基于FPGA的电力系统谐波检测系统的研究与设计

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随着科学技术的飞速发展,电力电子设备越来越多的运用在了电力系统中,由此而带来的谐波污染问题日益严重,不容忽视。为此,有必要对谐波进行深入研究以减少谐波所带来的危害,而谐波检测就是谐波研究的一个重要分支和必要前提,具有十分重要的意义。论文以希尔伯特-黄变换(HHT)为基础,对谐波检测的算法进行了深入的研究和仿真,并在此基础上设计了谐波检测系统。在信号去噪算法上,论文分析和比较了小波变换和分形维数理论两种去噪算法,结合各自优点,提出了一种基于分形维数理论的自适应阈值小波去噪算法,并进行仿真,论证了算法的可行性。在谐波检测算法上,论文先对快速傅里叶算法(FFT)进行仿真分析,发现其很难用于非平稳信号的谐波检测,进而论文采用了希尔伯特-黄(HHT)变换,这种算法能够有效地对非平稳信号进行检测,在仿真过程中,发现了其不足之处,并进行改进,对改进算法进行仿真,论证其有效性。论文设计了谐波检测系统。系统硬件以FPGA作为信号采集过程中的核心处理芯片,谐波信号从系统采样后,经A/D转换为数字信号后送至FPGA,由FPGA负责对A/D转换芯片进行控制,以及对数据进行存储,并通过串行通讯接口将数据发送至上位机。系统软件分为下位机软件和上位机软件,下位机软件采用QuartusⅡ平台进行设计,利用VHDL语言编写程序完成FPGA的各项功能;上位机软件采用MATLAB GUI设计界面,并利用MATLAB语言编写程序完成数据的接收,波形的绘制,信号的去噪以及谐波检测的功能,最终计算出各次谐波的瞬时参数。论文最后对所设计的谐波检测系统进行了测试和实验,结果表明该系统能够满足谐波检测的要求,具有一定的实用性。
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