基于FPGA的谐波电压源离散域建模与仿真

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基于FPGA的电力系统谐波分析仪

ｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｃｕｒａｔｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃａｎｌｙａｓｅ；ＦＰＧＡ；ｇｒｉｄｓｙｓｔｅｍ；ＦＦＴ；ＡＤ７３３６０
ｔｉｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ ＳＳＯｆｔｗａｒｅｗｓａｄｅｓｉｎｅｇｄｗｉｔｈＣｌａｎｇｕａｇｅｂｙＤＩＴ一２ＦＦＴａｌｇｏｉｒｔｈｍ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅａｄｇ
０引言
随着非线性设备在电力系统中广泛应用，由此产生的谐波对电网也造成了严重的污染，并引起广泛关注。对电网中的谐
波进行检测、分析，为谐波整治提供依据，具有重要意义。文献
抽选的Ｆ丌算法，系统能够较为准确地测出电力系统５０次以内的谐波电压／电流含有率、谐波电压／电流含量、基波／谐波电能、电压／电流总谐波畸变率等指标。通过试验测试表明：系统不仅能够满足实时处理的要求，各测量结果也较为准确。
２０１３益
仪表技术与传感器
ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒ
２０１３Ｎｏ．２
第２期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于ＦＰＧＡ的电力系统谐波分析仪

基于FPGA的电力系统谐波检测与抑制技术研究

基于FPGA的电力系统谐波检测与抑制技术研究摘要：随着电力系统的不断发展与现代化，谐波问题成为了电力系统中的一个重要挑战。

谐波产生不仅会导致电力设备的过热及寿命的降低，还会对电力系统中其他设备及用户造成影响。

本文基于FPGA技术，通过设计并实现一种有效的谐波检测与抑制技术，旨在提高电力系统的稳定性与可靠性。

第一章：引言1.1 谐波问题的背景和意义电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，其稳定性和可靠性直接影响着社会经济的发展。

然而，电力系统中普遍存在着谐波问题，这些谐波包含在电力信号波形中，会对电力设备和用户造成不良影响，因此，谐波检测与抑制技术的研究变得尤为重要。

1.2 研究前景与挑战随着电气设备的普及和电力负荷的增加，谐波问题日益严重。

传统的谐波检测与抑制方法存在着检测精度低、延时大等问题。

而基于FPGA技术的电力系统谐波检测与抑制技术通过高速计算和实时性强的特点，有望解决当前电力系统谐波问题。

第二章：相关技术介绍2.1 FPGA技术概述FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑门阵列，可以通过配置完成不同电路的设计和实现。

FPGA具有资源丰富、可重构、运算速度快等特点，适用于高性能计算和数字信号处理。

2.2 谐波检测技术谐波检测技术是谐波抑制的前提，准确判断电力信号中的谐波成分对于后续的抑制工作至关重要。

传统的谐波检测方法主要基于数字滤波器和频谱分析等技术，但存在着检测精度和计算效率低等问题。

2.3 谐波抑制技术谐波抑制技术是针对谐波问题产生的方法，目的是减小谐波对电力系统的影响。

传统的谐波抑制方法主要包括降低谐波发生设备的谐波扩散、采用滤波器减小谐波的幅值等，但这些方法对系统的实时性和稳定性有一定影响。

第三章：基于FPGA的谐波检测与抑制技术设计与实现3.1 系统框架设计本文基于FPGA技术，设计了一种基于数字信号处理的谐波检测与抑制系统。

该系统包括谐波信号采样模块、数据处理模块和谐波抑制模块等。

基于FPGA+ARM的三相有源电力滤波器控制器设计及其谐波补偿控制策略研究

基于FPGA+ARM的三相有源电力滤波器控制器设计及其谐波补偿控制策略研究本文介绍了一种基于FPGA+ARM的三相有源电力滤波器控制器设计及其谐波补偿控制策略的研究。

