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电能质量分析仪的电路设计及仿真分析
资料介绍
随着社会经济的发展和用电设各种类的增加，大量冲击性、非线性电力设备向电网注入更多的干扰成分，严重影响和危害着电力系统的安全稳定和设备的正常运行;同时敏感负载增多，人民生活和工业生产对电能质量的要求越来越高，因此急需对电能质量进行分析。有效的监测电网状态并进行快速的故障分析，成为广大电力用户日益关心的问题。电能质量分析仪提供了一种最佳的测量手段和诊断方法，为解决电能质量问题提供有力支持。
本文提出了一种基于FPGA的电能质量分析仪的设计方案，采用快速傅里叶变换（FFT)方法完成信号谐波分析。系统硬件电路分两个部分完成:模拟电路设计和数字电路设计。模拟部分主要完成信号提取、放大及模数转换，数字电路部分完全依赖FPGA完成，主要实现信号的FFT变换及软核设计。首先通过互感电路获取信号，经程控增益电路放大，然后经差动变换电路输入到模数转换器，最后通过高速模数转换电路将信号转为数字量输入到FPGA内部进行数字分析。数字电路部分以FPGA内部提供的NiosⅡ处理器为核心，分别设计了测频电路、串并转换电路、乒乓存储单元、时钟分频电路、FFT模块。其中FFT模块使用Altera提供的FFT IP核实现，其他模块用Verilog_HDL语言编程生成，然后用SOPC Biulder工具将各功能模块添加到NiosⅡ系统中。最后通过仿真验证了设计的合理性。
与市场主流的基于单片机的电能质量分析仪相比，本设计选用高度集成芯片，信号一致性好，并且充分发挥FPGA在高速信号处理方面的优势，将信号处理部分完全集成到FPGA内部完成，为电能质量分析仪的高集成度设计提供了合理有效的解决方案。
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