineValue[i1] = 2.3+0.283*cos(PIdot*(i1%8)); //使用cos函数模拟生成每周期8个采集点的数据源。
VialCode[i1] = SineValue[i1]/0.00122;/...
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