【正文】 P芯片是軟件可編程器件，因此具有通用微處理器具有的方便靈活的特點。TMS32O系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括:(l)哈佛結(jié)構(gòu)。(6)多處理器接口現(xiàn)在的DSP中大多都提供了串和并口，使多個處理器可以很方便的并行或串行工作。(4)多種尋址方式循環(huán)尋址(Circular addressing),位倒序(bitreversed)等特殊指令，使FFT、卷積等運算中的尋址、排序及計算速度大大提高。因而，可在內(nèi)部實行流水線操作。A/D轉(zhuǎn)換在整個諧波監(jiān)測系統(tǒng)中占有非常重要的地位。電壓總諧波畸變率以THD表示:THD=100(%) （）電流總諧波畸變率以THD表示: THD= （）3 電力諧波檢測裝置的硬件設(shè)計 本課題的主要任務(wù)是熟悉硬件連接，因此對于硬件的連接狀況和工作原理需要認真的學(xué)習(xí)，本章就介紹一下DSP的主要外擴芯片以及與DSP的連接情況和工作原理。 (HR)周期性交流量中含有的第n次諧波分量的方均根值與基波分量的方均根值之比(用百分數(shù)表示)，第n次諧波電壓含有率以HRU表示，第n次諧波電流含有率以HRI表示。:電壓偏差（%）=（實際電壓額定電壓）/額定電壓100（%） 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波根據(jù)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T 1454993規(guī)定：(電壓或電流)諧波含量為從周期性交流量中減去基波分量后所得的量。 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差電壓允許偏差是指電力系統(tǒng)電壓緩慢變化時，實際電壓與系統(tǒng)標稱電壓之差，通常指電壓變化率小于每秒1%時實際電壓值與系統(tǒng)標稱電壓值之差，可用有名值或標稱值表示。 電網(wǎng)電能質(zhì)量標準為適應(yīng)我國建立社會主義市場經(jīng)濟體制的要求，貫徹落實國務(wù)院《質(zhì)量振興綱要》，加強公用電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)督管理，保證電網(wǎng)的安全運行和供電電能質(zhì)量，依據(jù)《電力法》和國家有關(guān)規(guī)定部門制定了《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》，其中第二條明確規(guī)定了我國電網(wǎng)電能質(zhì)量的各項指標。減少頻譜泄漏的方法主要有3種:l)利用加窗插值算法對快速傅立葉算法進行修正的方法，該方法可減少泄漏，有效地抑制諧波之間的干擾和雜波及噪聲的千擾，從而可以精確測量到各次諧波電壓和電流的幅值及相位。如果不是整周期采樣，即信號不是△w的整數(shù)倍數(shù)，那么即使信號只含有單一頻率，DFT也不可能求出信號的準確參數(shù)，這一現(xiàn)象通常叫做柵欄效應(yīng)。設(shè)信號為單一頻率信號(t)= （）其對應(yīng)的頻譜為()=2π（） （）即在處有一條單一的譜線。在諧波測量中，所要處理的信號均是經(jīng)過采樣和A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號。這時，采樣所得的信號中混入虛假的低頻信號分量，這種現(xiàn)象叫做混疊。 為了充分得到一個模擬信號的特征，必須有足夠高的采樣率。表21碼位的倒位序(N=8)自然順 順序（k）二進制數(shù)倒位序二進制數(shù) 倒位順序d(k)0000000 0 1 001100 4 2010010 2 3011110 6 4100001 1 5101101 5 6110011 3 7111111 7 為了實現(xiàn)實時的FFT，需要MCU的指令系統(tǒng)有著豐富的間接尋址方式，且最好能在一個指令周期內(nèi)完成乘和累加的工作。一般實際運算中，總是先按自然順序?qū)⑤斎胄蛄写嫒氪鎯卧?，為了得到倒位序的輸入，我們通過倒位序?qū)ぶ愤\算來完成。然后利用傅里葉變換計算公式對最后得到的最簡單的子時間序列進行傅里葉變換，再將各子時間序列的傅里葉變換結(jié)果按一定規(guī)則進行組合，最后便得到原時間序列的傅里葉變換結(jié)果。而本諧波監(jiān)測系統(tǒng)便是利用FFT算法，計算7次以下的幅值并將其顯示出來。其方法如下：假設(shè)電網(wǎng)信號為: + ()式中： （） （） （）m次諧波分量的幅值和相位可表示為 （） （）由歐拉公式得 （）設(shè)U(k)為頻域序列，則 = = （）顯然 （） b （）由（）（）式可以看出只要求出U(k)即可，由DFT變換得 ()式中，U(n)為時域抽樣序列 () k=(0,1,2…,N1) () 由于DFT運算量非常大，所以利用DFT快速變換FFT來處理時域序列U(n)，這也就是每個周期采樣點為2N的原因。