基于DSP的电力系统谐波检测装置的设计毕业设计
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电力系统谐波监测与分析系统设计与实现摘要:电力系统的谐波问题在实际运行中经常出现,并且对系统的稳定性和设备的运行状态有着重要影响。
因此,设计一个有效的电力系统谐波监测与分析系统是非常必要的。
本文针对这一问题进行了探讨,并提出了一个基于实时数据采集和信号处理的谐波监测与分析系统。
该系统可以实时监测电力系统中的谐波波形,并进行谐波分析,从而帮助电力系统的维护和运行。
1. 引言电力系统的谐波问题是一个普遍存在且重要的问题。
谐波是指电力系统中频率为基波频率整数倍的分量,由于现代电力系统中存在各种非线性负载和电力电子设备,谐波问题愈加严重。
谐波会导致系统中的电压和电流失真,并对设备的运行状态产生不良影响,甚至可能引起设备故障。
因此,建立一个有效的电力系统谐波监测与分析系统,对于电力系统的稳定运行和设备状态的评估十分重要。
2. 谐波监测与分析技术2.1 实时数据采集实时数据采集是谐波监测与分析系统的基础。
电力系统中的谐波信号是时变的,因此需要实时采集电流和电压信号。
常用的数据采集方式包括传统的电流互感器和电压互感器采集方法以及无线传感器网络技术。
传统的互感器方法已经被广泛应用于实际工程中,但存在着信号失真和受限于布线的问题。
无线传感器网络技术具有灵活性高、成本低等优点,逐渐成为一种重要的数据采集手段。
2.2 信号处理与谐波分析采集到的电流和电压信号需要进行信号处理和谐波分析。
常用的方法包括傅里叶变换、小波变换等。
傅里叶变换能够将时间域的信号转换为频率域的信号,分析出信号中各个频率的分量,但在非稳态情况下存在精度问题。
小波变换是一种时频分析方法,能够同时分析信号的时间和频率特性,因此能够更好地分析非稳态的谐波信号。
3. 谐波监测与分析系统设计与实现3.1 系统架构设计谐波监测与分析系统的设计需要考虑到数据采集、信号处理和分析结果展示等模块。
系统架构如下所示:(1) 数据采集模块:负责采集电力系统中的电流和电压信号。
1、原方案随着现代电力电子设备和非线性负载的大量使用,谐波污染日趋严重,谐波己成为电力部门及其用户日益关注的问题,因此对谐波进行检测与分析具有重要的意义。
我此次选择进行改进的方案是由刘金波、崔正启发表在《硅谷》上面的基于《DSP技术的电力系统谐波检测》这样的一个方案,文章的编号为1671—7597(2010)0620088—02,页码为4页。
2、改进方法:硬件设计方面,根据电力系统中数据采集和处理的实际特点,设计了信号的多通道采样保持和时钟转换电路,实现了多路信号的同步采样和快速转换。
充分发挥了微控制器的控制功能和DSP芯片的数字信号处理优势。
软件算法方面,系统采用传统的快速傅里叶变换(FFT),对采集的电压和电流信号进行频谱分析。
论文中还详细分析了信号的采样问题,以及信号的数字滤波问题。
初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法,实现了对谐波的测量功能。
3、完成的功能:系统主要实现电能质量的实时检测。
系统结构框图如图2.1所示,数据采集模块与通信中转模块组成一个现场系统,通信模块通过RS-232实现与PC机之间的通信。
PC机通信模块向数据采集模块发出命令,数据采集模块通过通信模块向PC机回送测量数据以及执行结果。
PC机通过调制解调器及计算机网络系统,以实现电能质量的实时检测与远程控制。
设计的采集模块与通信模块需要完成的功能有:(1)网参数测量:电网参数测量主要对电压、电流、频率3个电网参数进行测量。
电压电流有效值设计精度要求达到0.1%,频率设计精度要求为1%。
(2)功率测量:功率测量主要包括视在功率、有功功率、无功功率、功率因数。
有功功率与无功功率设计精度要求达到0.2%,功率因数精度要求为1%。
(3)电网谐波分析:电网谐波分析要求能够检测最高为50次的谐波,设计测量精度要求达到0.5%。
(4)通讯功能:现场采集量与分析结果通过CAN总线传输,经由系统的通信模块转发给PC机。
图2.1 系统结构框图3.1、国际中各级电网谐波电压限值注: 220kV 电网参照110kV 执行,衡量点为PPC ,取实测95%概率值4、谐波的测量及计算方法4.1、谐波含有率电压和电流的波形畸变所含的某次谐波的含有率,反映畸变波形中谐波所占的比率。
基于DSP的电力系统谐波分析与抑制研究引言随着电力系统的不断发展和扩展,越来越多的电子设备和非线性负载接入电网,导致谐波问题日益突出。
谐波对电力系统的稳定性和可靠性产生了严重的影响,因此,对电力系统中的谐波进行深入分析和有效抑制,成为当前电力系统研究的热点之一。
