对一种新型三相电力谐波分析仪的设计

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1、总第47卷一第532期电测与仪表VoJ．47No．5322010年第04期Elect~calMeasurement＆InstrumentationApr．20lO一种新型三相电力谐波分析仪的设计曹锐(太原市优特奥科电子科技有限公司，太原030006)摘要：运用离散傅里叶变换，实现电网电压和电流的谐波分析，并详细介绍了一种新型电力谐波分析仪的设计，分析了其测量原理和软硬件设计。最后，使用标准源对测试仪器进行了比对校验，给出了相应的测试结果。关键词：电力谐波；分析仪；傅里叶变换中图分类号：TM933文献标识码：B文章编号：1001—1390(2010)04-00

2、67=03DesignofaNewThreePhasePowerLineHarmonicsAnalyzerCAORui(TaiyuanAccupowerElectronicsTechnologies，Taiyuan030006，China)Abstract：VoltageandcurrentharmonicanalysisbasedOffthediscreteFouriertransformispresented．Anewtypeofthreephasepowerlineharmonicsanalyzerisintroducedindetailinthisp

3、aper．Themeasurementprinciplesandhardwareandsoftwaredesignoftheanalyzerarediscussed．Testdataareprovidedbycomparingtheoutputofastandardharmonicpowersourceandthemeasurementresul~ofthenewanalyzer．Keywords：powerlineharmonics，analyzer，FouriertransformO引言叶级数表示为【l】：随着电力电子技术的高速发展，近年来许多大型电力用

4、户部门使用大功率的非线性负荷日益增多，使)+2ZIksin『￡岬(1)大量谐波电流注人电网，引起电力系统电压和电流产对此周期性连续时间函数进行等周期采样，采样生严重畸变，导致电能质量下降，这对供电系统和用序列记为({}(n=0，1，2，⋯，J7、rl-1)，则相应的离散户均会产生不良影响和危害。电力系统谐波可产生附傅里叶变换为：，加损耗，增加设备温升，恶化绝缘条件，缩短设备寿啦]：1Zie(2)命，使无功补偿电容器组产生谐波谐振，造成危险的过电流或过电压，使保护装置发生误动作和产生计量设第k次谐波电流的实部和虚部分别为Req[k])和误差等。因此，为了有效地

5、进行谐波监测管理，我们设Im(】)，则第k次谐波的电流幅值和初相位分别为：计了一种新型的电力谐波分析仪。厶：而(3)1测量原理电网电压和电流的畸变波形可用一系列不同频．／Im(I[k])＼眦g／丽J(4)率的正弦波来表示。其中，与电源频率一致的为基波分求出厶、*后，则口J得出第后次谐．硬电流畸变翠为：量，其他为谐波分量【q。测量谐波分量的方法有多种，傅里叶分析方法作为经典的信号分析方法，具有正交和Hm,=×-00％㈥完备等许多优点，而且又有快速傅里叶变换(F)算法，因此本仪器采用傅里叶变换作为谐波分析方法。总电流的畸变率为：电网电压和电网电流都是时间的周期性

6、函数，且有相同的构造形式，本文以电流为例进行分析，同样一舢％㈤可以得到电压的分析结果。通常，电网电流可用傅里一67—总第47卷第532期电测与仪表Vo1．47No．5322010年第04期EiectricaiMeasurement&InstrumentationApr．2010第k次谐波功率因数角和有功功率分别为：精度。=一(7)值得一提的是，在进行FFT转换时，通常需与时=VAco~(8)间窗配合使用以减小泄漏误差。若采用Hanning窗等窗函数，则一般需要多个周期的数据以减小泄漏误2硬件设计差。而这样将会大大增加计算量，从而导致计算时间新型三相电力谐波分

7、析仪硬件原理图如图1所太长，难以实现实时测量。而若能在一个周期内进行示。被测的三相交流电压、、和三相交流电流厶、等间隔采样，则采用矩形窗计算一个周期的Fn'也可厶、，c依次接入三路电压互感器和三路电流互感器进获得高精度测量结果。因此，为了减小计算量，提高实行信号调理，然后通过各自的抗混叠滤波器口’41后进入时性，我们采用了锁相倍频同步采样技术[61。图2是锁模一数转换器AD977A的输入端，转换结果由AD977A相倍频同步采样电路的原理图。图中，同步信号l通送人TMS320C6722DSP系统中进行计算处理，完成电过滤波器整形后，进入电压比较器，将正弦波信号

8、转参量的测量和电力谐波分析。而后，DSP系统将所测变