【正文】 0MVA。電氣鐵道中采用的單相交流整流供電機車。4)諧波故障或異常原因的測量，諧波專題測試，如諧波阻抗、諧波潮流、諧波諧振和放大等。本采集系統(tǒng)主要針對電力系統(tǒng)中諧波測量進行研究，通過對電力系統(tǒng)的諧波及電力各個參量的測量，我們可以實時測量檢測電網(wǎng)質(zhì)量:l)測量電壓電流的幅值，有效值，防止電壓過高對用電設(shè)備造成危害。在硬件上，20世紀90年代，儀器儀表與測量科學(xué)進步取得重大的突破性進展，這個進展的主要標志是儀器儀表智能化程度的提高，同時微電子技術(shù)的進步將更深刻地影響儀器儀表，目前普遍采用EDA(電子設(shè)計自動化)、CAM(計算機輔助制造)、CAT(計算機輔助測試)、DSP(數(shù)字信號處理)、ASIC(專用集成電路)及SMT(表面貼裝技術(shù))等。一是在諧波源處加裝濾波器，這是普遍的措施，目前廣泛采用無源濾波器，靜止無功補償裝置，有源濾波器也開始使用。對繼電保護和自動裝置的影響:對通訊的干擾。我國的國家標準GB/TI454993也對諧波的測量作了明確的規(guī)定。顯然，系統(tǒng)各個部分元件的數(shù)學(xué)模型直接影響到計算值的誤差。電力系統(tǒng)諧波與供電系統(tǒng)關(guān)系非常密切。目前，我國在諧波研究領(lǐng)域主要有以下幾個方面: 關(guān)于諧波源的特性。隨著DSP芯片性能價格比的不斷提高，可以預(yù)見DSP芯片將會在該領(lǐng)域內(nèi)得到更為廣泛的應(yīng)用。自從20世紀70年代末80年代初DSP芯片誕生以來，DSP芯片得到了飛速的發(fā)展，DSP芯片己經(jīng)在信號處理、通信、雷達等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用目前，DSP芯片的價格越來越低，性能價格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。在過去的幾十年里，單片機的廣泛使用實現(xiàn)了簡單的智能控制功能，但是隨著計算機科學(xué)與技術(shù)、信號處理理論與方法的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，對電測儀表的實時性和精度的要求也越來越高，而電能質(zhì)量監(jiān)測裝置不同于一般的電力基本參數(shù)測量儀器，要進行電能質(zhì)量指標的計算、分析和監(jiān)視，并且要運用復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，如果采用比較先進的單片機Intel8OC196進行基本的32點FFT運算，如采用更加先進復(fù)雜的算法則需要的時間更長顯然，傳統(tǒng)的單片機技術(shù)已不能滿足電力系統(tǒng)實時監(jiān)控的需要。因此，國內(nèi)外都在加緊研究諧波污染的治理方法。(5)造成電能計量的誤差。(2)對無功補償電容器組引起諧振或諧波電流的放大，從而導(dǎo)致電容器因過負荷或過電壓而損壞，對電力電纜也會造成電纜的過負荷或過電壓擊穿。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置帶來的諧波問題對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行構(gòu)成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來了極大影響，諧波被認為是電網(wǎng)的一大公害，同時也阻礙了電力電子技術(shù)的發(fā)展因此，對電力系統(tǒng)諧波問題的研究已被人們逐漸重視。電力電子裝置等非線性負載所產(chǎn)生的諧波會引起負載和輸電設(shè)備的過載、失控和增加損耗，甚至嚴重危害電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全。(3)增加變壓器和電網(wǎng)的損耗，當發(fā)生諧振現(xiàn)象時，損耗可達到相當大的程度。一方面是增加電度表本身的誤差，另一方面是諧波源負荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率，這樣受害的用戶既從系統(tǒng)中吸收基波功率，又從諧波源吸收無用的諧波功率，其后果是諧波源負荷用戶少付電費，而受害的用戶多付電費。近些年，我國也開發(fā)了一些電力測量裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，但在功能上、實用化方面還不夠理想，還存在許多問題: 1)處理功能較差、可擴展存儲空間較小、運算速度較饅，難以運用精確嚴格的算法進行大量的實時數(shù)據(jù)處理，不滿足電力監(jiān)測高實時性的要求； 2)電力系統(tǒng)中最常用微處理器包括51系列和96系列等控制型器件，但隨著電力系統(tǒng)對實時性、數(shù)據(jù)量和計算要求的不斷提高，這些器件在計算能力方面已不能很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)的要求，致使電力系統(tǒng)的高精度測量、實時監(jiān)控和先進算法的運用受到了限制；3)有的產(chǎn)品雖然直接引進了國外的技術(shù)模塊，功能較強，可是價格較高，且不完全適合我國市場。