本文将重点探讨基于数字信号处理器(DSP)的电力系统谐波分析与抑制研究。
一、DSP在电力系统谐波分析中的应用谐波的分析是理解电力系统中谐波产生和传播机制的关键。
DSP作为一种强大的数字信号处理工具,在电力系统谐波分析中发挥着重要作用。
首先,DSP可以进行高精度的信号采集和数据处理。
通过将谐波信号经过必要的滤波和采样,可以得到准确的谐波波形和频谱。
其次,DSP还可以进行频域分析,可以计算出各阶谐波的幅度、相位以及频率等特征参数。
最后,DSP可以对谐波信号进行相关性分析,提高谐波源的定位精度。
二、DSP在电力系统谐波抑制中的应用抑制电力系统中的谐波是确保系统正常运行和提高电网质量的重要手段。
DSP作为一种实时、高速的信号处理器,能够对谐波进行有效的抑制。
首先,通过对谐波信号的谐波分析,可以确定主要的谐波成分和频率。
然后,利用DSP的功能强大的数字滤波器,可以对谐波信号进行准确的滤波处理,将谐波降低到安全范围内。
此外,还可以采用DSP控制方法对非线性负载进行补偿和控制,减少其产生的谐波。
三、DSP在电力系统谐波分析与抑制研究中的挑战尽管DSP在电力系统谐波分析与抑制中具有广泛的应用前景,但仍然面临一些挑战。
首先,传统的DSP算法在谐波信号处理中存在计算复杂度高、实时性差和存储容量不够等问题。
其次,由于电力系统谐波具有非线性、非稳态和时变的特点,对DSP算法的稳定性和鲁棒性提出了更高的要求。
此外,由于实际电力系统谐波问题的多样性和复杂性,需要不断改进和优化的DSP算法来适应各种实际情况。
结论基于DSP的电力系统谐波分析与抑制研究对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。
朱朝文(1987—),男,博士研究生,研究方向为电力电子技术及应用,检测技术及自动化装置。
一种基于DSP 的有源电力滤波器谐波提取方案的设计与实现朱朝文,袁海文,郭鑫,弭寒光(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100191)摘要:介绍了一种同步旋转坐标系的谐波提取方法,并同时辅以无限脉冲响应数字滤波技术及时间延迟补偿策略。
通过Matlab 仿真研究并设计,实现了以DSP 为核心处理器的有源电力滤波器(APF )数字化提取方案。
经过仿真试验分析和工程验证,证明了该方法的有效性和准确性。
关键词:有源电力滤波器;DSP ;谐波提取;无限脉冲响应中图分类号:TN 713+.8文献标志码:A 文章编号:1001-5531(2012)04-0039-05Design and Realization of Harmonic Extraction ofActive Power Filter Based on DSPZHU Chaowen ,YUAN Haiwen ,GUO Xin ,MI Hanguang(School of Automation Science and Electrical Engineering ,Beihang University ,Beijing 100191,China )Abstract :Active power filter (APF )’s compensation performance depends on the system ’s compensation cur-rent extraction algorithm and the main power inverter ’s control strategies.This paper presented an infinite impulse response of digital filter technology and the time delay compensation strategy combined with a harmonic and reactive extraction algorithm on synchronous rotating coordinate system.Simulating through Matlab ,the paper designed and implemented the digital extraction program on APF with DSP as the core-processor.The method is proved to be ef-fective and accurate by experimental analysis and engineering verification.Key words :active power filter (APF );DSP ;harmonic extraction ;infinite impulse response (IIR )袁海文(1968—),男,教授,博士,研究方向为检测技术与自动化装置、电力电子特种电源、嵌入式系统工程应用等。
