基于FPGA的电能质量监测仪硬件系统设计与实现的开题报告.docx

基于FPGA的电能质量监测仪硬件系统设计与实现的开题报告
一、选题背景
随着电力系统的发展，电能质量问题越来越突出，电压波动、频率偏差、谐波等问题会对电气设备的正常运行造成不良影响，甚至破坏电气设备，损失严重。因此，电能质量监测仪是保障电气设备安全运行和确保用电质量的重要设备。
二、选题意义
基于FPGA技术来设计电能质量监测仪，能够实时高效地对电参数进行采集和分析。为了提高电能质量检测的精度和实时性，本课题拟采用FPGA来设计电能参数的采集、处理以及数据显示等硬件模块，实现小型化、高效率、低成本、准确度高的电能质量监测仪器。同时，该设备还可以满足不同模拟电信号的电能质量监测需求。
三、研究内容
本课题首先研究电能质量的相关知识和理论，在此基础上设计和实现电能质量监测仪的硬件系统。硬件系统主要包含以下模块：
1.电能参数采集模块：实现电压和电流等参数的高精度采集；
2.数据处理模块：对采集到的电能参数进行数学处理，包括滤波、FFT变换、有功功率、无功功率和视在功率等计算；
3.数据通讯模块：将数据以串口或以太网的形式传输给上位机；
4.显示模块：通过液晶显示器或其他显示器件展示电能质量参数。
四、研究方法
本课题主要采用以下方法进行研究：
1.硬件设计：采用FPGA技术，将各个功能模块进行分析、设计并实现相应的电路和信号处理模块，达到高效率低成本的目的；
2.软件开发：使用VHDL语言对FPGA进行硬件描述，使用QuartusII进行仿真及FPGA下载；
3.系统测试：利用模拟电气设备环境及电路仿真软件，对电能质量监测仪进行验证和实验，调试并校准硬件参数，最终得出相应的检测结果。
五、预期成果
本课题旨在设计并实现一种基于FPGA的电能质量监测仪硬件系统，能够实现高精度、快速的数据采集和处理，能够对电气系统的电能质量进行检测。预期实现以下成果：
1.设计并实现基于FPGA的电能参数采集、处理和通讯系统；
2.计算核心处理器实现功率参数的计算和显示；
3.实现电气设备电能质量参数的实时监视和保存记录功能；
4.对设计的系统进行测试和校准，达到高效、准确、低成本且小型化的目的。
六、进度计划
时间安排：
1.10月30日-11月10日：完成选题和课题研究的立项；
2.11月11日-11月25日：完成电能质量监测仪硬件系统的设计和仿真；
3.11月26日-12月10日：完成电路板的设计和制作，并进行基本的性能测试；
4.12月11日-12月25日：对电路板进行性能测试，并对电路板进行调试，达到预期的结果；
5.12月26日-1月10日：完成系统的整体测试和功能完善；
6.1月11日-1月20日：完成系统的优化和各模块参数校准；
7.1月21日-2月1日：进行系统的总结和报告撰写；
六、参考文献
1.金光华,顾岛阳,袁伟.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社,2018.
2.刘宝红,李大中.电能质量监测技术[M].北京:电子工业出版社,2017.
3.李冬梅,李军,盛晓春.基于DSP的电能质量监测系统设计[J].电气传动,2018,48(12):102-104.