基于DSP电力谐波测量装置的设计.doc

目 录 1 绪论 1 1.1课题研究的背景 1 1.2国内外研究发展动态 3 1.3课题研究的意义 4 2 电力谐波的检测原理及分析 2 2.1 谐波检测系统实现的主要功能 2 2.2 电力系统谐波测量 2 2.2.1 电力系统谐波产生的原因 2 2.2.2 电力系统谐波测量方法简述 2 2.2.3 FFT算法的特点 9 2.3谐波检测中存在的问题 10 2.3.1信号混叠 10 2.3.2频谱泄漏与栅栏效应 10 2.3.3 谐波测量频谱泄漏原因及解决方案 12 2.4 电网电能质量标准 12 2.4.1 电能质量电力系统频率允许偏差 13 2.4.2 电能质量供电电压允许偏差 13 2.4.3 电能质量公用电网谐波 13 3 电力谐波检测装置的硬件设计 7 4 硬件系统调试 16 5 结论 16 参考文献 16 致谢 16 毕业设计（论文）知识产权声明 16 毕业设计（论文）独创性声明 16 附录 17 1 绪论 本章首先介绍当前电力质量的主要危害谐波危害，引出电力系统测量的重要性，其次介绍国内外在此方面的研究发展状况以及国内现有仪器由于采用单片机而存在的不足和缺陷，同时介绍了数字信号处理的发展，特别是近些年DSP处理器的普及更为电力系统智能采集注入了新活力，最后介绍了本课题的研究意义。 1.1课题研究的背景 随着电力电子技术的发展，电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响，谐波被认为是电网的一大公害，同时也阻碍了电力电子技术的发展因此，对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。 电力电子装置等非线性负载所产生的谐波会引起负载和输电设备的过载、失控和增加损耗，甚至严重危害电网和用电设备的安全。随着电力电子技术在家庭、工业、交通、国防日益广泛的应用，电力电子装置本身功率容量和功率密度的不断增大，电网遭受谐波污染也日益严重。 谐波危害可以归结为: (l)对旋转电机(发电机和电动机)产生附加功率损耗和发热，并引起振动。 (2)对无功补偿电容器组引起谐振或谐波电流的放大，从而导致电容器因 过负荷或过电压而损坏，对电力电缆也会造成电缆的过负荷或过电压击穿。 (3)增加变压器和电网的损耗，当发生谐振现象时，损耗可达到相当大的程度。 (4)对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作。尤其是一些衰减时间较长的暂态过程，如变压器合闸涌流中的谐波分量，由于其幅值和含量都很大，更容易引起继电保护的误动作。 (5)造成电能计量的误差。一方面是增加电度表本身的误差，另一方面是谐波源负荷从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率，这样受害的用户既从系统中吸收基波功率，又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果是谐波源负荷用户少付电费，而受害的用户多付电费。 (6)谐波电流在高压架空线路上的流动除增加线损外，还将对相邻通讯线路产生干扰影响。 电网谐波已成为许多电子设备与系统现场可靠运行的主要障碍之一，谐波污染的问题还严重阻碍了诸如变频调速等大批高效、节能电力电子技术的推广应用。因此，国内外都在加紧研究谐波污染的治理方法。近些年，我国也开发了一些电力测量装置和电能质量监测装置，但在功能上、实用化方面还不够理想，还存在许多问题: 1)处理功能较差、可扩展存储空间较小、运算速度较馒，难以运用精确严格的算法进行大量的实时数据处理，不满足电力监测高实时性的要求； 2)电力系统中最常用微处理器包括51系列和96系列等控制型器件，但随着电力系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，这些器件在计算能力方面已不能很好地适应电力系统的要求，致使电力系统的高精度测量、实时监控和先进算法的运用受到了限制； 3)有的产品虽然直接引进了国外的技术模块，功能较强，可是价格较高，且不完全适合我国市场; 4)有的产品无通讯和控制输出功能，不满足电力系统网络化、自动化的发展方向; 5)人机交互性不好。 在过去的几十年里，单片机的广泛使用实现了简单的智能控制功能，但是随着计算机科学与技术、信号处理理论与方法的迅速发展，需要处理的数据量越来越大，对电测仪表的实时性和精度的要求也越来越高，而电能质量监测装置不同于一般的电力基本参数测量仪器，要进行电能质量指标的计算、分析和监视，并且要运用复杂的数学算法，如果采用比较先进的单片机Intel8OC196进行基本的32点FFT运算，在1ZM主频下采用快速算法仍然需要0.25秒左右，如采用更加先进复杂的算法则需要的时间更长显然，传统的单片机技术已不能满足电力系统实时监控的需要。 数字信号处理器DSP是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10一50倍。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类