數(shù)字信號處理器DSP是在模擬信號變換成數(shù)字信號以后進行高速實時處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10一50倍。DSP芯片在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有:1）信號處理—如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅立葉變換、相關(guān)運算、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、波形產(chǎn)生等。隨著基于大功率電力電子開關(guān)設(shè)備的普及應(yīng)用，它所帶來的各種電能質(zhì)量問題已引起各國電力工作者的高度重視，提高電能質(zhì)量的新技術(shù)己成為近年來電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域中新的研究熱點。電力系統(tǒng)高次諧波源在許多情況下可以當作電流源來處理，在諧波源特性方面尚有大量的問題需要研究，例如各種型號電鐵機車運行時諧波含量及牽引供電臂諧波特性等?；儾ㄔ陔娋W(wǎng)中傳播取決于電網(wǎng)參數(shù)，它可能使畸變受到抑制，也可使畸變放大。目前對負荷的模型還研究得很不夠，背景諧波對遠離諧波源線路得影響也不可忽略，由于元件諧波阻抗的復(fù)雜性和諧波源的多樣性和多變性，給諧波分析工作帶來一定的困難。 關(guān)于諧波的危害。對電網(wǎng)損耗的影響。二是對整流設(shè)備增加相數(shù)，對變電站的接入相序換相，以減少注入系統(tǒng)的諧波。在重視高檔儀器開發(fā)的同時，注重高新技術(shù)和量大面廣產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)，注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機，更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟化，隨著各類儀器裝上了CPU，實現(xiàn)了數(shù)字化，軟件上投入了巨大的人力物力，儀器儀表智能化程度越來越高。用電設(shè)備設(shè)計在額定電壓時性能最好、效率最高，但當電壓偏離額定值時，其性能和效率都會降低，有的還會減少使用壽命，當電壓偏差超過一定值時，會引起設(shè)備的損壞。5)通過測量相位，有功功率，無功功率和視在功率的測量計算，可以優(yōu)化配置電力設(shè)備，提高功率因素。冶金和礦山部門大量用可控硅(SCR)整流電源作拖動。此外，工業(yè)中廣泛使用的電弧焊和接融焊設(shè)備、硅鐵爐、高頻爐等均屬非線性負荷。不對稱的波動諧波源(如電力牽引負荷)還引起電壓波動、閃變和負序分量，使電能質(zhì)量嚴重惡化，危及電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟運行，并影響某些用戶的正常生產(chǎn)。2 電力諧波的檢測原理及分析本章主要介紹電力采集的幾項重要指標以及電力系統(tǒng)測試的幾種模型，對比幾種測試模型的優(yōu)缺點，特別是其中基于FFT變換方法易產(chǎn)生的關(guān)于頻譜泄漏缺點，提出采用鎖相倍頻的采集測試方法，該方法既可以消除頻譜泄漏缺點，又可以達到實時準確的測量。（4）定值設(shè)定：可設(shè)定每一項的7次以下諧波的越限值，可設(shè)定時間和期。隨著現(xiàn)在電力電子的發(fā)展，相角控制換流器和逆變器已成為越來越廣泛的應(yīng)用技術(shù)，特別是逆變器供電的交流驅(qū)動在數(shù)量和額定功率上都在增加，并且隨著節(jié)能興趣的增加，他們對電力系統(tǒng)產(chǎn)生越來越重要的影響。輸入信號經(jīng)放大后送入一組并行聯(lián)結(jié)的帶通濾波器，濾波器的中心頻率ff….fn、是固定的，為工頻的整數(shù)倍，且f 1ffn（其中n是諧波的最高次數(shù)），然后送至多路顯示器顯示被測量中所含諧波成分及其幅值。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于電力系統(tǒng)諧波測量尚屬起步階段。利用小波變換能將電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的高次諧波變換投影到不同的尺度上會明顯地表現(xiàn)出高頻、奇異高次諧波信號的特性，特別是小波包居于將頻率空間進一步細分的特性，從而為諧波分析提供了可靠依據(jù)。這種方法的優(yōu)點是當電網(wǎng)電壓對稱且無畸變時，各電流分量（基波正序無功分量、不對稱分量及高次諧波分量）的測量電路比較簡單，并且延時小。一般我們在分析電力諧波時，根據(jù)國家有關(guān)標準，在交流電的一個周期內(nèi)應(yīng)采128個點?？焖俑道锶~算法又分為時間抽取(DIT)FFT和頻率抽取(DIF)FFT兩類。 FFT算法的特點 FFT的輸出x(k)時按正常順序排列在存儲單元中的，即按X(0)，X(l)，…X(7)…的順序排列，但是這時輸入x(k)卻不是按自然順序存儲的，而是按x(0)，x(4)，……x(7)的順序存入存儲單元，看起來好像是“混亂無序”的，實際上是有規(guī)律的，我們稱之為倒位序。