随着电力系统谐波问题的日益突出，有源电力滤波器作为一种有效的谐波抑制技术，得到了广泛应用。

本文采用FPGA+ARM的设计方案，利用FPGA 实现了滤波器的运算处理，利用ARM进行系统控制与通信。

在本文的设计中，FPGA负责实时的信号采样和滤波计算。

通过采用快速傅里叶变换算法，实现对三相电流和电压的频谱分析和滤波处理。

利用ARM进行系统控制，包括滤波器的开关控制、参数设置和通信接口等。

ARM还负责实时监测系统运行状态，通过通信接口与上位机进行数据交互，实现对滤波器的远程控制和监测。

针对谐波补偿控制策略，本文提出了一种基于PI控制的谐波补偿方法。

通过对滤波器的输出电流进行采样，计算得到谐波分量的大小和相位差，然后通过PI控制器对补偿电流进行调节，使得滤波器的输出电流与电网电流相位一致且幅值达到最小。

实验结果表明，该控制策略能够有效抑制谐波，提高电力系统的谐波抑制性能。

此外，本文还对滤波器的性能进行了评估和分析。

通过仿真实验，对滤波器的频率响应、阻抗匹配和滤波效果进行了验证。

实验结果表明，所设计的滤波器能够有效地抑制电力系统中的谐波，具有良好的滤波效果和稳定性。

综上所述，本文提出了一种基于FPGA+ARM的三相有源电力滤波器控制器设计及其谐波补偿控制策略的研究。

通过该设计方案，实现了滤波器的实时运算处理和系统控制，有效地提高了电力系统的谐波抑制性能。

该研究对于电力系统的谐波治理具有重要的理论和实际意义，具有一定的推广价值。

基于FPGA的电力系统谐波智能检测装置的设计

便携式监测装置。国内也有一些科研院所和企业对谐波智
有１２０６０个逻辑单元（ＬＥ）；５２个Ｍ４Ｋ存储块；２３４Ｋｂｉｔｓ随机存取存储器（ＲＡＭ）；２个锁相环；内部有８个全局时钟；１７３个可用的Ｉ，０引脚；支持各种单端Ｉ／Ｏ标准，如
３．１ＦＰＧＡ最小系统
电力设备作为非线性负载运行在电网中，产生了大量的
无功和谐波，因为供电系统和输电线路具有随频率变化的阻抗，各次谐波电流流过电网时就会产生一定的电压降，叠加在供电电压上，引起电网电压波形发生畸变，使ＦＰＧＡ模块是系统的核心，主要完成谐波信号的分析处理，与上位机的通信等功能。ＦＰＧＡ器件采用Ａｌｔｅｒｓ公
有效的防止了波形在采样源头产生的畸变。３．３低通滤波电路
４系统软件的设计与测试
为了完整地采集所需信号，本文设计了一个二阶有源低通滤波器减少高频信号的混叠误差。电路如图２所示。
ＬＶＣＭＯＳ、ＬＶＴＴＬ和ＳＳＴＬ．２等；具有在系统编程（ＩＳＰ）
能检测系统进行研发和制造，பைடு நூலகம் 国外相比还存在一定的差距，主要体现在：缺乏统一的行业规范；监测谐波的数据指标不全，缺乏整体的数据整合；人机交互方面还有待
系统硬件电路组成如图１所示。主要包括传感器、低通滤波电路、ＡＤ转换电路、ＦＰＧＡ最小系统、ＲＳ２３２通信

FPGA仿真方法介绍及其仿真程序设计

FPGA仿真方法介绍及其仿真程序设计一、概述FPGA仿真方法：（1）交互式仿真方法：利用EDA工具的仿真器进行仿真，使用方便，但输入输出不便于记录规档，当输入量较多时不便于观察和比较。

（2）测试平台法：为设计模块专门设计的仿真程序，可以实现对被测模块自动输入测试矢量，并通过波形输出文件记录输出，便于将仿真结果记录归档和比较。

二、仿真程序的设计方法1 仿真的三个阶段（1）行为仿真：目的是验证系统的数学模型和行为是否正确，对系统的描述的抽象程度较高。

在行为仿真时，VHDL的语法语句都可以执行。

（2）RTL仿真：目的是使被仿真模块符合逻辑综合工具的要求，使其能生成门级逻辑电路。

在RTL仿真时，不能使用VHDL中一些不可综合和难以综合的语句和数据类型。

该级仿真不考虑惯性延时，但要仿真传输延时。

（3）门级仿真：门级电路的仿真主要是验证系统的工作速度，惯性延时仅仅是仿真的时候有用在综合的时候将被忽略。

2 仿真程序的内容（1）被测实体的引入。

（2）被测实体仿真信号的输入。

（3）被测实体工作状态的激活。

（4）被测实体信号的输出（5）被测实体功能仿真的结果比较，并给出辨别信息（6）被测实体的仿真波形比较处理3 仿真要注意的地方（1）仿真信号可以由程序直接产生，也可以用TEXTIO文件产生后读入。

（2）仿真程序中可以简化实体描述，省略有关端口的描述。

仿真程序实体描述的简化形式为：ENTITY 测试平台名ISEND 测试平台名；（3）对于功能仿真结果的判断，可以用断言语句（ASSORT）描述。

（4）为了比较和分析电子系统的功能，寻求实现指标的最佳结构，往往利用一个测试平台对实体的不同结构进行仿真，一般是应用配置语句为同一被测实体选用多个结构体。

CONFIGURA TION 测试平台名OF 被测实体名ISFOR 被测实体的A的结构体名END FOR;END 测试平台名；同样，若选用结构体B，则配置语句可写为：CONFIGURA TION 测试平台名OF 被测实体名ISFOR 被测实体的B的结构体名END FOR;END 测试平台名；4 VHDL仿真程序结构测试平台仅仅是用于仿真，因此可以利用所有的行为描述语言进行描述，下表表示了一个测试平台所包含的部分，典型的测试平台将包括测试结果和错误报告结果。

基于FPGA的电力谐波检测设计

基于FPGA的电力谐波检测设计基于FFT 算法的电力系统谐波检测装置，大多采用DSP 芯片设计。

DSP 芯片是采用哈佛结构设计的一种CPU，运算能力很强，速度很快;但是其顺序执行的模式限制了其进行FFT 运算的速度。

而现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)在近年来获得了突飞猛进的发展，目前已成为实现数字系统的主流平台之一。

与DSP 相比，FPGA 最大的优势就是可以进行并行计算。

在进行FFT 这类并行运算为主的算法时，采用FPGA 的优势不言而喻。

用FPGA 实现FFT 算法进行谐波检测成为了一大热点。

以往FPGA 的设计主要依靠硬件描述语言来完成。

Xilinx 公司推出了专门针对实现DSP 的设计软件System Generator。

在使用FPGA 为原型平台运行算法时，它不仅能够对硬件的真实情况进行仿真，还能够自动生成硬件实现所需要的硬件描述语言代码。

与语言设计相比，使用System Generator 有三大优势：第一，1 基于FPGA 的谐波检测模型的设计系统总体结构如(1)采样电路部分：包括互感器及滤波电路、锁相倍频电路和A/D 转换电路。

待测电压、电流信号经互感器调理电路转化成便于采样的低压信号，经滤波器滤除检测范围外的高次谐波、高频干扰信号和噪声;然后进入A/D 转换电路，电压、电流的模拟信号转换成可以用于计算的数字信号。

