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随着各种非线性电力电子设备的大量应用,谐波对电网的污染日益严重,影响了电能质量和供电可靠性。论文介绍了电力系统谐波产生的原因及其危害,指出谐波测量的重要意义及谐波测量装置的发展状况,说明本论文研究的重要意义。
本论文研究的方向是设计一个高精度实时测量电网谐波的装置。论文论述了数字信号处理技术的发展及其在电能质量检测中的作用,并介绍了DSP器件和技术在仪器仪表中的应用。基于以上两点,本文提出了以数字信号处理技术为理论基础,基于DSP的电力系统谐波测量装置的总体设计思想。
作为一种实时的谐波测量装置要求既能精确的测量各次谐波,又具有较高的实时性。为了满足上述要求,论文在对各种谐波分析方法进行分析、比较后提出了适合于本系统的谐波分析方法:基于傅里叶变换的谐波分析方法。接着,论文对影响谐波分析精确度的各种因素以及提高精确度的方法进行了分析。为了更好的满足实时性和精确性两方面的要求,本文采用了基于锁相环技术的自适应调整采样率的谐波分析法。采用此方法可实时跟踪电网频率波动,极大地减小频谱泄漏,提高了谐波测量精度。但采用此算法在每个采样点间都必须进行谐波分析,论文分析了DFT和FFT算法的计算量,采用FFT的乘法计算量正比于N log,N(N为采样点数)同DFT正比于N2的计算量大为减少。
本文采用TI公司C2000系列DSP TMS320F2812同16位AD转换芯片ADS8364相结合来实现上述算法,利用TMS320F2812的高速性和ADS8364的高精度及采样频率可变性。在人机交互方面,本文单独采用一片AVR单片机.ATMEGA16L控制键盘和液晶显示,以减轻DSP的任务量,DSP与AVR单片机之间通过SPI总线进行通信。本文设计了大容量的FLASH存储器用来存储历史数据。在数据通信方面,本文设计了以太网通信接口,RS232以及RS485串行通信接口,方便数据传输。