基于DSP芯片TMS32LF2407的谐波控制器的硬、软件设计当今电力系统中的电能质量问题越来越突出,一方面,大量敏感性负荷对电能质量的要求越来越高,而另一方面,越来越多的非线性负荷不断接入电网,使电力系统总体的电能质量状况不断恶化。
谐波是电能质量中很重要的一个方面,谐波的存在对电力系统产生的危害有以下几个方面:1)可能使电力系统继电保护装置和自动装置产生误动或拒动;2)使各种电气设备产生附加损耗和发热,使电机产生机械振动及噪声;3)谐波电流在电网中流动增加损耗,影响电网及各种电气设备的经济运行;4)谐波电流通过电磁感应、电容耦合以及电气传导等作用,对周围的通信系统产生干扰;5)谐波使电网中广泛使用的各种测量仪表产生误差;6)增加了电网中发生谐波谐振的可能,从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。
随着谐波污染的日益严重和对电能质量要求的提高,对谐波抑制的要求也越来越高,如何根据现场的谐波污染状况进行滤波器的投切也变得更加重要。
针对这种情况,研制了一种谐波控制器,它可以对现场的谐波和无功等进行监测,根据现场谐波状况对滤波器进行自动投切,达到抑制谐波、改善电能质量的目的。
下面介绍基于DSP 芯片TMS32LF2407 的谐波控制器的硬、软件设计。
1 谐波控制器的硬件设计谐波控制器的基本原理是实时对电流、电压进行采样,将采到的数据经过D5P 进行数据分析后,得到现场谐波的状况,从而决策是否对滤波器进行投切。
美国TI 公司生产的TMS32LF2407 型DSP 芯片是一款高性能16 位定点DSP,该系列DSP 控制器将实时信号处理能力和控制器外设功能集于一身,特别适合于工业控制应用。
其芯片供电电压为3.3V,降低了控制器的功耗。
高达40M 1PS 的执行速度(工作最高频率为40MEz),片内有。
毕业设计(论文)论文题目:市电谐波分析系统设计摘要谐波测量在电力系统中占有重要的地位和作用。
及时、准确地掌握电网中谐波的实际状况对于电力系统的安全、运行具有重要的意义。
由于谐波具有非线性、随机性、非平稳性和复杂性等特征,所以难以对谐波进行准确测量。
本文针对谐波的特征,并根据电力系统谐波测量的基本要求,阐述了谐波测量的主要方法和谐波测量装置的分类,以及基于C8051F005的CPU电力系统谐波测量的硬件实现和海明窗插值FFT 应用于谐波测量中的算法分析和研究。
最后对电力系统的谐波测量的发展趋势提出了看法。
关键字C8051F005单片机, 快速傅立叶变换, 电力系统谐波测量。
ABSTRACTHarmonic measurement occupies an important position and Play an important role in the electrical power system. Control real time and accurately the actual condition of the harmonic is very important to the safety and operation of the electric power system. Because harmonic has inherent non-linear, random, instability, complex influence factors and so on, it is very difficult to measure the harmonic accurately. According to basic request of the harmonic measurement in the electrical power system, this paper elaborates the main harmonic measurement method, and has outlined hardware realization and the software algorithm flow of the harmonic which is based on the C8051F005 CPU electrical power system, and the algorithmic analysis and research that Hamming window interpolation FFT applied in the harmonic measures.KEY WORDS: C8051F005 mcu, Hamming