锁相倍频电路用于跟踪待测信号的频率变化，以实现对信号的整周期采样。

(2)如FPGA 部分采用模块化的设计方法。

在Simulink 环境下搭建仿真模型，如。

基于FPGA电力系统谐波检测

ＦａｍｏｉｓｍｅｓｒｍｅｔＴｅｐｎｉｌａｙｉｇａｄｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｏａｅｎｗｙｏａｍｏｉｓＦｒｈｒｎｃａｕｅｎ．ｈｒｃｐｅａｌｚｎｉｌｔｕｔｈｗｓｔｔｈｅｗａｆｒｎｃｉｎｎｏｅｈｔｈｍｅｓｒｍｅｔｎｐｗｅｓｅｍｅｔｔｅａｉｍｅｉｅｕｒｓｍｅｔｆｉｈｓｅｄａｄｈｇｒｃｓｏ，ｄｉｒｖｓａｕｅｎｏｒｓｔｍｅｓｒｔｉｙｈｈｔｒｑｉｎｓｏｇｅｎｉｈｐｅｉｉｎａｃｅｈｐｎｍｐｏｅｈｅｌｉｂｌｙｏｙｔｔｅｒａｍｅａｉｔｆｔｅｓｓｍ．ｔｃｉｖｓｅｐｒｏｅｏａｍｏｉｓｒｓｒｉｔｔｌ．ｔｉｈｅＩａｈｅｅｕｐｓｆｒｎｃｔａｎｓｏａｌｈｔｈｅｔｙＫｅｒｓＦＧＡ：Ｆｙｗｏｄ：ＰＦＴ；ｈｒｎｃｏｒｓｓｅａｍｏｉｓｉｐｗｅｙｔｍｎ
第２卷第５期７
、ｏ．７，１２Ｎｏ．５
辽宁工程技术大学学报（自然科学版）
Ｊｕｎｌｆａｎｎｅｈｉａｉｅｓｔ（ｔｒｌｃｅｃｏｒａｏｉｇＴｃｎｃｌｏＬｉＵｎｖｒｉｙＮａａｉｎｅ）ｕＳ
２００８年１０月
ＡｂｔａｔＡｉｎｔｈｒｃｍｎｎｓｆｉｉｎｙｏａｍｏｉｓｍｅｓｒｍｅｔｎｐｗｅｙｔｍ，ｔｉｒｃｅｓｒｃ：ｍｉｇａｏｔｏｓｉｇａｄｉｕｃｅｃｆｈｒｎｃａｕｅｎｏｒｓｓｎｉｅｈｓａｔｌｉ

基于FPGA的高速FFT处理器在电力谐波检测系统中的设计与实现

ＰｏｒＨａｍｏｉｔｃｏｎＦｗｅｒｎｃＤｅｅｔｒｉＰＧＡ
ＷＥｉｎ．ｕｒ，Ａｈｎ — ｎ２ＩＪｏｇｑａｔＨＵＮＧＺｏｇｍｅｇ
（．ｏｅｅｏｌｃｉａＥｇｎｅｎ，ｕｎｘＵｉｅｉ，ａｎｎ３０４Ｃｉａ２Ｓｈｏｏｃａｉ１ＣｌｇｆｅｔｃｌｎｉｅｒｇＧａｇｉｎｖｒｔＮｎｉｇ５００，ｈｎ；．ｃｏｌｆｌＥｒｉｓｙＭｅｈｎ－ｃｌｎｌｔｃｌｎｎｅｎ３０１ＣｉａａｄＥｅｒａＥｇｅｒｇ００，ｈｎ）ａｃｉｉｉ５
ＣＲＩＯＤＣ算法代替了复乘运算，减小了系统资源占用，同时采用双端口ＲＭ存储结构进行同址运算，Ａ完成了整个单元的流水线操作，提高系统速度；整体基于ＶＤＨＬ语言进行模块化设计，经过信号仿真测试，当系统工作频率为１０Ｈ时，０Ｍｚ完成１２０４点输入为１位定点复数的Ｆ运算仅需要５．，６１３ｓ仿真结果表明该处理器能够很好的
摘要：电力谐波检测中，常需要对谐波信号进行频谱分析，实现谐波信号频谱数据的实时输出，讨了基在经为探于ＦＧ的高速ＦＴ处理器的设计与实现。该处理器模块采用按时问抽取基４算法，形运算单元采用ＰＡＦ碟
ｉｐｅｅｔｄｔｅｉｅｔｅｏｔｕｆｒａ－ｉｐｃｒｍａａｏｅｐｗｒｓｇａｓｉａｍｏｉｔｓｎｎｎｌｓ．ｈｓｒｓｎｅｏｒａｚｕｐｔｏｅｌｔｌｈｍｅｓｅｔｕｄｔｆｔｏｅｉｌｎｈｒｎｃｅｔｇａｄａａｙｉＴｅｈｎｉｓｐｏｅｓｒｉｂｓｎｒｄｘ４ａｇｒｍｘｒｃｉｇｉｍｅａｄｔｅｃｏｃｆｔｅＣｒｃｓｏｓａｅｏａｉ－ｌｏｉｈｔｅｔｔｎｔｎｈｉｅｏＯＲＤＣａｇｒｍｒｒａｉｎｅｂｓｃａｎｉｈｈＩｌｏｉｈｔｆｅｌｉｇｔａｉｏｚｈｂｔｒｙｏｅａｏｓｅｄｏｏｌｘｍｕｔｌａｏｒｔｅＦ１ｗｉｈｓｖｓａｌｔｆａｄｒ．ｕｌｐｒｍｅｒｔｃｕｔｆｐｒｔｎｉｔａｆｍｐｅｌｐｉｔｎｆＦ＇ｈｃａｅｒｗａｅＡｄａ－ｏｔｍｏｙｓｒ — ｅｌｉｎｃｉｃｉｏｈｏｏｈｕｔｒｒｓｄｔｅｉｅｔｅｉ－ｌｃａｃｅｓｓＴｅｉｌｍｅｔｄｕｉｏｅａｅｎｐｐｌｉｇｉｒｖｎｈｙｔｍｕｅａｅｕｅｏｒａｚｎｐａｅｄｔａｃｓｅ．ｈｍｐｅｎｅｎｔｐｒｔｄｉｉｅｉｎｍｐｏｉｇｔｅｓｓｅｌｈａｎ

基于FPGA的FFT处理器的设计与仿真.

