（哈尔滨理工大学 自动化学院，哈尔滨 150080）

在供配电网络中，存在着含有大量的非线性、冲击性负荷的电力电子设备，在实现功率控制和处理的同时，都不可避免地产生谐波电流，引起电压波形畸变，因此需要对电能质量实时地检测分析[1]。目前我国研制的大多数电能质量监测装置都是以DSP为处理运算核心，但是DSP是串行的，在进行大点数FFT运算时，实时性不高。随着FPGA技术的发展，其强大的并行处理能力逐渐凸显出来，运用SOPC技术将Nios II处理器与用户自定义逻辑结合构成一个基于FPGA的片上系统，大大减少了设计成本与时间[2]。

本系统基于Altera公司的FPGA进行设计，由16位的多通道数模转换器实现6路信号的同步采样，数据采集与存储、FFT谐波运算、有效值运算、频率检测统一由有限状态机来进行时序控制，实现了对电网电能的频率、电压电流有效值、功率和各次谐波等电能参数的实时远程监测。

1 系统总体设计

该监测系统主要由信号调理模块、AD转换模块、过零检测模块、有限状态机模块、频率检测模块、Nios II模块、FFT模块、有效值模块、MAC模块、以太网模块和上位机等模块组成。三相电压电流信号经过互感器电路将大电压、大电流转换成弱电信号，然后通过抗混叠滤波电路处理，滤除检测范围以外的高频谐波，防止谐波分析时出现混叠现象，最后通过电平提升电路将信号电平提升到0～5 V，提供给数模转换模块进行转换和处理。同时经滤波后的信号一路输出给过零检测电路，输出与输入信号相同频率的方波信号，经过硬件锁相倍频模块处理，实现数据的同步采样。……