這種方法都能準確地測量對稱的三相三線制電路的諧波值。 利用小波分析方法進行諧波測量將小波分析作為調(diào)和分析已有重大進展。但該方法也有許多缺點，如濾波器的中心頻率對元件參數(shù)十分敏感，受外界環(huán)境影響較大，難以獲得理想的幅頻和相頻特性，當電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時，不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波電流中含有較多的基波分量，要求有源補償器的容量大，運行損耗也大。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，也是研究分析諧波問題的出發(fā)點和主要依據(jù)。變壓器和旋轉(zhuǎn)電機在正常的穩(wěn)態(tài)運行條件下，他們本身并不在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生大的畸變分量，但是，在暫態(tài)擾動時和非正常運行時便會產(chǎn)生諧波分量。 （2）諧波分析功能，可處理7次以內(nèi)的諧波，測量精度滿足國家GB/T 145491993 的精度。據(jù)報道，我國發(fā)電量的10%左右尚未得到利用，線路的損耗高達2既，因電網(wǎng)波動而不得不采用過大的容量設(shè)計，致使系統(tǒng)效率低下。隨著科技的發(fā)展非線性負荷還將不斷增加。家用電器(如電視機、可調(diào)燈)中廣泛采用硅整流等等。目前工礦企業(yè)和運輸部門中，非線性負荷大量增加，首先是硅整流和換流技術(shù)的發(fā)展，例如化工部門在電解中廣泛采用硅整流。3)電氣設(shè)備調(diào)試、投運時的諧波測量，以確保設(shè)備投運后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全經(jīng)濟運行。目前隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機與DSP的融合以及嵌入式實時操作系統(tǒng)的引入將是必然的趨勢。1993年國家技術(shù)監(jiān)督局批準并頒發(fā)了《電能質(zhì)量一一公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549一93，促使電力部門和電力用戶采取措施，把電網(wǎng)的諧波水平控制在允許范圍內(nèi)，防止諧波危害，保證供電質(zhì)量，以獲得良好的經(jīng)濟效益。原則上，在諧波源處采取抑制措施是最有效的。對電度計量及常用儀表指示的影響。用計算的方法比較精確地獲得電網(wǎng)諧波參數(shù)是很困難的，因此諧波的測試工作在諧波研究中占很重要的地位。大致分成線性分析、非線性頻域分析和非線性時域仿真三種方法。變壓器、電機、電容器、輸電線路和線性負荷，都有精確的諧波數(shù)學(xué)模型，非線性負荷的諧波阻抗目前只有粗略的模型，更精確的模型尚在探討中。與此同時，我國許多科研和生產(chǎn)單位，一些高等院校相繼開展了諧波研究工作，在多次學(xué)術(shù)會議上，交流了這方面的一些成果。3）儀器儀表—如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)等。DSP發(fā)展歷程大致分為70年代的理論先行、80年代的產(chǎn)品普及、90年代的突飛猛進三個階段。5)人機交互性不好。電網(wǎng)諧波已成為許多電子設(shè)備與系統(tǒng)現(xiàn)場可靠運行的主要障礙之一，諧波污染的問題還嚴重阻礙了諸如變頻調(diào)速等大批高效、節(jié)能電力電子技術(shù)的推廣應(yīng)用。尤其是一些衰減時間較長的暫態(tài)過程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅值和含量都很大，更容易引起繼電保護的誤動作。諧波危害可以歸結(jié)為:(l)對旋轉(zhuǎn)電機(發(fā)電機和電動機)產(chǎn)生附加功率損耗和發(fā)熱，并引起振動。