例如N=8時，x(3)的標號是k=3，它的二進制是011，倒位序二進制是110，即dk=6。DSP控制器特有的反序間接尋址方式，就是專為FFT算法而設(shè)計的，此外，DSP控制器能在一個指令周期內(nèi)完成乘和累加的工作。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。傳統(tǒng)的設(shè)計采用模擬濾波器進行濾波，由于電阻、電容和運算放大器的參數(shù)不夠精確或者隨時間或溫度變化，使得濾波器效果不佳。則采樣信號為x[n]=x(n△t)，并且采樣信號總是有限長度的，即n=0，1，…N一1。諧波分析中，各次諧波所泄漏的能量會相互影響，造成誤差。 諧波測量頻譜泄漏原因及解決方案 所謂頻譜泄漏就是信號頻譜中各譜線之間相互影響，使測量結(jié)果偏離實際值，同時在真實譜線兩側(cè)其它基波整數(shù)倍頻率點上出現(xiàn)一些幅值較小的假譜，簡單的講，造成頻譜泄漏的原因是因為采樣頻率與信號頻率不同步，造成周期采樣信號的相位在始端和終端不連續(xù)。2)修正理想采樣頻率法，這種方法的主要思想是對每個采樣點進行修正，得到理想采樣頻率下的采樣值，修正公式如式()n=1,2,…,M ()該方法計算量不大，并不需要添加任何硬件，實時性比上一種方法好，適合在線測量，但只能減少50%的泄漏。其中電壓和頻率偏差基本上取決于供求平衡關(guān)系，而后三者則不僅與電力系統(tǒng)有關(guān)，而且受用戶負荷性質(zhì)的影響因此，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置不僅安裝在電力系統(tǒng)的樞紐變電站中，還應(yīng)對重要用戶和特殊用戶(產(chǎn)生波形畸變的用戶)進行監(jiān)測，下面就其中本論文主要需要的3項指標的定義及算法進行闡述。%。 （）式中Un是第n次諧波電壓:諧波電流含量I In=178。第n次諧波電流含有率HRI HRI=100(%) （）式中In是第n次諧波電流(方均根值)I是基波電流(方均根值)。 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 本設(shè)計的諧波監(jiān)測儀以TMS320LF2407為核心，數(shù)據(jù)采集的A/D轉(zhuǎn)換器用的是MAX公司的14位A/D MAX125，保證了測量的精度。 DSP芯片的結(jié)構(gòu)與選擇 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)(l)哈佛結(jié)構(gòu)程序與數(shù)據(jù)存儲空間分開，各有獨立的地址總線和數(shù)據(jù)總線，取指和讀數(shù)可以同時進行，從而提高速度。在通用計算機的乘法用軟件實現(xiàn)，需要用若干個機器周期。(5)獨立的DMA總線和控制器有一組或多組獨立的DMA總線，可以與CPU的程序、數(shù)據(jù)總線并行工作。(7) 所有DSP包含JTAGJoint Test Action Group標準測試接口(IEEEll49標準接口)，便于對DSP作片上的在線仿真和多DSP條件下的調(diào)試。(5)快速的指令周期。(b)MAC時間:即一次乘法加上一次加法的時間。 DSP芯片的選擇DSP應(yīng)用系統(tǒng)的運算量是確定選用處理能力為多大的DSP芯片的基礎(chǔ)。例如，電力系統(tǒng)一周波大約20ms為一幀，對于三路電壓和電流的采集，每20msFFT算法應(yīng)循環(huán)六次。在此，對其進行簡要的介紹?；赥MS320C2xxDSP的CPU內(nèi)核，保證了TMS320LF240x系列DSP代碼和TMS320系列DSP代碼兼容。對于交流信號需要另外設(shè)計限幅抬壓電路。其輸入信號范圍士5V，通道最大承受過壓可達士17V，簡化了信號調(diào)理電路。一個+，一個經(jīng)過緩沖的電壓基準輸入端，一個內(nèi)部的16MHz時鐘，一組可以同時對4路輸入信號進行同步采樣的采樣/保持電路。這樣MAX125將一直對特定的通道進行轉(zhuǎn)換直到對它重新編程為止。當所有的轉(zhuǎn)換完成后，可以依次對RD腳施加讀脈沖以讀出內(nèi)部數(shù)據(jù)，四次讀操作依次讀出RAM中的4個數(shù)據(jù)字。C溫度范圍和擴展工業(yè)級40176。比如4路信號采樣，用TMS320C32的片上定時器1的TCLKI作為A心轉(zhuǎn)換的啟動信號，其中定時器輸出的時鐘頻率通過軟件來進行設(shè)置，在時鐘信號的上升沿啟動MAX125，MAX125就可以進行同步采樣，然后將按照預(yù)先設(shè)置的工作方式從1通道到4通道依次進行轉(zhuǎn)換，直到4個通道全部轉(zhuǎn)換完畢。讀取數(shù)據(jù)時，在RD腳上連續(xù)加脈沖就能順序取得CHI一CH4的數(shù)據(jù)。重新上電后，其默認的工作模式是多路開關(guān)處于A組CHI，單通道轉(zhuǎn)換。5%）模擬供電輸入端。CLK：時鐘輸入端；通常為16MHz,占空比必須為30℅至70℅，以保證信噪比SNR和動態(tài)噪聲電平DNL的性能。INT：中斷信號輸出端；下降沿INT變?yōu)榈捅硎舅型ǖ擂D(zhuǎn)換完成。MAX125提供的工作模式一共有9種，具體的描述見表3一1