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电力系统中的谐波具有很大危害,对电网中的谐波进行分析,为谐波整治提供依据,具有重要意义。目前,电力系统谐波分析大多采用DSP实现,要满足系统实时性要求,就要采用价格昂贵的高性能DSP,因此,基于DSP的谐波分析仪造价高昂。随着FPGA技术的发展,其片上资源日益丰富,丰富的片上存储单元,内嵌硬件乘法器、加法器,能够很方便的实现各种运算,单片既能实现复杂系统,同时,FPGA具有强大的并行处理能力,具有很强的数字信号处理能力,加之,基于FPGA的系统成本较低,设计周期较短,这为电力系统谐波分析提供了一种新的实现方法。
本文以离散傅里叶变换为核心,在Altera公司的DE2开发板上实现了电力系统50次以内谐波的测量。主要工作有:分析电力系统谐波测量特点,完成了系统总体框架的设计;对FFT谐波测量算法的性能进行了简单分析,针对电力系统谐波测量特点,采用不间断采样电网信号的方法,有效解决了频谱泄露问题;通过选择适当的采样频率与FFT点数,使得采样信号经FFT变换后频谱的频率分辨率为基波频率,有效防止了栅栏效应的发生;对每一路采样数据采用两个双端口RAM进行轮流存储,有效保证采样的连续性;对AD73360的配置与AD数据的串并转换通过在FPGA中用Verilog hDL设计AD控制器的方法来实现,有效节约CPU处理时间,降低程序复杂程度,提高了系统的实时性;在NiosⅡ软核处理器中完成FFT算法,基本满足系统实时性要求,大大节约系统硬件开销,降低了硬件设计复杂程度。
通过对电网信号进行实际测量,得出电网中各谐波参数,结果表明,本文设计的谐波分析系统能够对电力系统50次以内谐波进行有效测量,满足设计要求。