【正文】 在此，作者向譚老師和苗老師致以最誠摯的謝意！感謝作者的學(xué)友和朋友們的關(guān)心和幫助。但可以繼續(xù)的工作還有很多，對頻率的測量，對功率的測量，減小誤差以及在軟件方面對諧波值的歷史記載等，都可進(jìn)一步完成，另外已完成的軟件部分也還有很多地方可以優(yōu)化，提高軟件的質(zhì)量。結(jié)合采用硬件跟蹤輸入信號頻率的辦法，使用FFT變換測量諧波具有精度高、功能多、使用方便的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)整數(shù)次諧波的精確分析和檢測。應(yīng)用工業(yè)數(shù)字信號處理器、集成電路和計算機等領(lǐng)域最先進(jìn)技術(shù)，本文設(shè)計實現(xiàn)了基于DSP的電力諧波監(jiān)測儀的研制，該監(jiān)測儀樣機已完成了諧波監(jiān)測儀的硬件設(shè)計工作。對于FLASH的連接需編寫相應(yīng)的程序來調(diào)試，如FLASH的擦除，編程及讀取，如果能將寫入的數(shù)據(jù)正確地讀出，則表明FLASH的接口是正確的，對鍵盤顯示的調(diào)試可直接觀察程序的運行結(jié)果即可。加電后，應(yīng)檢查晶體是否振蕩，復(fù)位是否正確可靠，并且示波器檢查DSP的CLKOUT引腳是否有信號輸出，并測試一下該信號的頻率。可在維持RS232輸出電平的情況下確保運行于120kb/s數(shù)據(jù)率，因此十分適合高速串行數(shù)據(jù)通信的場合。TMS320LF2407與液晶模塊的接口電路如圖38所示：圖38 DSP與液晶顯示模塊接口電路 與DSP的連接采用的是串行兩線的模式，液晶模塊的E（SLCK）腳與RW（SID）腳分別連接DSP的IOPC6（CANTX）和IOPC7（CANRX）引腳，此時DSP的這兩個引腳要設(shè)計成通用的輸入輸出端口的形式。本設(shè)計采用帶國標(biāo)中文字庫圖形點陣液晶顯示模塊LCMxxZK系列。通過軟件編程便可以實現(xiàn)時間、日期的正確讀出、設(shè)置等。由于作為日歷時鐘器件配置有電池供電，可作為RAM的保護(hù)電源，故256字節(jié)的RAM可視為非易失性RAM。鎖相環(huán)的一個重要作用是頻率合成。本文用它來實現(xiàn)外部復(fù)位信號管理功能，其復(fù)位信號輸出引腳與DSP的復(fù)位引腳相連，電路如圖3一4所示。WE信號:寫使能選通信號，該信號下降沿表示該控制器驅(qū)動外部數(shù)據(jù)線DO一D15，它對所有外部程序、數(shù)據(jù)、1/0空間有效。TMS320LF2407A為增強型哈佛(HARVA鄧)總線結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序、數(shù)據(jù)和I/0三個獨立的存儲空間，每個存儲空間為64Kx16位，每個存儲器獨立編址，通過不同的指令訪問不同的地址空間。在寫入模式控制字和讀取各通道數(shù)字輸出數(shù)據(jù)時，片選端CS必須為低電平，其中CS片選信號是由DSP的IS和選擇的地址線A7信號來控制的，DSP訪問I/O空間時，引腳IS有效。每一個/CONVST脈沖啟動一次A/D轉(zhuǎn)換過程，此后芯片將根據(jù)設(shè)定的工作模式對四個采樣放大器的輸出順序轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在芯片內(nèi)部的14x4的RAM。CS：片選信號輸入端WR：寫狀態(tài)輸入端；當(dāng)CS和WR為低，編程A0A3，置相應(yīng)的模式轉(zhuǎn)換命令字，當(dāng)WR或CS上升沿時，則所設(shè)命令字寫入MAX125，從而完成轉(zhuǎn)換模式設(shè)定（注：通電MAX125的缺省轉(zhuǎn)換模式為A組單通道模式）。其封裝圖在這里不畫了，現(xiàn)在介紹一下其主要引腳的功能：CH1ACH1B：通道1的2路模擬輸入信號輸入端，后經(jīng)一2選1多路轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出為一路進(jìn)采樣/保持電路。在最后一路信號轉(zhuǎn)換完畢后，MAX125會對外部產(chǎn)生一個中斷信號石，即中斷信號變低。MAX125的并行接口數(shù)據(jù)訪問和總線釋放的定時特性與絕大部分?jǐn)?shù)字信號處理器及16bit/32bit微處理器的特性兼容，故MAX125可以與這些處理器直接相連而不需等待狀態(tài)。在信號轉(zhuǎn)換中一個通道的故障狀態(tài)不會影響其它通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。同一排序器內(nèi)各通道串?dāng)_嚴(yán)重。高達(dá)40個可單獨編程或復(fù)用輸入/輸出引腳（GPIO）。控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）。所以，選擇DSP芯片時應(yīng)該比較一幀內(nèi)DSP芯片的處理能力和DSP算法的運算量。大部分DSP芯片可在一個指令周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作.(c)FFT執(zhí)行時間:即運行一個N點FFT程序所需的時間。 DSP芯片的結(jié)構(gòu)及評價指標(biāo)1).為了快速地實現(xiàn)數(shù)字信號處理運算，DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)，下面為TMS320系列為例介紹DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)。而DSP有專用的硬件乘法器，使用MAC指令(取數(shù)、乘法、累加)，可以在單周期內(nèi)完成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖31所示：電 流檢 測電壓檢測數(shù)據(jù)預(yù)處理A/DMAX125DSPTM320LF2407鍵盤液晶顯示PCF8283時鐘芯片串行EPROM電網(wǎng)網(wǎng)圖31 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖上圖中，電網(wǎng)電壓和電流經(jīng)互感器和運算放大器調(diào)理成適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓后，輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片中，A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號送入到DSP中進(jìn)行處理。 （）式中In是第n次諧波電流。 電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差根據(jù)電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差規(guī)定系統(tǒng)的標(biāo)稱頻率為50Hz，當(dāng)系統(tǒng)容量較小時。由于采用的是基于FFT變換，因而存在著FFT所帶來的局限性，采集的點數(shù)必須是整周波或整周波的倍數(shù)，因為FFT變換從整體上看是在信號整周波求信號加權(quán)平均值，如果由于采集頻率與電網(wǎng)不同步，即沒有進(jìn)行整周波采集，勢必會造成采集值的積分與實際整周波積分值之間存在偏差，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，產(chǎn)生所謂的頻譜泄漏問題。也就是說，所分析的信號的持續(xù)時間為T=N△t，這相當(dāng)于對無限長的信號做了截斷，因而造成離散傅立葉變換的泄漏現(xiàn)象。采樣頻率低于被采樣信號的最高頻率分量的兩倍時，稱為欠采樣。表21列出了N=8時的自然順序二進(jìn)制數(shù)以及相應(yīng)的倒位序二進(jìn)制數(shù)?？焖俑道锶~變換的時域分析法，它是將一個長時間序列{}分解成比較短的時間序列，子時間序列還可以再繼續(xù)分解成更小的子時間序列，遞推下去直到最后得到一個最簡單的子時間序列，即一個數(shù)為止。 FFT變換法利用FFT變換來檢測電力諧波是一種以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的測量方法,其基本過程是對待測信號（電壓或電流）進(jìn)行采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，再用計算機進(jìn)行傅里葉變換，得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。它主要有三方面的應(yīng)用：諧波源辯識；電力系統(tǒng)諧波預(yù)測；諧波測量。 電力系統(tǒng)諧波測量方法簡述 諧波問題涉及面很廣，包括對畸變波形的分析方法、諧波源分析、電網(wǎng)諧波潮流計算、諧波補償和抑制、諧波限制標(biāo)準(zhǔn)，諧波測量及在諧波情況下對各種電氣量的測量方法等。 諧波檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能諧波系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能如下：（1）測量任一相電壓、電流輸入值。電力變壓器容量在不斷增大，由于經(jīng)濟工作點的選擇，也成為電力系統(tǒng)的一個重要的非線性負(fù)荷。6)通過測量檢測出電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因，從而通過必要的手段，如繼電保護(hù)，電網(wǎng)濾波，反饋控制等使電網(wǎng)穩(wěn)定運行。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。關(guān)于抑制諧波的措施。 關(guān)于諧波的測試方法、測量儀器及設(shè)備。 關(guān)于電力系統(tǒng)模型及其精度。 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。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。(4)對繼電保護(hù)、自動控制裝置和計算機產(chǎn)生干擾和造成誤動作。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(biāo)準(zhǔn) 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(biāo) 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(xiàn) 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(dāng)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?fàn)顩r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。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(hù)的誤動作。5)人機交互性不好。3）儀器儀表—如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)等。變壓器、電機、電容器、輸電線路和線性負(fù)荷，都有精確的諧波數(shù)學(xué)模型，非線性負(fù)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。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。原則上，在諧波源處采取抑制措施是最有效的。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。目前工礦企業(yè)和運輸部門中，非線性負(fù)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。隨著科技的發(fā)展非線性負(fù)荷還將不斷增加。 （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。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)。 利用小波分析方法進(jìn)行諧波測量將小波分析作為調(diào)和分析已有重大進(jìn)展。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。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(jìn)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(jìn)行組合，最后便得到原時間序列的傅里葉變換結(jié)果。表21碼位的倒位序(N=8)自然順 順序（k）二進(jìn)制數(shù)倒位序二進(jìn)制數(shù) 倒位順序d(k)0000000 0 1 001100 4 2010010 2 3011110 6