引言

　　由于大量非線(xiàn)性負(fù)載(如開(kāi)關(guān)電源钠导、電弧焊機(jī)略水、電力變頻器等)的應(yīng)用郎汪，導(dǎo)致電網(wǎng)高次諧波含量增加赤赊，也就是諧波污染。如果不對(duì)諧波污染進(jìn)行嚴(yán)格的限制會(huì)造成很大的危害煞赢。高次諧波含量超標(biāo)對(duì)于電子設(shè)備會(huì)引發(fā)電磁兼容問(wèn)題抛计，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件誤動(dòng)作；對(duì)于配電系統(tǒng)照筑，會(huì)造成中性線(xiàn)電流過(guò)大以至發(fā)熱甚至燃燒嫡澄；對(duì)于電力傳輸系統(tǒng)，由于功率因素下降造成大量的能量消耗在電網(wǎng)電力傳輸線(xiàn)上诽矩。因此電力諧波分析治理對(duì)電網(wǎng)的管理有重要的意義改擂。

　　1 電力諧波分析技術(shù)

　　1．1 電力諧波分析標(biāo)準(zhǔn)
　　電力諧波分析技術(shù)主要是分析電網(wǎng)電壓波形的頻域振幅特性，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)陸續(xù)頒布了IEC 61000電磁兼容(EMC)諧波電壓規(guī)劃值和兼容值，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局于1993年頒布了國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB／T14549-93)胶棕，分別對(duì)電網(wǎng)諧波規(guī)劃值做出相關(guān)規(guī)定供馍。可知對(duì)高次諧波的限制比對(duì)低次諧波的嚴(yán)格水亮，而且3的倍數(shù)的諧波含量限制嚴(yán)格于非3的倍數(shù)的諧波刽软。

　　1．2 頻譜分析技術(shù)

　　頻譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法主要有掃頻法和傅立葉變換法，采用掃頻法實(shí)現(xiàn)的頻譜分析儀也稱(chēng)為掃描調(diào)諧頻譜分析儀枢菇，主要采用模擬信號(hào)處理技術(shù)奏散，只能實(shí)現(xiàn)顯示觀(guān)察功能，其靈活性較差噩拼。采用傅立葉變換實(shí)現(xiàn)的頻譜分析儀也稱(chēng)為實(shí)時(shí)頻譜分析儀剩喧，主要采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)。將數(shù)字信號(hào)處理算法用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)并下載到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)世吨，由數(shù)字信號(hào)處理器和各種輸入輸出模塊共同構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)码邻，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的調(diào)整設(shè)置，并且很容易通過(guò)數(shù)字通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳另假。在線(xiàn)電網(wǎng)諧波分析儀采用的是基于快速傅立葉變換(FFT)的頻譜分析技術(shù)像屋。

　　2 在線(xiàn)電網(wǎng)諧波分析儀的硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，通過(guò)工頻同步方波電路边篮、鎖相倍頻電路己莺、模擬信號(hào)調(diào)理電路把電網(wǎng)電壓信息引入到DSP中，利用傅立葉變換對(duì)電網(wǎng)信息進(jìn)行分析戈轿。LCD分屏顯示電網(wǎng)電壓波形凌受、頻域上電壓振幅譜，通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓波形和頻譜顯示來(lái)回切換思杯。RS-485實(shí)現(xiàn)頻譜分析結(jié)果數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳胜蛉，RS-232接口與PC機(jī)通信，通過(guò)Windows XP操作系統(tǒng)超級(jí)終端訪(fǎng)問(wèn)分析儀色乾，對(duì)RS-485接口通信波特率誊册、分析儀器的本機(jī)通信地址、各次諧波上限報(bào)警進(jìn)行設(shè)置圾框。

　　2．2 采樣電路

　　2．2．1 模擬輸入前端通路

　　采用高精度電壓互感器檢測(cè)電網(wǎng)的電壓波形窘吟。電壓檢測(cè)電路如圖2所示，電壓互感器輸出電壓峰峰值為12V交流電壓残团。其中R1起限流作用蠕蹋。

　　2．2．2 抗混疊濾波電路

　　抗混疊濾波采用二階巴特沃斯響應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)。由于本分析儀器要對(duì)2～31次諧波進(jìn)行分析画眯，所以對(duì)高于31次諧波頻率的信號(hào)可以通過(guò)濾波器濾除阔渔。通過(guò)設(shè)計(jì)該濾波器截止頻率為5kHz务囤。

