DSP在电力系统谐波测量中的应用研究

摘要

近年来,数字信号处理器件在处理速度、处理能力诸方面均取得了划时代进步,并且价格迅速降低,不但能够满足快速实时处理、处理数据量大、处理精度高的要求,而且由于价格适中,可以投入到工业生产中,这就使得我们研制高性能便携式的电力参数监测设备有了更好的选择.本设计采用TI公司的TMS320LF2407作为电力监测仪表的核心处理器,使用内部A/D转换,充分利用DSP器件的软硬件优势,采用交流采样技术和频率跟踪技术.交流采样时,任意采样一个周期,就可以计算出信号含有的各次谐波分量,而不需要计算电压过零点.这种设计简化了软件编程,而且避免了由计算过零点带来的误差,既不增加工作量又可以保证精度和准确度.在软件设计方面,给出了计算各次谐波系数及各种电力参数的理论依据,并画出部分软件流程图.本设计每周期采样次数高达128次,运用快速傅里叶变换可计算出1~31次谐波,根据计算出的各次谐波幅值,可以计算电压、电流有效值,总谐波畸变率、有功功率、电度,以及无功功率、无功电度等电力参数.由于该仪表硬件上采用DSP作为核心处理器,软件设计上采用快速傅里叶变换来计算1~31次谐波分量,所以该仪表是一款可以测量高次谐波的功能全面的电网监测仪表,其运算精度和速度既可以满足电网质量实时监测需要,也可以作为电力公司判断用电单位电流谐波含量是否超标的依据.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章电力系统中畸变波形的分析

1.1电力系统中的谐波

1.1.1谐波的含义和性质

1.1.2电力系统中的谐波源

1.1.3高次谐波的危害

1.1.4研究谐波问题的重要意义

1.2畸变波形的数字特征量

1.2.1畸变波形的方均根值

1.2.2谐波含有率

1.2.3总谐波畸变率

1.2.4有功功率和无功功率

1.3谐波分析

1.3.1供电系统电压、电流的正弦波形畸变

1.3.2畸变波形的基本分析方法

第二章系统构成

2.1系统需求与功能

2.2系统实现方案

2.3交流采样频率的确定

2.4数字信号处理器DSP的性能分析

第三章系统硬件设计

3.1系统硬件结构

3.2典型芯片介绍

3.2.1 TMS320LF2407

3.2.2LM211过零电压比较器

3.2.3 TPS73HD318双输出稳压源

3.3功能电路分析

3.3.1基准电压电路

3.3.2频率跟踪电路

3.3.3电压和电流调理电路

第四章傅里叶变换的理论分析

4.1离散傅里叶变换

4.2离散傅里叶变换中存在的问题

4.2.1混叠现象

4.2.2泄漏效应

4.2.3栅栏效应

4.3快速傅里叶变换FFT

4.4定点DSP进行FFT运算时归一化问题

4.5常用电力参数的计算公式

4.6周期函数傅里叶变换的一个定理

第五章系统软件设计

5.1软件系统任务分析

5.2软件设计

5.2.1软件整体设计思想

5.2.2频率计算与AD采样处理

5.2.3FFT的编程实现

5.2.4串行通信设计

5.3上位机软件设计

5.4实验数据分析

结论与展望

参考文献

致 谢

学位论文评阅及答辩情况表