25卷第11期2008年11月微电子学与计算机M ICROEL ECTRON ICS &COMPU TERVol. 25No. 11November 2008收稿日期:2008-01-20基金项目:陕西省教育厅专项科研计划项目(02J C50基于FP GA 的FF T 处理器的设计与仿真董惠1,2, 卫铭斐2, 江丽2, 曾俊2(1西北工业大学自动化学院, 陕西西安710072; 2, 710055摘要:FFT 处理器. 2, , 由6个功能模块组成. 整个设计基于Verilog HDL , A , 并运用Quartus Ⅱ工具进行了综合仿真. 仿真, 对电网谐波分析与经济运行具有实用价值. 关键词:FFT 语言; Quartus II ; 电力参数中图分类号:文献标识码:A 文章编号:1000-7180(2008 11-0117-04Design and Simulation of FFT Processor Applied in E lectric Pow er G rid ParametersDON G Hui 1,2, WEI Ming 2fei 2, J IAN G Li 2, ZEN G J un 2(1School of Automation ,Northwestern Polytechnic University , Xi ′an 710072, China ;2School of Information and Automation ,Xi ′an University of Architecture and Technology , Xi ′an 710055, China Abstract :Based on harmonic and unbalanced errors of power grid , FFT arithmetic is utilized in parameter real 2time calcu 2lation and FFT processor is designed and implemented. The proposed processor adopts radix 22DIF algorithm , pipelined architecture and fixed 2point operation. It is composed with six different functional modules , employing VerilogHDL as hardware description language ,FPG A as the logic controller , Quartus II as designing and synthesis simulation tool. The simulation results indicated FFT processor approached the requirements of high accuracy monitoring and measuring of elec 2tric power parameters , which is valuable for harmonic analysis and economic operation of power grid. K ey w ords :FFT processor ; FPG A ; VerilogHDL ; Quartus II ; electric power parameter1引言目前电网普遍存在着较大的谐波误差和不对称误差, 对电网的各种运行参数进行实时准确的监测非常重要, 是保证电网安全运行的前提和依据. 文中设计的电力参数监测用FF T 处理器, 以FP G A 作为逻辑控制器, 用VerilogHDL 硬件描述语言设计, 把FF T 的实时化要求与FP G A 的灵活性结合起来, 采用频域FF T 算法对三相电压、电流、有功功率、无功功率和不平衡度等进行计算, 以得到电网中电压、电流以及各类谐波成分的参量, 计算出电网负载的大小及非线性度, 以便于进行无功补偿. 处理器满足高精度电力参数监测的要求[1].2FF T 处理器的总体设计方案FF T 处理器实现对6路电力参数的64点采样, 根据频域计算公式计算出电网的有功功率、无功功率、功率因数和不平衡度等. FF T 处理器的设计采用自底向上的设计方案, 遵循模块化、规则化和局部化的原则, 逐一对每个模块进行设计. 采用Ver 2ilogHDL 语言对FF T 处理器中的各个模块进行设计,Quartus Ⅱ工具进行仿真[223].处理器的主要功能模块包括:算术逻辑单元、蝶形运算单元、双端口RAM 、旋转因子ROM 、时序控制单元、电力参数计算单元、系统顶层控制电路和数据处理单元设计等. 图1是顶层控制电路和数据处理单元原理图.图1顶层控制电路和数据处理单元原理图2. 1算术逻辑单元算术逻辑单元对16位有符号数求和、求差和乘积, 提供给蝶形运算器计算. 考虑到综合工具Quar 2tusII 总是将算术运算统一为无符号型, 因此, 对加、减法器进行如下改进[4].加法器:lpm sub dsp a sub1(. dataa (16’hFFFF ,. datab (B ,. result (s o2 ;assign data =(B[15] ? A -(so2+1’b1 :so;减法器:lpm sub dsp sub2(. dataa (16’hFFFF ,. datab (B ,. result (so2 ;assign data =(B[15] ? so2+A +1’b1:so;乘法器采用altera 提供的MegaCore , 其L PM 2MUL TI 支持16位有符号乘法运算. 除法计算采用移位算法, 大大加快了计算速度. 图2为算术逻辑单元仿真结果.图2算术逻辑单元仿真结果2. 2蝶形运算单元蝶形运算器是FF T 处理器的核心模块, 它的精度和速度决定着整个FF T 处理器的精度和速度. 文中它主要完成6个16位有符号整数的4次乘法,4次加法和4次减法.经算法原理分析得到计算公式如下:X (1 =Ar +Br 3Wr -Bi 3Wi +j (Ai +Wr 3Bi +WiBr ,X (2 =Ar -Br 3Wr +Bi 3Wi +j (Ai -Wr 3Bi -WiBr ,其中的输入是由控制单元提供的复数A ,B 和旋转因子W KN , 图3为蝶形运算单元的仿真波形. 2. 3双端口RAM双端口RAM 同时存储输入序列和蝶形运算完811微电子学与计算机2008年成后的输出序列, 通过QuartusII 生成满足设计需要的双端口RAM , 宽度为32, 单元数为64, 初始化文件设置成作为测试输入的正弦信号做64点采样的模拟数据. 图4为双端口RAM 仿真结果.3图4双端口RAM 仿真结果2. 4旋转因子ROM为完成蝶形运算需要提供旋转因子, 旋转因子W KN 产生电路由一片ROM 和地址发生器组成, 用于查询在运行过程中需要用到的旋转因子, 旋转因子实际上是复平面单位圆上均匀拆分的点, 设计中采用64点FF T , 需计算从0开始到31的部分, 通过ROM 初始化文件的形式放于ROM 中, 实部放输出W K N 的高16位, 虚部放输出W KN 的低16位, 供控制单元查询后参与蝶形运算. 2. 5时序控制单元时序控制单元的主要功能是协调傅里叶变换整体时序, 产生读写地址对, 为旋转因子单元提供运行状态指针, 为上层单元提供控制信号等. 由于参与运算的量较多, 设计中采用双级状态机, 将底层复杂状态交由二级状态机完成, 而总体时序、门控信号均交给上级状态机. 图5为时序控制仿真结果.图5时序控制仿真结果2. 6电力参量计算及存储单元64点FF T [5]计算完成后, 根据RAM 内的频谱计算电压、流有效值和功率等参数, 同时调用存储单元将参数保存至外围存储器中, 设计在保存参数时总是构造512字节的包, 采用CRC32算法对包进行编码. 频域计算电量公式如下:I =∑N/2k =1[I 2R(k +I 2I (k ], U =∑N/2k =1[U 2R(k +U 2I (k ],P =2∑N/2k =1Re [Ua (k ・I 3a (k +U a (k ・I 3 b(k +U c (k ・I 3 c(k ], 911第11期董惠, 等:基于FPG A 的FFT 处理器的设计与仿真Q =2∑N/2k =1Im [U a (k ・I 3a(k +U a (k ・I 3b (k +U c (k ・I 3c (k ].式中, IR ,UR ,II , U I 分别表示电压、电流经傅里叶变换到频域后的实部和虚部. Re[]表示求括号内复数的实部; Im[]表示求括号内复数的虚部.3FF T 处理器误差分析FF T 算法随着系统频率及采样频率的变化, 存在计算误差, 这种误差是可以控制的. 据总线统一为16位, 地将浮点数放大32位16位, 即除以32767/32768. 14位有符号型A/D 转换结果, 系统的总体计算误差约为1/1024.4结束语文中采用FP G A 作为逻辑控制器, MAX1320作为多路采样保持A/D 转换器,设计了电力参数监测用FF T 处理器. 在电网含谐波误差和不对称误差情况下, 对三相电压、电流进行实时采集, 通过自主设计的具有原位运算能力的FF T 处理器, 计算输入序列的频谱, 根据频域计算公式, 计算出电网的有功功率、无功功率、功率因数和不平衡度等, 通过存储控制器将这些电网运行参数保存到大容量NAND FLASH 存储器中, 可供上位机查询近一年内精确到分钟的电网运行参数. 参考文献:[1]简弘伦. 精通设计核心技术实例详解M ].:[2]data sheet [M ].USA :Altera, ]Ma Y , Wanhammar L. A hardware efficient control ofmemory addressing for high performance FFT processors [J].IEEE transactions on signal processing , 2000,48(3 :917-921.[4]杨博涵, 李明, 沈绪榜. 一种基于SIMD -MCC 计算机的二维FFT 并行算法[J].微电子学与计算机, 2005, 22(2 :104-107.[5]李小进, 初建朋, 赖宗声, 等. 高速基2FFT 处理器的结构设计与FPG A 实现[J].电路与系统学报, 2005, 10(5 :49-53.作者简介:董惠女, (1966- , 博士研究生, 副教授. 研究方向为智能信息处理与信息控制.(上接第116页多阶HMM 预测器进行融合的用户浏览行为预测模型. 它针对已有的多预测器融合方法的不足进行了改进. 具有以下特点:(1 在融合中通过对不同用户浏览模式分类, 建立多Morkov 链模型模型并以其预测结果为HMM 预测器的输出置信度指标, 拓展了经典的网页访问预测多HMM 模型融合方法的先验信息, 以提高用户访问页面的预测准确率;(2 该算法通过模糊积分理论融合1～N 阶HMM 模型预测结果, 相对已有的线性加权方法具有保真性和客观性, 具有更高的预测准确率.性能测试实验的结果表明, 该模型具有较好的整体性能, 可广泛用于为Web 站点管理、电子商务以及网页预取等领域. 参考文献:[1]Sarukkai R R. Link prediction and path analysis usingmarkov chains [J].International Journal of Computer &Telecommunications Networking , 2000, 33(1/6 :377-386.[2]Alexandros N , K atsaros D , Manolopoulos Y. A data min 2ing algorithm for generalized Web prefetching [J].IEEE Trans. on Knowledge and Data engineering ,2003,15(6 :1-16.[3]Xing D S , Shen J Y. A new markov model for web accessprediction[J].IEEE Trans. on Computer in Science &Engineering , 2002,4(6 :34-39.[4]Fan L , Cao P , Lin W , et al. Web prefetching betweenlow -bandwidth clients and proxies :potential and perfor 2mance [C ]//Proc. of ACM SIGMETRICS. Atlanta :A 2cly ,1999.[5]Tahani , Hossein , K eller , et al. Information fusion in com 2puter vision using the fuzzy integral [J].IEEE Trans. on Systems man and Cybernetics , 1990, 20(3 :733-741.21微电子学与计算机2008年。

