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随着非线性负荷,尤其是电力电子设备在电力系统中大量使用,使得电网中出现了大量的谐波,严重威胁了电能计量的准确性。准确计量谐波电能可以为电力系统的科学管理提供一个重要依据。 论文针对电能计量,给出了两种单相电能表的计量方案:一种是应用电能计量芯片ADE7755来设计电能表;另一种则是应用DSP芯片设计电能表,并对这两种不同的方案进行了详细的介绍。论文的主要工作和结论如下: ①应用电能计量芯片ADE7755电能表的设计 具体是围绕计量芯片,设计了外围的电压、电流变换电路,应用单片机实现控制、显示和存储功能,已具备了电能量的计量功能并开展了实验工作。其工作流程为:对负载的电压、电流进行变换并送入计量芯片;计量芯片实现电能量计算并发出脉冲给单片机;单片机对实现整个运行控制,包括对脉冲的计数、存储并显示用电量。因为ADE7755计量芯片中只有ADC及参考电压电路为模拟电路,所以其恶劣环境中仍可以保证计量的精确度和稳定性。 ②设计DSP硬件电路并进行实验研究 考虑电表具备谐波电能计量的必要性,专用计量芯片算法却相对固定,而DSP便于实现电流、电压、功率和电能量的分析与计算,提出构建DSP为核心的电能表以替换基于专用计量芯片的电能表。针对DSP内部A/D的单极性要求设计相对应的输入变换电路并开展了实验。 ③谐波电能计量的研究 论文提出加窗插值FFT算法用于平稳信号、Prony算法用于非平稳信号的谐波参数分析思路。前者可通过选取合适窗函数及对应的插值算法改善频谱分析中的泄漏效应和栅栏效应,提高谐波分析的精度;Prony算法则能够实现较短数据段的高精度谐波参数分析,克服传统FFT方法中高频域分辨率与短时段的矛盾。 ④谐波分析方法理论仿真及电能表计量实验 在Matlab平台下对前述谐波分析方法进行了理论仿真和性能评价,并转换为C语言算法程序,结合DSP的开发平台CCS,实现了算法下载到DSP芯片中,然后对特定负载开展了计量实验,实现了谐波电能的计量。