基于fft高速电力谐波检测仪研制

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1、基于FFT的高速电力谐波检测仪的研制摘要随着非线性器件和设备在电网中的广泛应用，电力系统中的谐波污染变得日益严重。谐波污染对电力系统造成很大的危害，及时准确地检测出谐波成分、幅值和相位等因素是治理和消除谐波污染的前提。因此研制出实时、高精度的电力谐波检测仪器具有重要的现实意义。论文首先分析了电力系统谐波检测技术的国内外研究现状，选择了基于改进的快速傅里叶变换算法结合FPGA来实现电力谐波检测。然后针对系统采用FPGA硬件逻辑实现高速的FFT处理器，结合具有高速稳定的数据传输能力的USB设备作为接口，完成了整个电力系统谐波检测装

2、置的设计和制作。系统主体硬件部分的设计包括前端信号调理电路的设计、FPGA+USB2．O处理器硬件架构的设计。其次论文重点论述了采用按时间抽取基．4快速傅里叶变换算法实现FFT处理器模块的设计过程，基于CORDIC算法实现了碟形运算单元中的复乘运算，相对其他方式，无须额外存储旋转因子和旋转角度，减小了系统硬件资源占用；采用双端口RAM存储结构，通过相应寻址方式完成原址运算操作，提高了系统速度；对数据结果采取防溢出控制结构，提高了运算精度；针对电力谐波检测的需要设计了基于CoRDIC算法流水线架构的求模运算单元，高速运算求取谐波

3、幅值。最后介绍了系统软件部分的设计，主要包括USB固件程序的设计、USB驱动的设计以及基于LabVIEW设计的上位机程序的软件编程。论文的最后部分给出了整个系统装置的仿真验证与实际测试，给出了相关测试数据与图表，并对数据结果进行了误差分析。实际测试表明所设计的各功能模块及整个装置工作正常，基于FFT的FPGA协处理器能在主频为1OOMHz时钟时，能以每帧(1024×16)51．2us的处理速度完成谐波检测算法的运算并将谐波幅值数据提交给USB控制处理器模块，最后由USB设备传至PC机，方便用户进行谐波分析。关键词：电力谐波检测

4、仪FPGACORDICFFTUSBⅡDEVELoPMENToFAHIGH．SPEEDPoWERHARMoNICDETECToRBASEDoNFFTALGoIUTHMABSTRACTWitllt11ewider觚dwiderapplicationsofthenonlineardeVices粕dequipmentsintlleelectricpowergrids，harmonicsiIlt11epowersystemh弱becomeincre勰inglysefiolls，wllichisVe巧h锄mlt0thepowersyste

5、m．Itisthepreconditionof也edisposal锄deliIIlinationoftlleh舭noIlicpollutiont0detectha锄onicconlponents，anlplitudesandphasesaccwately锄dt妇ely．Forthisre硒on，itisof訇reatrealisticsignificancet0deVelopahigh—speed柏dhigh—precisionhannonicdetector．111thethesis，锄analysisofthestatus

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7、fhigh—speeddataprocessinginFPGA锄dttleimplementationofthelligh-speedandstabledatacommunicationwiththemaincoInputerbyUSBinterf．acearedescribedindetail．Tlledetajleddes咖ofthesi弘alprocessingcircuit，FPGA+UsB2．Ocon仃0llercnuitareconductedin也ehardwaredesignforthewholesystem，

8、with廿leemphaLsis0nmatofaD11'-basedRadix_4FFTalgori也mwhichisprjmadlyintendedt0beusedintheFFTprocessor．ThechoiceoftheCORDICalgo珊衄forrealizin