基于FPGA与谐波合成信号发生器的实现

基于FPGA与谐波合成信号发生器的实现张新;吴凤云;王帆【摘要】提出一种结合傅里叶级数展开和DDS原理产生任意波形信号发生器的实现方法.利用FPGA设计了15个DDS模块,将一周期正弦波的样值写入DDS模块的ROM表.对目标信号进行傅里叶变换得到信号各次谐波的频率和幅值,取其1~15次谐波的频率作为每个DDS模块的频率控制字,将各个DDS模块输出的样值与输入该模块的频率对应谐波幅值的乘积进行累加,经低通滤波器输出最终所需波形.测试表明,利用该实现方法得到的信号发生器输出波形稳定、频率转换速度快、精度在0.00279 Hz以内.%An implementation method of the signal generator which can generate the arbitrary waveform by combining Fourier series expansion and DDS principles is proposed. The FPGA is used to design 15 DDS modules,and write the sample values of a periodic sine wave into the ROM list of DDS modules. The Fourier transform is performed for the target signal to get the fre-quency and amplitude of the signal's each harmonic. The frequencies of 1-15 harmonics are taken as the frequency con-trol words of each DDS module. The sample values output by each DDS module and the product of harmonic amplitudes corre-sponding to the frequency input into this module are accumulated. The analog signal is output through the low-pass filter to get the desired waveform. The test results show that the signal generator implemented with the method has stable output waveform and fast frequency conversion speed,and its accuracy is within 0.002 79 Hz.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】6页(P174-178,182)【关键词】FPGA;DDS;谐波合成;信号发生器;ROM;频率转换速度【作者】张新;吴凤云;王帆【作者单位】西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710121;西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710121;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710121【正文语种】中文【中图分类】TN911.7-34;TN7410 引言传统的波形发生器只能产生一些常规的信号如正弦波、方波、脉冲波、三角波等。

基于fpga的谐波数字源信号产生方法研究

基于FPGA的谐波数字源信号产生方法研究摘要电力系统中运行的非线性负载，给电网带来了大量的谐波。

谐波作为电网中一种污染源，不仅给电气环境带来了一定危害，而且影响电网中的电能质量和电能计量。

应用数字化电能表计量谐波电能便成为新的问题。

要做好对谐波电能的计量工作，且保证计量结果的准确性，便需要谐波数字源应含有足够高次谐波成分，其产生的谐波信号可模拟电网中的谐波污染信号。

目前谐波产生方法主要是频率合成技术。

随着数字化技术的快速发展，直接数字合成技术(DDS)是应用最为广泛的合成技术，考虑到系统输出信号的精度、速度以及数据存储等因素，在此技术的基础上，提出一种基于泰勒级数的双线性内插算法，可并满足信号精度和速度要求的同时节省大量的数据存储空间。

