基于DSP的电力谐波检测系统设计

论文摘要

随着电力系统中非线性负载的不断增加,电网中的谐波污染也越来越严重。谐波造成电能质量恶化,并对设备的正常运行造成了有害影响,会严重影响电网安全运行。谐波治理势在必行,而首要解决的问题就是谐波检测和分析,确切掌握电网中谐波的实际情况。因此,本文针对电力系统检测实时性强、高运算精度和大数据量运算等要求,设计了基于DSP的电力参数和谐波检测系统,实现对电力系统谐波的高精度检测。本文首先对谐波信号的自身特点进行理论分析,研究谐波的来源与危害,在分析比较常用的谐波检测方法后,针对快速傅立叶变换算法存在的频谱泄漏等问题进行了改进,通过加窗和采用插值修正算法用以改善计算谐波频率、相位和幅值的准确度;此外,还设计了数字低通滤波器用以去除高频分量,防止混叠现象的发生。然后,采用TI公司的TMS320LF2407A为核心处理器,并利用其自身10位AD进行数据采集转换,详细设计了电力谐波检测系统的硬件电路。包括信号传感电路、信号调理电路、数据处理电路、人机接口及通信接口电路等。在构建的硬件平台上,完成了本系统的软件开发,包括了下位机的FIR数字滤波器设计、加窗插值的FFT算法实现、A/D采样的校准和串口通信等软件模块以及上位机软件的设计。实验结果表明,本系统能够有效地检测出电力系统中的电压、电流值以及谐波分量等,具有很高的精度和很好的实时性,能够满足谐波检测的实际要求,具有一定的实用价值。此外本文还对系统的误差来源和影响做出了详细分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1.课题研究的背景
• 2.电力系统谐波的产生与危害
• 3.谐波检测系统的现状与发展趋势
• 4.谐波检测系统的研究意义
• 5.本文研究的主要内容
• 第一章 谐波检测的理论依据
• 1.1 谐波信号分析基础
• 1.1.1 电力参数测量内容及其计算原理
• 1.1.2 谐波定义及测量内容
• 1.1.3 谐波检测的常用算法
• 1.1.4 FFT 的基本算法
• 1.2 交流采样的实现方法
• 1.3 谐波检测中存在的问题
• 1.4 抗混叠数字低通滤波器的设计
• 1.5 基于加窗和双峰插值的FFT 算法
• 1.5.1 窗函数设计及插值FFT 算法
• 1.5.2 算法仿真
• 1.6 小结
• 第二章 系统总体设计方案
• 2.1 系统的技术要求
• 2.1.1 谐波测量标准
• 2.1.2 系统的功能要求
• 2.2 总体框架和模块划分
• 2.3 小结
• 第三章 谐波检测系统的硬件设计
• 3.1 数据采集模块设计
• 3.1.1 互感器与调理电路设计
• 3.1.2 抗混叠电路设计
• 3.1.3 A/D 转换部分
• 3.2 数据处理模块设计
• 3.2.1 DSP 的选择
• 3.2.2 存储器扩展
• 3.3 人机接口设计
• 3.3.1 液晶显示模块
• 3.3.2 键盘接口电路
• 3.4 通信接口设计
• 3.5 电源及外围电路设计
• 3.6 硬件电路抗干扰措施
• 3.7 小结
• 第四章 谐波检测系统的软件设计
• 4.1 系统软件总体概述
• 4.2 下位机DSP 系统模块
• 4.2.1 数据采集模块
• 4.2.2 数据处理模块
• 4.2.3 数据通信模块
• 4.2.4 其他软件模块
• 4.3 上位机软件
• 4.3.1 串口通信
• 4.3.2 数据分析显示
• 4.3.3 数据存储
• 4.4 小结
• 第五章 总体方案实验结果及误差分析
• 5.1 实验条件及内容
• 5.2 实验结果
• 5.3 误差分析
• 5.3.1 模拟通道转换
• 5.3.2 AD 变换器
• 5.3.3 CPU 处理数据误差
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 附录
• 详细摘要