快速傅里叶变换电网谐波分析仪的研究

论文摘要

在电力系统中，各种谐波源产生的谐波对电力系统环境造成污染，影响到整个电力系统的电气环境。无论从保证电力系统和供电系统的安全经济运行或是保证设备和人身的安全来看，对谐波污染造成的危害影响加以经常监测和限制都是迫切需要的。在谐波分析算法进步的同时，用于谐波分析的仪器也越来越多。近年来，国内外在这两个方面进行了大量的研究工作，但仍存在一些缺点。国外的仪器虽然精度高，但是普遍价格昂贵；国内的仪器大多精度较低，且功能不全。本文参照有关国家标准和国内外同类产品的技术指标和现场实际应用的要求，在现有谐波分析仪的基础上，研制了一种软件上基于快速傅里叶变换谐波分析算法，硬件上基于DSP芯片技术的分析仪。它具有精度高、功能齐全、价格低廉等优点。本文首先研究了快速傅里叶变换谐波分析算法。并用Matlab对该算法进行大量仿真实验，进而分析该算法的精度及预测系统的可行性。其次，设计并实现了分析仪硬件结构。包括控制部分单片机的选型、控制程序的编制；数据处理部分DSP的选型、算法的研究及运算程序的编制；分析仪相关电路、双口RAM、PLC的设计制作。最后，进行了单相和电网现场测量，根据实验结果分析误差来源及减小方法并确定了分析仪的精度等级。本文研究成果在电力系统中具有实用意义和广阔的市场前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电力系统谐波分析简介
• 1.2.1 谐波的含义
• 1.2.2 谐波的产生
• 1.3 谐波分析概述
• 1.3.1 国内外研究动态
• 1.3.2 对谐波次数指标的考虑
• 1.3.3 对谐波电压的限制标准
• 1.3.4 对谐波电流的限制标准
• 1.3.5 我国国家谐波标准情况
• 1.3.6 谐波分析技术
• 1.3.7 谐波测量方法及发展趋势
• 1.3.8 电力电子设备的谐波治理途径
• 1.4 本课题的来源和研究内容
• 第2章 基本测量原理与算法仿真
• 2.1 基本电气参量测量原理
• 2.2 基于DFT的谐波分析原理
• 2.2.1 离散傅里叶变换（DFT）
• 2.2.2 泄露效应
• 2.2.3 栅栏效应
• 2.2.4 使用DFT进行谐波分析
• 2.3 谐波分析中的高精度FFT算法
• 2.3.1 Blackman-Harris窗的特性
• 2.3.2 基于Blackman-Harris窗的插值算法
• 2.4 算法仿真与精度分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 谐波分析仪设计实现
• 3.1 单片机部分
• 3.1.1 单片机的在线编程系统
• 3.1.2 键盘管理
• 3.1.3 微型打印机
• 3.1.4 数据存储
• 3.1.5 复位和电源监控
• 3.2 数字信号处理部分
• 3.2.1 TMS320C32处理系统
• 3.2.2 信号调理和量程自动切换
• 3.2.3 数据采集电路
• 3.3 其他部分
• 3.3.1 双口RAM
• 3.3.2 可编程逻辑电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 测试结果及分析
• 4.1 分析仪误差
• 4.1.1 电流取样电阻带来的误差
• 4.1.2 电压输入回路的分压电阻所带来的误差
• 4.1.3 输入回路的放大器产生的误差
• 4.1.4 A/D转换器的量化误差
• 4.1.5 数据处理引入的误差
• 4.2 单相基本电气参数测试结果
• 4.2.1 验证实验一
• 4.2.2 验证实验二
• 4.3 电网谐波分析结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 工程硕士研究生个人简历