以DDS技术为基础，实现了一种基于FPGA的谐波数字源系统的设计。

该系统主要使用FPGA芯片作核心控制器，完成了硬件整体控制电路以及各个功能模块的接口电路，并利用Verilog HDL语言进行软件编程设计，实现软硬件联合调试，并通过TFT-LCD直观方便地查看输出信号等信息。

在设计的同时利用ModelSim对系统进行功能仿真，与实际输出信号进行对比分析，对系统中可能产生误差的部分进行了总结。

本文设计的谐波数字源经过整体运行，输出谐波信号效果良好。

通过对系统进行性能分析，该系统达到设计指标，为在谐波条件下对谐波电能的计量工作提供重要的技术参考价值。

关键词谐波；电能质量；DDS技术；线性插值算法-I-Research on the Method of Generating Harmonic Dignal Signal Based on FPGAAbstractThe nonlinear load in power system brings a lot of harmonics to the power system.As a kind of pollution source in the power system, harmonics not only bring some harm to the electrical environment, but also affect the power quality and electric energy measurement.The application of digital electric energy meter in measuring harmonic energy will become a new problem.To do the work on the measurement of harmonic energy, and ensure the accuracy of measurement results, we need the harmonic digital source should contain enough harmonics, and the harmonic signal can be used to simulate the harmonic pollution signal.At present, the main method of harmonic generation is frequency synthesis technique. With the rapid development of digital technology, direct digital synthesis(DDS) is the most widely used synthetic technology, considering the system output signal of the speed, the accuracy of data storage and other factors, on the basis of this technique,proposes an interpolation algorithm based on Taylor series bilinear signal, meet the requirements of precision and speed at the same time save a large number of data storage space. Based on DDS technology,implements a harmonic digital source system design based on FPGA. This system mainly uses FPGA chip as the core controller, the hardware control circuit and interface circuit of each module, and the software program design using Verilog HDL language, the realization of hardware and software debugging, and through TFT-LCD directly and conveniently view the output signals and other information. At the same time,using ModelSim to simulate the function of the system and compare with the actual output signal, summarize the possible errors in the system.The overall operation of the harmonic digital source designed in this paper,the output harmonic signal effect is good.After analyzing the performance of the system, the system can achieve the design index, which has important technical reference-II-value for harmonic detection and control of power system.Keywords harmonic wave，power quality，DDS technology，spurious analysis-III-目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国内研究现状 (3)1.3 本文研究内容 (5)第2章谐波数字源信号产生方法 (6)2.1 直接数字频率合成技术 (6)2.2 基于泰勒级数的线性内插算法 (9)2.3 双线性内插算法 (11)2.4 本章小结 (13)第3章基于FPGA的谐波数字源的系统硬件电路设计 (14)3.1 系统总体设计 (14)3.1.1 系统总体结构 (14)3.1.2 系统性能指标 (14)3.2 FPGA主控芯片及外围电路的设计 (15)3.2.1 FPGA主控芯片的选择 (16)3.2.2 电源模块 (17)3.2.3 时钟模块 (18)3.2.4 复位模块 (19)3.2.5 下载配置电路模块 (20)3.3 信号调理电路 (21)3.4 TFT-LCD显示电路 (24)3.5 本章小结 (25)第4章基于Verilog HDL的谐波数字源的系统软件程序设计 (26)4.1 系统程序总体设计 (27)4.2 基于泰勒级数的双线性内插法的DDS模块的设计 (28)4.3 串口通信模块的设计 (32)4.4 数模转换接口的设计 (34)4.5 TFT-LCD读写控制模块的设计 (36)4.6 本章小结 (38)第5章系统测试与误差分析 (39)5.1 基本测试结果 (39)5.2 误差分析 (41)5.2.1 噪声来源的分析 (41)5.2.2 谐波对电能计量的影响 (42)5.2.3 谐波数字源的误差分析 (43)5.3 本章小结 (45)结论 (46)参考文献 (47)攻读硕士学位期间发表的学术论文 (51)致谢 (52)第1章绪论1.1课题研究背景及意义随着我国经济的快速发展，人们的生活质量大幅度提高，从而对电力系统中电能质量要求更加严格。

电力谐波检测中基于FPGA的FFT设计与实现

电力谐波检测中基于FPGA的FFT设计与实现谐波检测/基-4 FFT算法/复数乘法器/FPGA1引言随着电力电子技术在工业和生活中的大量应用，由其产生的谐波已成了电力系统谐波污染中最主要污染源，对于谐波治理关键因素在于谐波测量，现今主要采用的谐波测量方法有，基于瞬时无功功率的谐波测量，基于神经网络的谐波测量，基于小波变换的谐波测量，基于傅里叶变换的谐波测量[1]。

其中基于傅里叶变换（FFT）的谐波检测方法由于其计算方便、实现简单，因而受到了广泛的应用[2]。

FFT的基本思想在于：可将一个长度为N的序列的离散傅里叶变换逐次分解为较短的离散傅里叶变换来计算，这些短序列的DFT可重新组合成原序列的DFT，而总的运算次数却比直接的DFT运算要少得多，从而达到提高速度的目的[3]。

随着超大规模可编程逻辑门阵列(FPGA)技术的发展，新一代的FPGA内部都集成了高速数字信号处理模块和大容量、高速RAM模块，因此，采用FPGA芯片可以方便地实现FFT处理器[4]。

2算法概述2.1 快速傅立叶变换FFT原理离散傅立叶变换定义了时域与频域之间的一种变换，设在时域上x(n)是长度为N的离散复序列，其离散傅立叶变换（DFT）定义为：(k=0,1,…,N-1) (1)通过（1）式计算X(k)需要N次复数乘法和N-1次复数加法。

所以，N个K值共需N2次复数乘法及N(N-1)次复数加法[5]。

对DFT算法分解的依据是利用的一些固有的特性：(1)周期性：(2)对称性：(3)可约性：利用的周期性、对称性和可约性，使得DFT运算中的有些项可以合并，将常序列的DFT分解为短序列的DFT，FFT就是基于这种思路发展起来的。

