基于DSP和AVR的电网谐波检测装置的研究

论文摘要

随着节能技术和自动化技术的推广,电力电子装置如变流设备、变频设备等,容量日益扩大,数量日益增多,使电网中的高次谐波愈来愈严重。对谐波的检测是势在必行的,同时也急需我们设计一种可以准确、快速检测谐波的仪器。对电能质量的监督,有赖于准确可靠的测量仪器和科学合理的测量方法。目前,已经设计出很多谐波检测装置,并且较多应用快速傅立叶法(FFT),但是这种算法存在频谱泄露、栅栏效应等缺点,达不到现场检测精确度的要求;而本文提出应用加窗双峰谱线插值的算法,它可以很好地减小误差,提高精度,解决目前谐波检测装置存在的一些问题。本文所研究的系统是基于DSP和AVR的双CPU技术,通过分析加窗双峰谱线插值算法的过程,根据DSP和AVR的特点设计出相关的电路系统,进行完整的检测装置的研究,从而很好地达到运算速度快等特点。本文还针对于此装置设计了一套谐波源模拟发生器,用于谐波的检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 谐波检测装置的基本要求
• 1.3 选题的背景及意义
• 1.4 国内外的发展现状
• 1.5 谐波检测装置的发展趋势
• 1.6 本课题的研究内容
• 2 电力参数及谐波测量技术
• 2.1 谐波的相关知识
• 2.1.1 电网谐波参数的表示
• 2.1.2 谐波的测量标准
• 2.2 谐波检测方法概述
• 2.2.1 早期的检测方法采用模拟滤波器滤波
• 2.2.2 基于傅立叶变换方法
• 2.2.3 基于神经网络的谐波检测方法
• 2.2.4 基于小波变换的谐波检测方法
• 2.2.5 基于瞬时功率的谐波检测方法
• 2.2.6 卡尔曼算法的谐波检测方法
• 2.2.7 本系统采用方法的确定
• 2.3 电力系统谐波 FFT 算法存在的问题
• 2.4 谐波检测的 FFT 实现--复序列的形成
• 2.5 电力系统基于 FFT 的谐波信号分析
• 2.5.1 FFT 加窗双峰谱线插值函数
• 2.5.2 加窗双峰谱线插值 FFT 与 FFT 的仿真实验比较
• 2.6 本章小结
• 3 基于 DSP 和 AVR 的电力参数检测装置的设计
• 3.1 系统硬件概述
• 3.2 信号调理电路的设计
• 3.2.1 电流信号调理电路
• 3.2.2 电压信号调理电路
• 3.3 数据采集模块的设计
• 3.3.1 同步采样法
• 3.3.2 采样点数的选择
• 3.3.3 数据采集单元
• 3.4 数据处理模块的设计
• 3.4.1 数字处理器的选型
• 3.4.2 AVR 的选型
• 3.5 外围器件的选型
• 3.5.1 外扩 RAM 单元
• 3.5.2 外扩 EEPROM 单元
• 3.5.3 MAX706 的应用
• 3.6 人机接口模块的硬件设计
• 3.6.1 键盘电路的设计
• 3.6.2 液晶接口电路的设计
• 3.7 其他功能模块
• 3.7.1 时钟电路
• 3.7.2 电源电路
• 3.8 通讯单元
• 3.8.1 通讯接口电路
• 3.8.2 通信规约
• 3.9 本章小结
• 4 谐波检测装置的软件设计
• 4.1 系统软件总体概述
• 4.2 软件的开发环境
• 4.2.1 CCS2.21 集成开发环境
• 4.3 各功能块的软件设计
• 4.3.1 数据采集模块的软件设计
• 4.3.2 数据处理模块的软件设计
• 4.3.3 显示键盘模块的设计
• 4.3.4 通讯模块程序设计
• 4.4 上位机人机界面模块
• 4.4.1 上位机软件平台的开发环境
• 4.4.2 人机界面设计
• 4.5 谐波计算程序设计
• 4.5.1 谐波计算的步骤
• 4.5.2 谐波计算的程序实现
• 4.6 本章小结
• 5 谐波检测装置试验
• 5.1 谐波电源的模拟发生器
• 5.2 基于实际信号的系统测试
• 5.3 试验结果分析
• 5.4 误差分析
• 5.4.1 硬件电路产生的误差
• 5.4.2 算法产生的误差
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果