window interpolation FFT, harmonic measurement in the power system目录一引言 (4)二电力系统谐波测量的基本要求 (5)三谐波测量分类 (5)四电力系统主要测量方法 (6)1、采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波 (8)2、基于傅立叶变换的谐波测量 (8)3、基于瞬时无功功率的谐波测量 (9)4、基于神经网络的谐波测量 (8)5、利用小波分析方法进行谐波测量 (7)五基于C89051F005 快速离散傅立叶变换的谐波分析的方案 (11)1、谐波分析系统设计框图和工作原理 (11)1.1、C8051F005单片机的特点 (12)1.2、隔离电路 (13)1.3、调整电路 (13)1.4、键盘和显示单元(人机交换接口) (15)1.5、控制单元 (15)1.6、电源 (15)2、基于C8051F005傅立叶变换谐波测量算法研究 (16)2.1 、FFT 算法 (16)2.2 、FFT 加窗的插值算法 (17)2.3、仿真 (18)2.4、FFT 加窗修正算法变换结果…………………………………………………………193、同频率修正 (19)4、软件设计 (19)六谐波测量的发展趋势 (20)七结束语 (21)参考文献 (21)附录1 (22)附录2 (23)附录3 (24)附录4 (25)一引言随着现代工业的高速发展,电力系统中的非线性负荷日益增多,电力系统谐波污染问题受到了广泛的重视。
基于DSP的谐波与无功补偿装置的研究与设计的开题报告一、选题背景与意义随着现代工业自动化技术的不断发展,各种电子设备越来越广泛地应用于生产生活中,电力质量问题也逐渐显现出来。
其中,电网谐波污染和无功功率浪费问题是电力质量问题的两个主要方面。
由于现有的电力系统中谐波和无功功率的存在,造成了与之相关的一系列问题,如电力设备的失效、电能质量下降等。
因此,开发一种DSP控制器的谐波与无功补偿装置,对于提高电力系统的能效和质量有着极大的意义。
二、研究内容和目标本课题的研究内容主要包括两个方面:一是针对电网谐波污染问题,采用DSP技术实现谐波补偿,降低电网的谐波含量;二是针对电网无功功率浪费问题,采用DSP技术实现无功补偿,提高电网的功率因数。
具体目标如下:1.设计一种基于DSP的谐波与无功补偿装置,实现谐波补偿与无功补偿的功能。
2.利用DSP技术实现对谐波和无功补偿的控制,提高电网的电能质量。
3.验证该装置的补偿效果,分析其在实际应用中的优点和局限性,探索进一步的改进方向。
三、研究方法和技术路线1. 系统建模与仿真首先,建立电力系统的模型,并通过仿真来验证该系统的运行情况和性能参数。
2. DSP控制器设计与实现根据电力系统的模型,设计出基于DSP的谐波与无功补偿控制器,并通过编程实现控制算法。
3. 系统测试与效果验证将设计好的谐波与无功补偿装置与电网连接起来,进行系统测试,并验证其补偿效果和控制算法的正确性。
四、研究进展和计划目前,我们已完成了电力系统的建模工作,并初步设计出基于DSP 的谐波与无功补偿控制器。
下一步计划是进一步优化控制算法,并进行系统的实际测试,验证其效果和可行性。
计划安排如下:1.5月份:完成电力系统的建模工作和控制器设计。
2.6月份:完成控制器编程和仿真实验。
3.7月份:进行系统的实际测试和效果验证。
4.8月份:完成论文的写作和论文答辩。
五、预期成果1.设计出一种基于DSP的谐波与无功补偿装置,实现谐波补偿与无功补偿的功能。
基于DSP的电力参数高精度测量装置的设计贝兆彧;陈鸣好【摘要】For monitoring the ship power quality, this paper introduces the electric parameter measuring device which is de-signed based on DSP and FFT. The device measures electric parameters, including the voltage, current, frequency, active pow-er, reactive power and power factor of the ship power station with high precision. The result of the simulation test shows that this device can fully meet the needs of the electric energy quality monitoring.%为了能够准确、高速地测量和采集各种电力参数,以数字信号处理技术为核心,利用快速傅里叶变换算法设计研发了一套电压电流信号处理装置。