FFT算法依据运算的基不同，可以分为基-2、基-4、基-8等，并且随着基的数目增多，运算量也增大的很快[6]。

各种算法的运算次数计算如附表所示。

可以看出从基-2到基-4，乘法和加法的运算次数发生了比较大的跳变，而从基-4到基-8到基-16，运算次数变法的幅度就不是很明显了。

基于FPGA的电力系统谐波检测装置的研制的开题报告

基于FPGA的电力系统谐波检测装置的研制的开题报告一、研究背景电力系统中存在着频繁的谐波干扰，对于电力系统的稳定性和电气设备的安全运行会造成极大的威胁。

因此，谐波检测成为了电力系统中十分重要的一项任务。

而现阶段，传统的谐波检测手段主要是基于DSP 及ARM等处理器进行的，但由于处理器性能和速度的限制，检测结果往往存在较大的误差，不能够满足实际需求。

因此，基于FPGA的电力系统谐波检测装置的研制具有重要的现实意义和技术价值。

二、研究目的本研究旨在通过FPGA的高速并行处理能力，开发出一种高效、准确的电力系统谐波检测装置，用于实时检测并分析电力系统中存在的谐波干扰，并给出相应的控制建议，保护电力系统的稳定性和电气设备的安全运行。

三、研究内容和方法本研究将以TI TMS320C6713 DSK和Altera Cyclone IV FPGA为平台，基于C语言和Verilog语音编写程序，开发并实现基于FPGA的电力系统谐波检测装置。

具体研究内容包括：（1）搭建基于TI TMS320C6713 DSK与Altera Cyclone IV FPGA的嵌入式测试平台，实现系统调试及仿真。

（2）从采样、处理、存储、计算等多个方面，对电力系统中的谐波信号进行综合分析，完成谐波信号的准确采集、分析和处理。

（3）基于FPGA的高速处理能力，对谐波信号进行快速、准确的计算和分析，实现谐波检测和精确度的提高。

（4）针对谐波干扰，提出相应的控制和调整方案，保证电力系统的可靠运行。

四、研究意义本研究通过引入FPGA的高速处理能力，实现了电力系统谐波检测中快速、准确、高效的检测应用，可充分发挥电力系统中谐波检测装置的应用优势。

同时，该研究成果对于提升电力系统稳定性，保障电气设备的安全运行，具有积极的意义和重要的价值。

基于FPGA的多波形信号源研究与仿真的开题报告

基于FPGA的多波形信号源研究与仿真的开题报告1. 研究背景及意义信号源在现代通信系统中有着重要的作用，尤其是在频率和时间域的信号测试与测量中。

传统的信号源通常采用固定的波形或者有限的波形存储器进行信号发生，而多波形信号的使用会更加灵活，可以实现更多种类的信号发生需求，同时波形的可重构性也可以大大提升信号源的灵活性和可用性。

FPGA 作为一个低成本、高灵活度的可编程逻辑器件，已经在信号处理领域中广泛应用，基于FPGA的多波形信号源可以满足信号发生器的灵活性需求。

因此，本研究旨在基于FPGA实现一款多波形信号源，并对其进行仿真和测试，以此验证其在实际应用中的可行性和效果。

2. 研究内容和方法2.1 研究内容本研究的主要内容包含以下几个方面：1）多波形信号源的设计原理和分析，包括波形的存储和控制等。

2）基于FPGA实现多波形信号源的电路设计和编程。

3）对多波形信号源进行仿真和验证，包括测试多种不同波形的发生和输出等。

4）对多波形信号源设计方案进行总结和优化。

2.2 研究方法本研究的方法包括以下几个方面：1）文献调研和资料收集，了解现有多波形信号源的设计方法和实现方案。

2）基于现有的FPGA开发平台进行电路设计和编程，实现多波形信号源。

3）运用VHDL语言进行设计和编程，使用ModelSim软件进行仿真验证。

4）通过实验测试和结果分析，对多波形信号源设计方案进行优化和总结。

3. 预期结果本研究的预期结果包括以下几个方面：1）设计并实现一款基于FPGA的多波形信号源，可发生多种类型的波形，并可对其进行控制和输出。

2）通过仿真和测试验证多波形信号源设计的可行性和效果。

3）对多波形信号源进行总结和优化，提出改进措施。

4. 研究进度安排本研究的进度安排如下：第一阶段：文献调研和方案设计时间：1周工作内容：调研多波形信号源的设计方法和实现方案，确定多波形信号源设计的方案和流程。

第二阶段：多波形信号源的设计和编程时间：3周工作内容：基于FPGA开发平台进行电路设计和编程，实现多波形信号源。

基于FPGA的谐波检测的开题报告

基于FPGA的谐波检测的开题报告1.研究背景谐波检测是电力系统中常用的一种检测方法。

传统的谐波检测方法主要基于数字信号处理（DSP）和傅里叶变换（FFT）技术实现，但这些方式在实时性、准确性和可靠性等方面存在一些不足之处。

随着技术的不断发展，基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）的谐波检测技术逐渐得到了广泛应用，因其在实时性、硬件并行性、低功耗、高灵活性等方面较传统方法有着显著优势。

2.研究目的本文旨在研究基于FPGA的谐波检测技术，探究其在实时性、准确性、可靠性和灵活性等方面的优劣，并结合实际应用需求，设计并实现一套基于FPGA的谐波检测系统。

3.研究内容（1）FPGA技术与谐波检测原理的深入研究首先，将对FPGA技术和谐波检测原理进行深入研究，主要包括FPGA硬件结构和工作原理、FPGA在信号处理中的应用、谐波检测方法及其特点等方面。

（2）基于FPGA的谐波检测系统设计本研究将设计并实现一套基于FPGA的谐波检测系统，主要包括硬件电路设计和软件程序设计两个部分。

硬件电路设计主要包括信号输入模块、FPGA逻辑控制器、数据存储模块和信号输出模块等，软件程序设计主要负责实现谐波信号采集、统计、存储和输出等功能。

（3）系统性能测试与优化最后，将对设计实现的基于FPGA的谐波检测系统进行系统性能测试，包括准确性、稳定性、实时性和灵活性等方面的测试，并根据测试结果对系统进行优化。