目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 1 3 42 電力諧波的檢測原理及分析 2 諧波檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 2 電力系統(tǒng)諧波測量 2 電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因 2 電力系統(tǒng)諧波測量方法簡述 2 FFT算法的特點 9 10 10 10 諧波測量頻譜泄漏原因及解決方案 12 電網(wǎng)電能質(zhì)量標準 12 電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差 13 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差 13 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波 133 電力諧波檢測裝置的硬件設(shè)計 7 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 7 DSP芯片的結(jié)構(gòu)與選擇 16 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu) 16 DSP芯片的結(jié)構(gòu)及評價指標 16 DSP芯片的選擇 17 TMS320LF2407 DSP簡介 17 A/D轉(zhuǎn)換電路 18 22 22 23 鎖相環(huán)電路 24 與PCF8583的接口電路 25 按鍵輸入和液晶顯示電路 26 26 27 284 硬件系統(tǒng)調(diào)試 165 結(jié)論 16參考文獻 16致謝 16畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 16畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 16附錄 1717 / 431 緒論本章首先介紹當前電力質(zhì)量的主要危害諧波危害，引出電力系統(tǒng)測量的重要性，其次介紹國內(nèi)外在此方面的研究發(fā)展狀況以及國內(nèi)現(xiàn)有儀器由于采用單片機而存在的不足和缺陷，同時介紹了數(shù)字信號處理的發(fā)展，特別是近些年DSP處理器的普及更為電力系統(tǒng)智能采集注入了新活力，最后介紹了本課題的研究意義。隨著電力電子技術(shù)在家庭、工業(yè)、交通、國防日益廣泛的應(yīng)用，電力電子裝置本身功率容量和功率密度的不斷增大，電網(wǎng)遭受諧波污染也日益嚴重。(4)對繼電保護、自動控制裝置和計算機產(chǎn)生干擾和造成誤動作。(6)諧波電流在高壓架空線路上的流動除增加線損外，還將對相鄰?fù)ㄓ嵕€路產(chǎn)生干擾影響。4)有的產(chǎn)品無通訊和控制輸出功能，不滿足電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、自動化的發(fā)展方向。在當今的數(shù)字化時代背景下，DSP已成為通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件，被譽為信息社會革命的旗手業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，DSP將是未來集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素，它將徹底變革人們的工作、學(xué)習(xí)和生活方式。 2）通信—如調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、糾錯編碼等。1993~1995年，美國電力研究院(EPRI)在全國范圍內(nèi)進行了大規(guī)模的電能質(zhì)量普查，獲得了大量電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，與此同時，國外又興起了研究“用戶特定電力”(custom Power)的高潮，提出利用電力電子控制器提高配電網(wǎng)供電的可靠性和電能質(zhì)量，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，以此為基礎(chǔ)的諸如時域仿真、頻域分析以及建立在不同變換基礎(chǔ)上的各種數(shù)字技術(shù)，如基于FFT變換的諧波分析，小波變換等已在分析電壓/電流擾動波形、元件參數(shù)對這些擾動的影響、系統(tǒng)中的諧波以及開發(fā)用以解決電能質(zhì)量問題的新型電力電子控制器等方面，得到了廣泛應(yīng)用。 關(guān)于電力系統(tǒng)模型及其精度。 關(guān)于諧波電流和電壓的分析計算。 關(guān)于諧波的測試方法、測量儀器及設(shè)備。主要表現(xiàn)在對電力設(shè)備運行的影響。關(guān)于抑制諧波的措施。關(guān)于諧波管理與標準。特別是近些年DSP處理器的普及更為智能采集注入了新活力，老式的儀表由于精度低，速度慢，需更新?lián)Q代。2)鑒定實際電力系統(tǒng)及諧波源用戶的諧波水平是否符合標準的規(guī)定，包括對所有諧波源用