该装置可实现对船舶电站的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数及谐波等电力参数的高精度测量。
仿真试验结果表明,所设计的装置可满足电力系统对电能质量的要求。
【期刊名称】《上海船舶运输科学研究所学报》【年(卷),期】2012(035)002【总页数】5页(P69-73)【关键词】DSP;FFT;谐波分析;同步采样【作者】贝兆彧;陈鸣好【作者单位】上海船舶运输科学研究所军品分所,上海200135;上海船舶运输科学研究所军品分所,上海200135【正文语种】中文【中图分类】TM933.20 引言随着船舶电力系统的高速发展,船舶电网容量的扩大,大量变频器、调速电机等非线性电力电子设备的广泛应用,使船舶电力系统变得更加复杂多变,对配电网络的监测和维护提出了更高的要求,如何能够高速、准确地采集和测量各种电力参数显得尤其重要。
毕业设计(论文)题目:电力系统谐波检测与分析毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
基于dsp的毕业设计基于DSP的毕业设计一、引言数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)是一门研究如何对数字信号进行处理和分析的学科。
它在现代通信、音频处理、图像处理等领域有着广泛的应用。
本文将探讨基于DSP的毕业设计,介绍其背景、意义以及实施过程。
二、背景与意义随着科技的不断发展,DSP技术在许多领域都扮演着重要的角色。
在音频处理中,DSP可以用于降噪、音效增强等方面;在通信领域,DSP可以用于信号解调、编码等方面。
因此,基于DSP的毕业设计具有重要的实践意义。
三、设计目标与方案基于DSP的毕业设计的设计目标通常是解决一个特定的问题或实现一个特定的功能。
例如,可以设计一个音频降噪系统,通过DSP算法对音频信号进行处理,降低噪声干扰;也可以设计一个实时图像处理系统,通过DSP算法对图像进行滤波、边缘检测等操作。
在设计方案上,可以选择使用现有的DSP开发板或自行设计硬件平台。
同时,需要选择适合的DSP开发环境和编程语言,如MATLAB、C语言等。
根据设计目标,选择合适的DSP算法和实现方法,并进行系统设计、算法调试等工作。
四、实施过程1. 系统需求分析:根据设计目标,明确系统的功能需求和性能指标。
如音频降噪系统的信噪比要求、图像处理系统的实时性要求等。
2. 硬件平台选择:根据需求选择合适的DSP开发板或自行设计硬件平台。
考虑到成本、性能等因素,可以选择TI、ADI等厂商的DSP开发板。
3. 开发环境选择:根据硬件平台选择合适的开发环境和编程语言。
如使用MATLAB进行算法开发和仿真,使用C语言进行DSP程序的编写。
4. 算法设计与实现:根据设计目标选择合适的DSP算法,并进行算法设计和实现。
可以使用现有的算法库,也可以自行设计和优化算法。
5. 系统集成与调试:将算法与硬件平台进行集成,并进行系统调试和性能测试。
根据测试结果进行优化和改进。
6. 结果分析与总结:对系统的性能进行分析和评估,总结设计过程中的经验和教训。
研究与开发年第期6基于DSP与MAX125的谐波检测装置研究于大伟(大连供电公司市内供电分公司,辽宁大连116021)摘要设计了一种基于TMS320LF2407A 型DSP 芯片和14位AD 芯片MAX125的谐波实时采集计算系统。
设计了硬件电路,包括DSP 最小系统、AD 转换系统以及相关的辅助电路。
给出了数据采集及AD 转换的软件程序。
经过实验验证,该装置具有良好的性能,而且结构简单,成本低廉,将得到广泛的使用。
关键词:谐波检测;DSP ;MAX125Research of Har monic Mesure Device Based on DSP and MAX125Y u Dawei(Dalian Power Supply Company,Dalian,Liaoning 116021)Abstr act A real-time harmonic acquisition and measure system based on the DSP chip TMS320LF2407A and the14bits A/D chip MAX125is presented .This paper designs the hardware circuit,including DSP circuit and AD convert system.Given the program which the data acquisition and AD transform.The result shows that this system has the good characteristics ,and low cost.This system will be widely used.Key words :harmonic mesure ;DSP ;MAX1251引言随着电力电子技术的广泛应用,供电系统中增加了大量的非线性负载,引起电网电流、电压波形畸变,产生电网的谐波“污染”。
