一種基于fpga的電力諧波檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置，包括信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊，信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊連接信號調(diào)理電路模塊，信號調(diào)理電路模塊連接FPGA處理器模塊，F(xiàn)PGA處理器模塊連接數(shù)據(jù)傳輸及顯示電路模塊。本實用新型的有益效果是速度快，實時性好，精度高且攜帶方便。
【專利說明】—種基于FPGA的電力諧波檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力諧波檢測裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，電能得到了更有效的利用，但同時也帶來一系列的諧波污染問題。電力諧波已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的公害，嚴(yán)重的威脅著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及安全，諧波治理刻不容緩。對諧波進(jìn)行治理，最關(guān)鍵的是要能準(zhǔn)確檢測出諧波，于是產(chǎn)生了電力諧波檢測裝置。為了實現(xiàn)電力諧波檢測，經(jīng)常選用的解決方案是采用專用的ASIC、單片機(jī)及高性能的DSP。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷:檢測速度慢，實時性差，精度低，操作不便、不具備系統(tǒng)編程能力，易受外部環(huán)境因素影響，攜帶不方便等。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置，旨在解決現(xiàn)有電力諧波檢測裝置檢測速度慢，實時性差，精度低的問題。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是包括信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊，信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊連接信號調(diào)理電路模塊，信號調(diào)理電路模塊連接FPGA處理器模塊，F(xiàn)PGA處理器模塊連接數(shù)據(jù)傳輸及顯示電路模塊。
[0006]本實用新型的特點還在于信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊由電壓互感器和電流互感器組成，電壓互感器連接電流互感器。信號調(diào)理電路模塊由信號放大電路、抗混疊濾波電路、鎖相倍頻電路和AD轉(zhuǎn)換電路組成，其中信號放大電路分別連接信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊和抗混疊濾波電路，抗混疊濾波電路分別連鎖相倍頻電路和AD轉(zhuǎn)換電路。FPGA處理器模塊由AD采集控制存儲模塊、FFT處理模塊及USB控制模塊組成，AD采集控制存儲模塊連接FFT處理模塊，F(xiàn)FT處理模塊連接USB控制模塊。
[0007]本實用新型的有益效果是速度快，實時性好，精度高且攜帶方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本實用新型信號調(diào)理電路模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中，1.信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊，2.信號調(diào)理電路模塊，3.FPGA處理器，4.數(shù)據(jù)傳輸及顯示電路模塊，5.信號放大電路，6.抗混疊濾波電路，7.鎖相倍頻電路，8.AD轉(zhuǎn)換電路。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。[0012]本實用新型如圖1所示包括信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊I，信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊I連接信號調(diào)理電路模塊2，信號調(diào)理電路模塊2連接FPGA處理器模塊3，F(xiàn)PGA處理器模塊3連接數(shù)據(jù)傳輸及顯示電路模塊4。信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊I由電壓互感器和電流互感器組成，電壓互感器連接電流互感器。如圖2所示，信號調(diào)理電路模塊2由信號放大電路5、抗混疊濾波電路6、鎖相倍頻電路7和AD轉(zhuǎn)換電路8組成，其中信號放大電路分別連接所述信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊I和抗混疊濾波電路6，抗混疊濾波電路6分別連鎖相倍頻電路7和AD轉(zhuǎn)換電路8。FPGA處理器模塊3由AD采集控制存儲模塊、FFT處理模塊及USB控制模塊組成，AD采集控制存儲模塊連接FFT處理模塊，F(xiàn)FT處理模塊連接USB控制模塊。
