对基于dsp的电力系统谐波检测装置设计的改进

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1、DSP原理及应用论文名称：对基于DSP的电力系统谐波检测装置设计的改进班级：　　　　姓名：学号：1、改进方法：硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计了信号的多通道采样保持和时钟转换电路，实现了多路信号的同步采样和快速转换。充分发挥了微控制器的控制功能和DSP芯片的数字信号处理优势。软件算法方面，系统采用传统的快速傅里叶变换(FFT)，对采集的电压和电流信号进行频谱分析。论文中还详细分析了信号的采样问题，以及信号的数字滤波问题。初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法，实现了对谐

2、波的测量功能。2、完成的功能：系统主要实现电能质量的实时检测。系统结构框图如图2.1所示，数据采集模块与通信中转模块组成一个现场系统，通信模块通过RS-232实现与PC机之间的通信。PC机通信模块向数据采集模块发出命令，数据采集模块通过通信模块向PC机回送测量数据以及执行结果。PC机通过调制解调器及计算机网络系统，以实现电能质量的实时检测与远程控制。设计的采集模块与通信模块需要完成的功能有：（1）网参数测量：电网参数测量主要对电压、电流、频率3个电网参数进行测量。电压电流有效值设计精度要求达到0.1%，频

3、率设计精度要求为1%。（2）功率测量：功率测量主要包括视在功率、有功功率、无功功率、功率因数。有功功率与无功功率设计精度要求达到0.2%，功率因数精度要求为1%。（3）电网谐波分析：电网谐波分析要求能够检测最高为50次的谐波，设计测量精度要求达到0.5%。（4）通讯功能：现场采集量与分析结果通过CAN总线传输，经由系统的通信模块转发给PC机。PC通信模块采集模块1采集模块2采集模块N图2.1系统结构框图2.1、国际中各级电网谐波电压限值电压/kVTHD奇次偶次0.3854.02.06/1043.21.63

4、5/6632.41.211021.60.8注：220kV电网参照110kV执行，衡量点为PPC，取实测95%概率值3、谐波的测量及计算方法3.1、谐波含有率电压和电流的波形畸变所含的某次谐波的含有率，反映畸变波形中谐波所占的比率。电压畸变波形的第k次谐波电压含有率等于其第k次谐波电压幅值与其基波电压幅值的百分比电流畸变波形的第k次谐波电流含有率等于其第k次谐波电流幅值与其基波电流幅值的百分比3.2、总谐波畸变率(THD)电压和电流波形畸变的程度，常以其总谐波畸变率来表示，作为衡量电能质量的一个指标，各次谐

5、波含有率的平方和的平方根称为总谐波畸变率THD,简称畸变率。电压的总谐波畸变率：电流的总谐波畸变率：3.3、谐波检测的方法在谐波检测中，使用傅立叶算法。傅立叶变换是一种将时域信号转变为频域信号的变换形式。在频域分析中，频谱分析是信号分析的主要内容，它反映了系统性能的好坏。所谓信号的频谱，就是指信号的频率及对应的幅度值、相位，也可以分别称为幅度谱和相位谱。傅立叶变换是数字信号处理中对信号进行分析时经常采用的一种方法。但是如果采用常规的傅立叶变换，则该算法的运算量会特别大，不适合需要高速运行的嵌入式控制系统中

6、采用，而通常方法是采用快速傅立叶变换(FFT)。利用FFT可以直接得到波形所含的各频谱分量。从尽量减少数据分析的运算量的角度出发，采用基于复序列FFT算法来实现谐波的测量。这种算法在运算的时候减少了离散傅里叶变换计算次数。减少计算时候的工作量，加快了计算速度。在进行大量运算的时候，效果还是非常可观的。4、系统硬件整体设计该系统可分为信号预处理、信号采集、数据处理与信号控制、显示、键盘、通信、电源7部分，如图4.1所示。数据采集模块主要完成数据采集、数据处理以及数据显示功能。与此功能相对应的电路包括测量电路

7、、DSP最小系统电路以及人机接口电路测量电路完成信号的采样与变换。DSP最小系统电路完成信号的算法处理以及对整个系统的控制。人机接口电路包括键盘控制电路以及LCD显示信号处理结果。图4.1系统硬件整体结构图该系统中DSP选用的是TI公司的3.3V低电压供电的TMS320LF2407DSP芯片作为中央处理单元。根据该系统硬件电路设计的二个模块及DSP的特点。电源电路根据需要完成5V到3.3V电平转换。选用TPS7333提供系统3.3V供电。数据采集与信号调理电路完成电网信号的采样与转化。选用电压电流互感器接

8、市电采样并用DVDI001参与信号调理。A/D转换部分是利用ADS836416位AD转换器，用来将采样的模拟信号数字化，以供数据处理单元运算处理。DSP最小系统进行谐波分析的数据运算处理以及提供合适的时序与逻辑来控制各外围功能模块单元完成相应功能。串口通信电路及USB接口电路用来将A/D转换完成的数据及时发送到PC机以待更进一步的数据处理。液晶显示模块采用192*64蓝屏点阵实现DSP谐波分析结果的显示。键盘控制部分为用户提供