　　2．2．3 工頻同步方波產(chǎn)生電路

　　為了得到與電網(wǎng)電壓頻率一致的方波信號(hào)，本文設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路您风。電路工作原理是電網(wǎng)電壓信號(hào)通過(guò)限流電阻R1后再通過(guò)兩個(gè)反并聯(lián)IN4007二極管得到了幅值為0．7V的方波幅挂。幅值為0．7V的方波通過(guò)電壓比較器LM393得到幅值為5V的方波。

　　2．2．4 鎖相倍頻電路

　　鎖相倍頻電路由CD4046和雙4位計(jì)數(shù)器CD4520構(gòu)成买臣。

　　2．2．5 電壓調(diào)理電路

　　電壓互感器輸出電壓通過(guò)濾波后得到的電壓波形是-6v到+6V之間變化的正弦波，而A／D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍是0～3V筏拢，所以需要通過(guò)模擬運(yùn)放進(jìn)行電壓調(diào)理术陶。運(yùn)放U1是加法器，而U2是反相器煤痕，U3產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓使電壓信號(hào)提高到0V以上梧宫。電壓調(diào)理電路原理如圖4所示。

　　2．3 按鍵摆碉、液晶接口電路

　　對(duì)于TMS320F2812處理器的外部擴(kuò)展總線(xiàn)(XINTF)映射到五個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間塘匣。外部擴(kuò)展總線(xiàn)接口能夠配置各種參數(shù)，能夠與眾多不同外部擴(kuò)展設(shè)備無(wú)縫接口巷帝。按鍵和液晶掛在DSP外擴(kuò)總線(xiàn)上忌卤，統(tǒng)一映射到外部擴(kuò)展總線(xiàn)尋址單元。對(duì)各外圍設(shè)備的操作等同于對(duì)外擴(kuò)存儲(chǔ)器的操作楞泼。

　　3 程序設(shè)計(jì)

　　3．1 快速傅立葉變換程序設(shè)計(jì)

　　整個(gè)FFT主要重復(fù)進(jìn)行蝶形運(yùn)算驰徊，而為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，F(xiàn)FT算法都是采用所謂“同址計(jì)算”的方式堕阔，即把運(yùn)算結(jié)果放回到參加運(yùn)算的輸入數(shù)據(jù)的原存儲(chǔ)單元棍厂，而輸入序列和輸出序列互為“碼位倒置”。

　　該諧波分析儀要對(duì)電網(wǎng)2～31次工頻諧波進(jìn)行定量分析超陆，根據(jù)香農(nóng)采樣定律牺弹，至少要對(duì)一個(gè)工頻周期信號(hào)采樣62個(gè)點(diǎn)。因此對(duì)一個(gè)工頻周期信號(hào)采樣64個(gè)點(diǎn)战架，并將A／D轉(zhuǎn)換得到的電壓波形數(shù)據(jù)保存在一個(gè)全局?jǐn)?shù)組內(nèi)砸新。采用64點(diǎn)FFT得到兩組參數(shù)，再分別通過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算即可以得到信號(hào)的振幅譜以及相位譜咸壮。

　　3．2 主程序設(shè)計(jì)

　　在主程序中叛榆，首先初始化DSP芯片各外設(shè)、初始化LCD顯示鄙骏、分配中斷向量码遥、開(kāi)中斷、初始化看門(mén)狗(WDT)碗冈。然后在主進(jìn)程中班粥，查詢(xún)A／D采樣計(jì)數(shù)器滤灸，當(dāng)數(shù)據(jù)滿(mǎn)64個(gè)時(shí)將它轉(zhuǎn)移到FFT輸入序列中，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中禁止中斷溜勃，轉(zhuǎn)移完畢后FFT標(biāo)志位置1翁旁。再查詢(xún)FFT標(biāo)志位若滿(mǎn)足條件則調(diào)用FFT子程序，具體程序流程如圖6所示廉丽。

　　4 結(jié)論

　　實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)電壓頻譜如圖7所示倦微。充分發(fā)揮各電路模塊的性能經(jīng)整體調(diào)試后，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明FFT在線(xiàn)電網(wǎng)諧波分析性能良好正压。

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