[实用新型]一种基于ARM和FPGA的电能质量分析系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力品质检测技术领域，更具体地说，涉及一种基于ARM和FPGA的电能质量分析系统。

背景技术

近年来随着电力电子技术的广泛应用，尤其是高压直流输电系统的应用和大量变频器、整流器、电弧炉等非线性负荷、冲击性负荷不断地引入电力系统，大量谐波电流注入电网，造成电力系统中谐波含量急剧上升和电压波形严重“畸变”，致使电能质量下降。降低了电网可靠性，增加了电网损失，降低了电气设备的效率和利用率，在生产和生活中都造成巨大的经济损失。电能质量的好坏直接关系国民经济的总体效益，故对电网谐波进行监测与分析从而提高和改善电能质量具有重要的现实意义。

随着电力系统对电能质量问题监测和分析的实时性、对数据量和计算的要求不断提高，由于单片机的软硬件受限因素较多，工作频率较低，因此难以满足电能质量分析仪的要求，致使电力系统的高精度测量、实时监控和先进算法的运用受到了限制，而且有的产品无通讯和控制输出功能，不能满足电力系统网络化、自动化的发展方向。

FFT(快速傅立叶变换)算法是一种DFT(离散傅立叶变换)的高效算法，运用于电能质量分析中，将采集到的某相电压和电流信号应用FFT算法，就可以得到信号的频谱，再做进一步的处理可得到该相电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率及视在功率和各次谐波的信息。将FFT算法运用于电能质量分析能够大幅度加快数据运算过程及减少运算量。而目前市场上广泛使用的电能质量分析仪多基于DSP内核，DSP芯片是采用哈佛结构设计的一种CPU，其顺序执行的模式限制了进行FFT运算的速度。

经检索，关于电能质量检测已有技术方案公开。如中国专利申请号200820084142.0，申请日为2008年3月21日，发明创造名称为：便携式电力品质监测仪，该申请案包括信号传感调理及A/D转换模块、FPGA模块、DSP系统和ARM嵌入式系统，所述信号传感调理及A/D转换模块和FPGA模块的输出端均通过双口RAM连接到DSP系统的输入端，DSP系统的输出端连接有ARM嵌入式系统。该申请案采用FPGA+DSP+ARM的系统结构，采用FPGA纯硬件实现电力品质监测需要的多通道高速数据采集，并利用了DSP在高速数字计算上的优点，采用FFT、连续小波变换和自适应滤波相结合的方法，实现稳态和暂态电力品质参数的高精度分析计算。

又如中国专利号ZL201220405616.3，授权公告日为2013年3月13日，发明创造名称为：一种基于FPGA处理器和ARM处理器的风电质量检测装置，该申请案包括电压互感器和电流互感器与抗混叠滤波器连接，抗混叠滤波器与锁相倍频模块和A/D转换器连接，A/D转换器与FPGA处理器连接，FPGA处理器与FLASH1、SDRAM1和ARM处理器连接，ARM处理器和GPRS模块、以太网接口、复位模块、显示模块、FLASH2、SDRAM2、SD存储卡和键盘模块连接。该申请案能够实时检测电网各个点的电能质量情况，并通过GPRS无线网络将采集到的数据传送给上位机，如电网出现故障，以便工作人员根据上传的数据对电网故障点进行确定和故障排除。上述申请案虽均能完成电能质量的检测与分析，但上述申请案的结构设计复杂，制造成本高，仍需进一步改进。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有电能质量分析装置存在的：1)对电能质量问题的监测、分析实时性差，测量精度不高；2)先进算法的运用受限的不足，提供了一种基于ARM和FPGA的电能质量分析系统，本实用新型构建了一个以ARM和FPGA为核心的系统，FPGA可实现基于硬件的并行运算，在计算速度方面比DSP更具优势，且配置灵活、内部程序能并行运行，能较好地满足FFT算法的要求；而ARM在控制、事务管理及通信能力方面相对于其它器件有较大的优势，本实用新型提供的技术方案应用于电能质量分析中，对待测电网电能质量的监测实时性和精度高，便于对症下药改善电能质量。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：