4.预期成果（1）完成对基于FPGA的谐波检测技术的深入研究，掌握FPGA在信号处理中的应用技术和谐波检测原理及方法等相关知识。

（2）设计并实现一套基于FPGA的谐波检测系统，并进行系统性能测试。

（3）对所设计的系统进行性能优化，使其在实际应用中具备较高的准确性、稳定性、实时性和灵活性等优势。

5.研究意义基于FPGA的谐波检测技术具有很强的实用价值和推广前景，其应用范围广泛，包括电力系统谐波检测、通信系统、图像处理、音频处理等领域。

基于FPGA硬件实现的谐波检测方法

基于FPGA硬件实现的谐波检测方法范必双;王英健;王玉凤【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2008(000)004【摘要】针对现有系统对谐波检测实时性差和精度低的问题,介绍一种基于傅立叶变换和FPGA硬件实现的谐波检测方法.分析了谐波检测中影响测量精度的关键因素,采用数字锁相环来同步被测信号,以减小由非同步采样所产生的误差.基-4FFT 处理器的硬件设计采用全并行的乘法运算单元结构和并行的存储分配方法,最大限度地提高谐波检测的速度.数字锁相环和基-4 FFT 算法用VHDL语言设计实现,并用MAX+plus Ⅱ软件进行仿真,仿真结果表明,所设计的数字锁相环可以很好地跟踪被测信号,在180ms时,误差仅为0.01Hz,很好地消除了非同步采样所引起的测量误差;采用所设计的基-4FFT运算器对给定的谐波数据进行运算,得到的谐波幅值和相位误差小于0.05%,运算时间仅为8μs.【总页数】6页(P235-240)【作者】范必双;王英健;王玉凤【作者单位】长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410076;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410076;长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410076【正文语种】中文【中图分类】TM93【相关文献】1.提高ASIC验证的速度与可视性基于FPGA的ASIC/SoC原型设计及基于FPGA 的系统在实时硬件速度下可以实现100%的内部信号可视性 [J], Mario Larouche2.基于FPGA和瞬时无功功率理论的谐波检测方法 [J], 马安仁;党存禄;任瑞军;李均国3.基于FPGA和瞬时无功功率理论的谐波检测方法 [J], 马安仁;党存禄;任瑞军;李均国4.一种基于FPGA+ARM的高速电力谐波检测仪硬件的设计与实现 [J], 龚仁喜;刘丰;黄阳;孟小碧;谢玲玲;龚文英5.基于FPGA的逆变器特定谐波消除算法实现 [J], 刘呈超;刘莹;程善美因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于FPGA的DDS仿真与设计报告

Yibin University电子信息科学与技术专业本科生EDA设计报告题目基于FPGA的DDS仿真与设计专业电子信息科学与技术基于FPGA的DDS仿真与设计摘要：本文论述了直接数字频率合成技术（DDS）的信号发生器的设计与实现。

本设计是以DDS芯片Cyclone Ⅱ：EP2C5T144C8为频率合成器的函数信号发生器。

本文分析了DDS的设计原理，基于VHDL语言进行系统建模等，同时利用Quartus Ⅱ编译平台完成一个具体DDS 芯片的设计，详细阐述了基于VHDL编程的DDS设计方法步骤。

利用Altera公司的Quartus Ⅱ开发软件,完成DDS核心部分即相位累加器和R A M查找表的设计,可得到相位连续、频率可变的信号，并通过单片机配置FPGA的E^2 PROM完成对DDS硬件的下载,最后完成每个模块与系统的时序仿真。

由于FPGA的可编程性,使得修改和优化DDS的功能非常快捷。

关键字：DDS，Quartus Ⅱ，FPGA中图分类号：TN引言：随着现代电子技术的不断发展,在通信系统中往往需要在一定频率范围内提供一系列稳定和准确的频率信号,一般的振荡器己不能满足要求,这就需要频率合成技术。

直接数字频率合成(Direct Digital Frequen2cy Synthesis ,DDS)是把一系列数据量形式的信号通过D/ A 转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。

目前在高频领域中,利用FPGA 来设计符合自己需要的DDS 系统就是一个很好的解决方法。

正文：目录第一章绪论 (4)1.1、DDS引言 (4)1.2、直接数字合成器的概念及其发展 (4)1.3、DDS技术在国内研究状况及其发展趋势 (5)1.4、频率合成器种类与技术发展趋势 (6)1.5、DDS优势 (6)1.6、课题主要研究内容和设计要求 (7)第二章超大规模集成电路设计介绍 (7)2.1、引言 (7)2.1.1、EDA技术的含义及特点 (8)2.1.2、EDA技术的主要内容 (8)2.2、可编程逻辑器件FPGA (9)2.3、硬件描述语言（HDL） (11)2.3.1、VHDL简介 (11)2.3.2、VHDL的主要特点 (12)2.3.3、VHDL语言的优势 (12)2.4、软件开发工具 (14)第三章 DDS工作原理和主要特点 (14)3.1、DDS的基本工作原理 (15)3.1.1、DDS采样量化 (15)3.1.2、DDS的基本参数推导 (17)3.2、DDS的主要特点 (18)3.3、DDS建模 (18)第四章用VHDL来编程实现和仿真 (20)4.1、VHDL编程实现 (20)4.1.1、频率控制字的生成模块 (20)4.1.2、频率控制字的VHDL实现程序 (21)4.1.3、32位加法器的生成模块 (21)4.1.4、32位加法器的宏模块 (22)4.1.5、32位寄存器的生成模块及VHDL实现程序 (22)4.1.6、存放波表Rom的生成模块及宏模块 (23)4.1.7、整体模块设计 (24)4.2、用Quartus Ⅱ进行DDS仿真 (24)4.2.1、Quartus Ⅱ软件简介 (25)4.2.2、用Quartus Ⅱ的仿真步骤和图像 (26)4.2.3、注意事项 (29)第五章结束语 (30)5.1、总结 (30)5.2、参考文献 (31)5.3、致谢 (32)5.4、附录 (32)第一章绪论1.1、DDS引言频率合成技术是将一个（或多个）基准频率变换成另一个（或多个）合乎质量要求的所需频率的技术。