摘要随着电力系统的发展以及电力市场的开放,电能质量问题越来越引起广泛关注。
由于各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重。
谐波是目前电力系统中最普遍现象,是电能质量的主要指标。
电力系统谐波是电能质量的重要参数之一,随着电力电子技术的发展,大量的非线性负载和各种整流设备被广泛的应用于各行各业,使电网谐波含量大大增加,电能质量下降。
谐波给供电众业的安全运行和经济效益带来了巨大影响。
所以,抑制谐波污染、改善供电质量成为迫切需要解决的问题。
因此,谐波及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。
对电力系统谐波的治理,需要电力部门和用户共同参与。
一方面,用户需要电力部门公共电网电能质量能确保用户正常生产用电;另一方面,电力部门也要求用户的生产用电不影响公共电网的正常供电,特别是对于一些会对公必电网电能质量造成睡大影响的大型用户,从源头上进行电能质量的治理是必须的。
本文介绍了谐波的概念、检测及危害,详细介绍了谐波产生的来源于,电力系统中的谐波来自电气设备。
也就是说来自发电设备和用电设备。
同时介绍了谐波的危害,包括对电网运行和用电设备的危害,还包括对继电保护和自动装置的影响。
为了有效补偿负荷产生谐波电流,首先对谐波的成分有精确认识,因而需要实时检测负载电流中的谐波。
本文着重介绍了基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波测量的理论。
进而研究了电力系统谐波的抑制措施,消除或抑制谐波的对策,可以有效地减小谐波对电网的影响,以消除和防止谐波的影响。
关键词:电力系统谐波;危害;p、q检测方法,;ip、iq检测方法目录摘要 (I)目录 (I)第1章绪论 (3)1.1 谐波的提出及意义 (3)1.2国内外研究状况及进展 (4)1.2.1国外研究现状 (4)1.2.2国内研究现状 (6)1.3本文主要研究的内容 (7)第2章电力系统谐波的分析 (8)2.1 谐波的基本概念 (8)2.1.1 谐波的定义 (8)2.1.2 电力系统谐波的表达式 (8)2.1.3 电力系统谐波的标准 (9)2.2 电力系统谐波的产生 (10)2.3 电力系统谐波的危害 (12)2.3.1 对电机的危害 (12)2.3.2对变压器的危害 (12)2.3.3 对线路的危害 (13)2.3.4 对电容器的影响 (13)2.3.4 对继电保护、自动装置工作的影响 (14)2.3.5 对其通信系统的影响 (14)2.4 本章小结 (14)第3章电力系统谐波的检测 (16)3.1谐波检测的几种方法比较 (16)3.2基于三相电路瞬时无功功率理论的谐波测量 (18)3.2.1 瞬时有功功率和瞬时无功功率 (18)3.2.2 瞬时有功电流和瞬时无功电流 (20)3.2.3 基于瞬时无功功率的p、q检测方法 (21)3.2.4 基于瞬时无功功率的ip、iq检测法 (22)3.2.5 检测示例 (24)3.3本章小结 (26)结论 (27)参考文献 (28)附录1 (29)附录2 (32)致谢 (337)燕山大学毕业论文评审意见表 (38)个人简介 (40)第1章绪论1.1 谐波的提出及意义“谐波”一词起源于声学。
基于DSP的电力系统谐波检测装置的设计摘要随着现代电力电子设备和非线性负载的大量使用,谐波污染日趋严重,谐波己成为电力部门及其用户日益关注的问题,因此对谐波进行检测与分析具有重要的意义。
本文首先介绍了国内外电力系统谐波测量装置的现状,分析了数字信号处理芯片在电力系统中的应用情况,对谐波分析的相关理论与技术进行了研究,设计了以DSP为核心的硬件与软件系统。
硬件设计方面,根据电力系统中数据采集和处理的实际特点,设计了信号的多通道采样保持和时钟转换电路,实现了多路信号的同步采样和快速转换。
充分发挥了微控制器的控制功能和DSP芯片的数字信号处理优势。
软件算法方面,系统采用传统的快速付立叶变换(FFT),对采集的电压和电流信号进行频谱分析。
论文中还详细分析了信号的采样问题,以及信号的数字滤波问题。
初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法,实现了对谐波的测量功能。
