基于DSP的谐波与间谐波检测算法的研究

摘要

随着科技的不断进步以及工业的迅猛发展,各行各业对电力的需求大大增加。多种多样的波动性、冲击性电气设备不断投入使用,非线性负荷在电网中所占比重不断增加,致使大量谐波与间谐波电流涌入电网,从而导致电网的正弦电压波形发生严重畸变,降低了电能质量。与此同时,人们对电能质量的要求却在不断提高,因此谐波问题亟待解决。谐波检测正是解决谐波问题的前提和依据,因而具有十分重要的意义。
　　本文对电网中普遍存在的谐波问题,对谐波与间谐波检测算法进行深入研究。通过理论分析及仿真分析,着重探讨FFT及小波分析检测方法,包括传统FFT、加窗插值FFT、尺度-模极大值、小波变换、小波包变换等方法对于谐波与间谐波检测的优势及不足。在此基础上，针对电网信号检测特点,提出四项Nuttall窗插值FFT及小波包-遍历滤波检测方法。并利用MATLAB仿真工具,实现上述方法对电网中典型的4种含谐波与间谐波信号的对比检测分析。从检测精度、检测能力及检测范围等方面,评价了各算法的适用情况及特点。分析结果表明,不同算法优势不同,应根据检测线路负载的特点选择相应的检测算法。在对随机性大、波动性强的电网信号进行检测时,小波分析更胜一筹。基于电网监测的实用性的考虑,设计了一套能够实时测量三相电压电流信号、计算电力基本参数、检测分析电网信号中所含谐波与间谐波成分,并具有人机交互功能的DSP硬件平台。详细描述了该硬件平台电路组成及其功能实现,硬件系统选用TI公司的TMS320F2812作为核心处理器,可以实现对复杂检测的高速处理。基于模块化程序思想,选用CCS软件平台,通过C语言编程完成了各模块的软件设计。针对不同的负载特性,设计了四项Nuttall加窗插值FFT及小波包-遍历滤波两种谐波与间谐波检测算法,并将所设计的两种检测算法成功移植于DSP平台,完成了系统功能测试。测试结果表明,所选检测算法不仅可以满足精度要求,而且兼顾了实时性需求。

目录

基于DSP 的谐波与间谐波 检测算法的研究

RESEARCH ON HARMONIC AND INTERHARMONIC DETECTION ALGORITHMS BASED ON DSP

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 基于傅里叶变换的检测算法

2.1 引言

2.2 传统傅里叶分析

2.3 加窗插值 FFT

2.4 6 种FFT 对含间谐波的准稳态信号的检测

2.5 本章小结

第3章 基于小波变换的检测算法

3.1 引言

3.2 小波检测算法分析

3.3 基于小波包-遍历滤波的间谐波检测方法

3.4 含谐波与间谐波的 4 种典型信号的小波包-遍历滤波检测

3.5 算法分析及评价

3.6 本章小结

第4章 谐波与间谐波检测算法的DSP 硬件平台开发

4.1 引言

4.2 硬件平台总体结构

4.3 预处理单元

4.4 DSP 核心处理及外设单元

4.5 电源及抗干扰模块

4.6 硬件平台实物图

4.7 本章小结

第5章 谐波与间谐波检测算法的软件实现及测试

5.1 引言

5.2 软件总体实现方案

5.3 各模块程序流程

5.4 谐波与间谐波检测系统功能测试

5.5 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的论文及其他成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