[0013]信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊1，由電壓互感器和電流互感器組成，采集電網(wǎng)的電壓和電流信號，并將它們轉(zhuǎn)換為可供儀器處理的弱電信號；主要采集電網(wǎng)電壓和電流信號強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換為便于裝置處理的弱電信號。信號調(diào)理電路模塊2連接信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊1，用于信號放大電路5、抗混疊濾波電路6濾除高于50次諧波的高頻信號，避免數(shù)據(jù)處理時出現(xiàn)頻譜泄漏現(xiàn)象，鎖相倍頻電路7用來保證對實現(xiàn)對電網(wǎng)信號的同步采樣，AD轉(zhuǎn)換電路8把采樣的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。FPGA處理器模塊3連接信號調(diào)理電路模塊2，由AD采集控制存儲模塊、FFT處理模塊及USB控制模塊組成。它是整個裝置的控制和計算核心。主要實現(xiàn)對AD采集控制存儲模塊的控制及采樣數(shù)據(jù)的存儲，完成采集信號的FFT運(yùn)算，控制USB控制模塊的工作狀態(tài)，并將處理完的待傳數(shù)據(jù)存入USB處理器的FIFO緩存器，以方便上位機(jī)高速讀取。數(shù)據(jù)傳輸及顯示電路模塊4接收FPGA處理器模塊3傳來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)顯示出來。
[0014]進(jìn)一步，本裝置采用FPGA硬邏輯實現(xiàn)具有高速數(shù)據(jù)處理能力的FFT運(yùn)算，采用CORDIC算法實現(xiàn)蝶形運(yùn)算單元的復(fù)乘運(yùn)算和求模運(yùn)算，實現(xiàn)了頻譜數(shù)據(jù)的實時準(zhǔn)確檢測；結(jié)合USB接口實現(xiàn)了與主機(jī)的高速穩(wěn)定數(shù)據(jù)通信，有效的解決了電力諧波檢測的“實時性與精確度的矛盾”。
[0015]進(jìn)一步，F(xiàn)FT采用按時間抽取基4算法原理設(shè)計；采用CORDIC算法實現(xiàn)碟形運(yùn)算單元的復(fù)乘運(yùn)算，減小了系統(tǒng)資源占用；針對數(shù)據(jù)結(jié)果采取防溢出控制結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)算精度；采用雙端口 RAM存儲結(jié)構(gòu)，完成了整個單元的流水線操作，提高了系統(tǒng)速度；采用基于CORDIC算法的求模平方運(yùn)算直接實時計算輸出諧波頻譜幅值；實現(xiàn)了頻譜數(shù)據(jù)的實時準(zhǔn)確檢測；結(jié)合USB接口實現(xiàn)了與主機(jī)的高速穩(wěn)定數(shù)據(jù)通信。本測試儀有效的解決了電力諧波檢測的“實時性與精確度的矛盾”。
[0016]進(jìn)一步，F(xiàn)PGA實現(xiàn)模塊采用VHDL語言編程，完成了 AD轉(zhuǎn)換控制模塊、頻譜數(shù)據(jù)的FFT運(yùn)算與處理及實現(xiàn)；通過對現(xiàn)有的電力諧波檢測裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)和諧波數(shù)據(jù)獲取方法上的改進(jìn)，有效解決了現(xiàn)有電力諧波檢測裝置存在的檢測速度慢，實時性差，精度低，操作不便、不具備在系統(tǒng)編程能力，易受外部環(huán)境因素影響，攜帶不方便等問題，實現(xiàn)了電力諧波的實時精確檢測。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置，其特征在于:包括信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊(1)，信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊(I)連接信號調(diào)理電路模塊(2)，信號調(diào)理電路模塊(2)連接FPGA處理器模塊(3)，F(xiàn)PGA處理器模塊(3)連接數(shù)據(jù)傳輸及顯示電路模塊(4)。
2.按照權(quán)利要求1所述一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置，其特征在于:所述信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊(I)由電壓互感器和電流互感器組成，電壓互感器連接電流互感器。
3.按照權(quán)利要求1所述一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置，其特征在于:所述信號調(diào)理電路模塊(2)由信號放大電路(5)、抗混疊濾波電路(6 )、鎖相倍頻電路(7)和AD轉(zhuǎn)換電路(8)組成，其中信號放大電路分別連接所述信號采集與轉(zhuǎn)換電路模塊(I)和抗混疊濾波電路(6)，抗混疊濾波電路(6)分別連鎖相倍頻電路(7)和AD轉(zhuǎn)換電路(8)。
4.按照權(quán)利要求1所述一種基于FPGA的電力諧波檢測裝置，其特征在于:所述FPGA處理器模塊(3)由AD采集控制存儲模塊、FFT處理模塊及USB控制模塊組成，AD采集控制存儲模塊連接FFT處理模塊，F(xiàn)FT處理模塊連接USB控制模塊。
【文檔編號】G01R23/16GK203720263SQ201420069281
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月18日
【發(fā)明者】龔舒, 韋炯全, 龔仁喜 申請人:廣西大學(xué)