本装置可以快速、准确地进行谐波的测量和分析。
关键词:DSP;谐波;同步采样;快速傅里叶变换AbstractWith the wide applications of modern power electronics equipment and nonlinear load,harmonic deterioration has increased rapidly, which has attracted great attentions by powerdepartment and users.By analyzing the situations of the electric harmonic monitoring equipments home and abroad,aiming at the demand of power department and practical application.The application of Digital Signal Processor in the electric power systems is introduced in this paper,it aims at the harmonic theories and technologies analysis and exploits a hardware floor and a software system with DSP core.The hardware design aspect, according to the electrical power system in the data acquisition and the processing actual characteristic, has designed the signal multichannel sampling maintains with the switching circuit, has realized the multi-channel signal synchronized sampling and the split-second-selection.Has displayed the micro controller's control function and the DSP chip digital signal processing superiority fully.The software algorithm aspect, the system uses the tradition to pay fast sets up the leaf to transform (FFT), carries on the spectral analysis to the gathering voltage and the electric current signal. In paper also multianalysis signal sampling question, as well as signal digital filtering question.The preliminary design has carried on the computation and the processing related software algorithm to the gathering data, has realized to the overtone survey function.This equipment may be fast, accurate carries on the overtone the survey and the analysis.Key Words:Digital Signal Processor;Harmonic;Synchronous sampling;Fast Fourier Transfer目录摘要 (1)Abstract (2)引言 (1)1 绪论 (2)1.1问题的提出 (2)1.2国内外发展的概况 (3)1.2.1国外的发展概况 (3)1.2.2国内的发展概况 (5)1.3电能质量分析的实际应用与发展趋势 (6)1.4本文设计的系统需要完成的功能 (6)1.5课题的研究任务 (7)2 谐波的理论分析 (8)2.1概述 (8)2.2谐波的基本概念 (8)2.3谐波的分析 (8)2.3.1电网谐波的产生 (9)2.3.2谐波的危害 (10)2.3.3谐波的国家标准 (11)2.3.4谐波的测量及计算方法 (11)3 谐波检测的方法 (13)3.1快速傅立叶变换的原理 (13)3.2FFT算法存在的问题及解决方法 (21)3.2.1采样定理和频谱混叠 (21)3.2.2频谱泄露 (21)3.2.3栅栏效应 (22)3.2.4FFT存在问题的解决方法 (23)4 系统硬件电路设计与实现 (24)4.1系统硬件整体设计 (24)4.2DSP芯片的选择 (25)4.2.1DSP芯片的发展 (25)4.2.2TMS320LF240X系列DSP的特点 (25)4.2.3本装置DSP芯片的选择 (26)4.3系统硬件电路图设计 (27)4.3.1数据采集、处理模块 (27)4.3.2数据转换模块 (29)4.3.3电源电路设计 (31)4.3.4TMS320LF2407存储器扩展接口设计 (32)4.3.5异步串行接口硬件设计 (35)4.3.6人机接口技术 (35)5 系统的软件实现 (37)5.1系统的软件设计流程 (37)5.2DSP单元中个功能模块的程序流程 (37)5.2.1主程序流程图 (37)5.2.2DSP数据采集模块程序流程图 (38)5.2.3FFT算法的程序流程图 (39)5.2.4串口通信的实现 (39)5.2.5LCD刷屏与键盘处理 (43)结论 (45)参考文献 (46)致谢 (48)引言随着科学技术和国民经济的发展,各行各业对电力系统的供电质量的要求越来越高,电力供应的理想状态是用户端能够得到固定频率和幅值的电压与电流。
而实际上,自从交流电投入应用以来,这样的理想状态从来就没有实现过。
尤其是20世纪80年代末以来,随着现代电力电子技术的广泛应用,由电力电子开关的强制开合,电弧炉以及大容量电机的启动与停机,电力系统负载不平衡所引起的谐波污染日趋严重。
而现代工业技术中广泛采用精密的仪器设备、复杂的控制系统,加上电子设备的普遍应用,使得电力负荷对电能质量的要求越来越高。
电能质量已成为电力部门及其用户日益关注的问题。
公网供电质量的日益恶化,甚至发生因谐波干扰而引发的安全事故,严重的威胁着电力系统的安全与稳定运行,同时对用户用电设备的正常工作和工农业生产的持续高效产生十分不利的影响。
在工业应用场合,电动机在额定功率下电源电压的偏差不超过±5%时才能维持额定出力,频率降低会使汽轮机的叶片承受压力加大,严重时会发生机械共振,使叶片断裂。
电网谐波含量增加,将导致电气设备寿命缩短,电网损耗增大,同时可能引起继电保护和自动装置误动作等一系列问题。
在电力传输过程中,负载功率因数降低会使输电线、变压器和发电机的附加电能损失增大。
三相电压不平衡(即存在负序分量)会引起电机附加振动力矩和发热,一些保护也会因负序的干扰而误动作。
谐波测量是谐波问题中的一个重要分支,也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。
谐波测量的主要作用有:①鉴定实际电力系统及谐波源用户的谐波水平是否符合标准的规定,包括对所有谐波源用户的设备投运时的测量。
②电气设备调试、投运时的谐波测量,以确保设备投运后电力系统和设备的安全及经济运行。
③谐波故障或异常原因的测量。
④谐波专题测试,如谐波阻抗、谐波潮流、谐波谐振和放大等。
1绪论1.1问题的提出电力系统运行时,理想情况下它应以额定电压和额定频率向用户供电。
但实际运行中由于负荷不断变化,电力系统的频率和电压是不可能维持恒定不变的。
因此,以往各国都以频率和电压维持与额定值的偏差不超过规定的允许范围作为衡量电能质量的标准。
随着电力工业的发展,国民经济各个部门的电气化水平日益提高,具有非线性或时变特性的负荷也日益增多,从而在现代电力系统中,仅用频率和电压这两个指标来衡量电能质量己经不能满足需要了。
因此,三相电压的不对称度、波形畸变以及电压波动和闪变也成为衡量电能质量的重要指标。
波形畸变是指交流电力系统中电压或电流波形偏离了正弦波。
电力系统的波形畸变并不是一个新的问题。
早在20世纪初就有不少电力工作者注意到这个问题,并发表了不少有关论文。
20世纪20年代,德国就已经提出静态整流器引起的波形畸变问题,但由于当时的电力系统谐波并不严重,因而没有引起足够重视。
20世纪六七十年代以来,由于大功率变流设备和电子调压设备的广泛应用,大量家用电器普遍采用晶闸管以及其它各种非线性负荷,导致电力系统波形畸变日益严重,再加上竞争和充分利用电工材料,对电工设备日益倾向于采用在其磁化曲线临界情况下甚至在饱和区段工作,导致这些电力设备的励磁电流波形严重畸变,严重危及电力系统安全运行,从而使各国对谐波问题倍受重视和关心。
在我国,随着经济的迅猛发展,电气化铁道的发展,化工、冶金、煤炭等工业部门中大量应用电力电子技术和引进国外的先进设备,以及在节能中电力电子技术的应用等等,在带来技术经济上一系列效益的同时,也使电网的谐波含量大大增加,电网波形畸变越来越严重,这就是所谓的电网谐波污染。
谐波对电力系统电磁环境的污染不仅危害系统本身的安全,而且对广大电力用户的危害面也是十分广泛。