基于DSP的电力信息采集终端的研究

摘要

随着非线性负载以及各类波动性、冲击性设备的广泛投入，使电网出现了大量谐波，严重影响了电能质量以及电力用户的正常用电。因此，实现具有高精度谐波检测功能的电力信息采集终端是具有重要意义的,本文所设计的电力信息采集终端采用一种改进算法计算谐波参数，从而提高谐波检测的精度。然后将检测到的谐波参数和其余电能质量参数通过数据通信的方式显示在上位机界面上，保存和分析监测到的信息数据，为进一步改善电能质量提供依据。
　　首先，针对非同步采样下的稳态谐波，用傅里叶变换法检测谐波时会出现频谱泄漏和栅栏效应现象，影响谐波检测的精度。传统加窗插值FFT算法通过加窗函数和插值运算提高了检测精度，但是仍有较大的误差。本文针对栅栏效应提出一种基于频域伸缩的改进DFT算法，通过对频谱的适当伸缩，使要观察的频谱恰好出现在离散谱线上，减小了栅栏效应，提高了检测精度，同时避免了插值运算带来的计算量。深入分析改进DFT算法和传统加窗插值FFT算法，并对算法的计算过程进行详细推导。
　　其次，选定TMS320F2812作为核心处理器，完成采集终端硬件和软件的设计。将基于频域伸缩的改进DFT算法和加窗插值FFT算法进行仿真测试，分析计算结果的误差，比较两种算法的优缺点，最终得出改进DFT算法略优于加窗插值FFT算法的结论。因此，选择改进DFT算法作为DSP中的谐波检测算法。同时，在DSP中编程实现其余电能质量参数的计算，包括有效值、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，以及谐波含量、谐波畸变率和三相不平衡度，完成基于DSP的电力信息采集终端的设计。
　　最后，基于LabVIEW软件完成用户侧电力信息管理平台的设计。将电力信息采集终端算出的谐波参数和其余电能质量参数通过适当的通信方式传到基于LabVIEW的上位机，在上位机上设计出多个分界面，分别显示电能质量的各个参数，实现对电能质量参数的科学管理。以管理平台为基础，为后续深入研究如何实现节能减排的电力需求侧管理平台提供一个良好的开端。