基于DSP的电网谐波检测研究

论文摘要

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、经济运行带来了极大影响。如果能够在电网中对所有谐波参数进行准确的监测与分析,在满足电能质量谐波标准的基础上,就能有效的投运用电设备。因此,电网谐波的监测与分析作为电力系统谐波研究的一个重要方面,其准确度和运算量对研究电网谐波问题尤为重要。本文首先介绍了课题研究的背景以及国内外的研究现状与发展趋势。然后对电力系统谐波与间谐波的测量方法进行了比较深入的研究,并在研究的基础上提出了适合本系统的谐波与间谐波测量方法:基于FFT的加窗双插值谐波间谐波分析方法。同时引入了锁相倍频采样技术,使得采样与电网同步,随电网的变化而变化。基于以上的方案,本文设计开发了基于TMS320C6711D芯片的电能质量监测系统。系统能够很好的完成对基本电量、2-100次谐波与2500Hz以内间谐波、电压波动与闪变、三相不平衡度、电压与频率偏差、谐波总畸变率等参数的高精度的测量和运算。在本文中,对系统的硬件设计和软件设计做了详细的介绍,主要包括数据采集模块、数据处理模块和数据传输交换模块的软硬件介绍。最后通过系统的调试和实验证明了系统的实时性、准确度和可靠稳定性都已达到了国家对测量装置的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外谐波研究现状及趋势
• 1.2.1 谐波检测方法
• 1.2.2 谐波标准
• 1.2.3 国内外谐波检测分析装置的现状和趋势
• 1.2.4 有待研究解决的问题
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 谐波检测短时傅立叶变换方法原理分析
• 2.1 谐波的基本概念
• 2.2 电力系统信号采样的实现方法
• 2.2.1 同步采样法
• 2.2.2 准同步采样法
• 2.2.3 非整周期采样法
• 2.3 电力系统谐波信号分析基础
• 2.3.1 信号的采样和采样定理
• 2.3.2 加窗DFT 变换
• 2.3.3 栅栏效应和频谱泄漏
• 2.3.4 窗函数及其频谱
• 2.4 多个频率信号存在时的泄漏误差
• 2.4.1 整数次谐波干扰误差
• 2.4.2 非整数次谐波干扰误差
• 2.5 FFT 加窗插值算法
• 2.5.1 插值理论
• 2.5.2 FFT 加窗插值的实际算法
• 2.5.3 实时信号处理的算法仿真计算
• 第三章 基于DSP 的谐波测量系统硬件设计
• 3.1 硬件设计总体方案
• 3.2 系统工作原理
• 3.3 芯片的选择
• 3.4 电压和电流检测电路的设计
• 3.5 抗混叠低通滤波器的设计
• 3.6 采样/保持及倍频锁相电路的设计
• 3.7 A/D 转换电路的设计和接口电路
• 3.8 DSP 与Flash 的接口设计
• 3.9 DSP 与SRAM 的接口设计
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 软件开发根据介绍
• 4.1.1 DSP 开发环境CC52.0 简介
• 4.1.2 TD5510-U582.0 仿真器介绍
• 4.2 系统的软件设计
• 4.2.1 采集模块软件设计
• 4.2.2 数据处理模块的软件设计
• 4.2.3 数据传输交换模块的软件设计
• 第五章 系统调试与实验
• 5.1 系统调试
• 5.2 系统实验
• 总结和发展趋势
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B 系统主程序
• 附录C 电气原理图