一种基于fpga的电力谐波检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于FPGA的电力谐波检测装置，包括信号采集与转换电路模块，信号采集与转换电路模块连接信号调理电路模块，信号调理电路模块连接FPGA处理器模块，FPGA处理器模块连接数据传输及显示电路模块。本实用新型的有益效果是速度快，实时性好，精度高且携带方便。
【专利说明】—种基于FPGA的电力谐波检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力谐波检测装置【技术领域】，涉及一种基于FPGA的电力谐波检测装置。
【背景技术】
[0002]随着电力电子设备的应用日益广泛，电能得到了更有效的利用，但同时也带来一系列的谐波污染问题。电力谐波已经成为电力系统的公害，严重的威胁着电力系统的稳定运行及安全，谐波治理刻不容缓。对谐波进行治理，最关键的是要能准确检测出谐波，于是产生了电力谐波检测装置。为了实现电力谐波检测，经常选用的解决方案是采用专用的ASIC、单片机及高性能的DSP。
[0003]现有技术存在以下缺陷:检测速度慢，实时性差，精度低，操作不便、不具备系统编程能力，易受外部环境因素影响，携带不方便等。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA的电力谐波检测装置，旨在解决现有电力谐波检测装置检测速度慢，实时性差，精度低的问题。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是包括信号采集与转换电路模块，信号采集与转换电路模块连接信号调理电路模块，信号调理电路模块连接FPGA处理器模块，FPGA处理器模块连接数据传输及显示电路模块。
[0006]本实用新型的特点还在于信号采集与转换电路模块由电压互感器和电流互感器组成，电压互感器连接电流互感器。信号调理电路模块由信号放大电路、抗混叠滤波电路、锁相倍频电路和AD转换电路组成，其中信号放大电路分别连接信号采集与转换电路模块和抗混叠滤波电路，抗混叠滤波电路分别连锁相倍频电路和AD转换电路。FPGA处理器模块由AD采集控制存储模块、FFT处理模块及USB控制模块组成，AD采集控制存储模块连接FFT处理模块，FFT处理模块连接USB控制模块。
[0007]本实用新型的有益效果是速度快，实时性好，精度高且携带方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型一种基于FPGA的电力谐波检测装置的模块结构示意图；
[0009]图2是本实用新型信号调理电路模块结构示意图。
[0010]图中，1.信号采集与转换电路模块，2.信号调理电路模块，3.FPGA处理器，4.数据传输及显示电路模块，5.信号放大电路，6.抗混叠滤波电路，7.锁相倍频电路，8.AD转换电路。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。[0012]本实用新型如图1所示包括信号采集与转换电路模块I，信号采集与转换电路模块I连接信号调理电路模块2，信号调理电路模块2连接FPGA处理器模块3，FPGA处理器模块3连接数据传输及显示电路模块4。信号采集与转换电路模块I由电压互感器和电流互感器组成，电压互感器连接电流互感器。如图2所示，信号调理电路模块2由信号放大电路5、抗混叠滤波电路6、锁相倍频电路7和AD转换电路8组成，其中信号放大电路分别连接所述信号采集与转换电路模块I和抗混叠滤波电路6，抗混叠滤波电路6分别连锁相倍频电路7和AD转换电路8。FPGA处理器模块3由AD采集控制存储模块、FFT处理模块及USB控制模块组成，AD采集控制存储模块连接FFT处理模块，FFT处理模块连接USB控制模块。
[0013]信号采集与转换电路模块1，由电压互感器和电流互感器组成，采集电网的电压和电流信号，并将它们转换为可供仪器处理的弱电信号；主要采集电网电压和电流信号强电信号转换为便于装置处理的弱电信号。信号调理电路模块2连接信号采集与转换电路模块1，用于信号放大电路5、抗混叠滤波电路6滤除高于50次谐波的高频信号，避免数据处理时出现频谱泄漏现象，锁相倍频电路7用来保证对实现对电网信号的同步采样，AD转换电路8把采样的模拟电压信号转换为数字信号。FPGA处理器模块3连接信号调理电路模块2，由AD采集控制存储模块、FFT处理模块及USB控制模块组成。它是整个装置的控制和计算核心。主要实现对AD采集控制存储模块的控制及采样数据的存储，完成采集信号的FFT运算，控制USB控制模块的工作状态，并将处理完的待传数据存入USB处理器的FIFO缓存器，以方便上位机高速读取。数据传输及显示电路模块4接收FPGA处理器模块3传来的数据，将数据显示出来。
[0014]进一步，本装置采用FPGA硬逻辑实现具有高速数据处理能力的FFT运算，采用CORDIC算法实现蝶形运算单元的复乘运算和求模运算，实现了频谱数据的实时准确检测；结合USB接口实现了与主机的高速稳定数据通信，有效的解决了电力谐波检测的“实时性与精确度的矛盾”。
[0015]进一步，FFT采用按时间抽取基4算法原理设计；采用CORDIC算法实现碟形运算单元的复乘运算，减小了系统资源占用；针对数据结果采取防溢出控制结构，提高了运算精度；采用双端口 RAM存储结构，完成了整个单元的流水线操作，提高了系统速度；采用基于CORDIC算法的求模平方运算直接实时计算输出谐波频谱幅值；实现了频谱数据的实时准确检测；结合USB接口实现了与主机的高速稳定数据通信。本测试仪有效的解决了电力谐波检测的“实时性与精确度的矛盾”。
[0016]进一步，FPGA实现模块采用VHDL语言编程，完成了 AD转换控制模块、频谱数据的FFT运算与处理及实现；通过对现有的电力谐波检测装置进行结构和谐波数据获取方法上的改进，有效解决了现有电力谐波检测装置存在的检测速度慢，实时性差，精度低，操作不便、不具备在系统编程能力，易受外部环境因素影响，携带不方便等问题，实现了电力谐波的实时精确检测。
【权利要求】
1.一种基于FPGA的电力谐波检测装置，其特征在于:包括信号采集与转换电路模块(1)，信号采集与转换电路模块(I)连接信号调理电路模块(2)，信号调理电路模块(2)连接FPGA处理器模块(3)，FPGA处理器模块(3)连接数据传输及显示电路模块(4)。
2.按照权利要求1所述一种基于FPGA的电力谐波检测装置，其特征在于:所述信号采集与转换电路模块(I)由电压互感器和电流互感器组成，电压互感器连接电流互感器。
3.按照权利要求1所述一种基于FPGA的电力谐波检测装置，其特征在于:所述信号调理电路模块(2)由信号放大电路(5)、抗混叠滤波电路(6 )、锁相倍频电路(7)和AD转换电路(8)组成，其中信号放大电路分别连接所述信号采集与转换电路模块(I)和抗混叠滤波电路(6)，抗混叠滤波电路(6)分别连锁相倍频电路(7)和AD转换电路(8)。
4.按照权利要求1所述一种基于FPGA的电力谐波检测装置，其特征在于:所述FPGA处理器模块(3)由AD采集控制存储模块、FFT处理模块及USB控制模块组成，AD采集控制存储模块连接FFT处理模块，FFT处理模块连接USB控制模块。
【文档编号】G01R23/16GK203720263SQ201420069281
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】龚舒, 韦炯全, 龚仁喜 申请人:广西大学