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随着各种非线性电力电子设备的大量应用,电网中的谐波污染日益严重。为了保证电力系统的安全经济运行,保证电气设备和用电人员的安全,治理电磁环境污染、维护绿色环境,研究实时、准确的电力谐波分析系统,对电网中的谐波进行实时检测、分析和监控,都具有重要的理论和工程实际意义。
目前实际应用的电力谐波分析系统大多是以单片机为核心组成。单片机运行速度慢,实时性较差,不能满足实际应用中对系统实时性越来越高的要求。另外,单片机的地址线和数据线位数较少,这使得由单片机构成的电力谐波分析系统外围电路庞大,系统的可靠性和可维护性上都大打折扣。
本文首先研究了电力谐波的产生,危害及国内外研究现状;然后对嵌入式系统的概念和发展予以了简要介绍;接下来,在对电力谐波检测中常用的各种算法进行分析和比较的基础上,详细阐述了本系统所采用的时间抽取FFT算法的基本理论;最后,文章对电力谐波分析系统的硬件核心——ARM微处理器进行了详细的介绍和研究,建立了基于ARM的嵌入式电力谐波分析系统。
在系统的硬件设计上,除了完成谐波分析所必需的基本硬件模块设计外,对系统的电磁兼容设计也给予了较为深刻的研究,使系统的可靠性得到较大提高;并且预留了硬件接口,为今后开展谐波方面的其他研究奠定了一定的硬件基础。在软件设计上,在成功移植μC/OS-Ⅱ的基础上,重点研究了基于μC/OS-Ⅱ的驱动程序的设计,使整个系统的性能及扩展性上得到很大的提升;研究了软件锁相倍频技术,简化了硬件的设计;研究了时间抽取FFT算法。