【正文】 ，不滿足電力監(jiān)測(cè)高實(shí)時(shí)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(duì)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量和計(jì)算要求的不斷提高，這些器件在計(jì)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(cè)量、實(shí)時(shí)監(jiān)控和先進(jìn)算法的運(yùn)用受到了限制；3)有的產(chǎn)品雖然直接引進(jìn)了國(guó)外的技術(shù)模塊，功能較強(qiáng)，可是價(jià)格較高，且不完全適合我國(guó)市場(chǎng)。(3)增加變壓器和電網(wǎng)的損耗，當(dāng)發(fā)生諧振現(xiàn)象時(shí)，損耗可達(dá)到相當(dāng)大的程度。 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(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(rèn)為是電網(wǎng)的一大公害，同時(shí)也阻礙了電力電子技術(shù)的發(fā)展因此，對(duì)電力系統(tǒng)諧波問題的研究已被人們逐漸重視。(5)造成電能計(jì)量的誤差。在過去的幾十年里，單片機(jī)的廣泛使用實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的智能控制功能，但是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信號(hào)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(duì)電測(cè)儀表的實(shí)時(shí)性和精度的要求也越來越高，而電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置不同于一般的電力基本參數(shù)測(cè)量?jī)x器，要進(jìn)行電能質(zhì)量指標(biāo)的計(jì)算、分析和監(jiān)視，并且要運(yùn)用復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，如果采用比較先進(jìn)的單片機(jī)Intel8OC196進(jìn)行基本的32點(diǎn)FFT運(yùn)算，如采用更加先進(jìn)復(fù)雜的算法則需要的時(shí)間更長(zhǎng)顯然，傳統(tǒng)的單片機(jī)技術(shù)已不能滿足電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要。隨著DSP芯片性能價(jià)格比的不斷提高，可以預(yù)見DSP芯片將會(huì)在該領(lǐng)域內(nèi)得到更為廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)諧波與供電系統(tǒng)關(guān)系非常密切。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/TI454993也對(duì)諧波的測(cè)量作了明確的規(guī)定。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(bǔ)償裝置，有源濾波器也開始使用。本采集系統(tǒng)主要針對(duì)電力系統(tǒng)中諧波測(cè)量進(jìn)行研究，通過對(duì)電力系統(tǒng)的諧波及電力各個(gè)參量的測(cè)量，我們可以實(shí)時(shí)測(cè)量檢測(cè)電網(wǎng)質(zhì)量:l)測(cè)量電壓電流的幅值，有效值，防止電壓過高對(duì)用電設(shè)備造成危害。電氣鐵道中采用的單相交流整流供電機(jī)車。非線性負(fù)荷從電網(wǎng)中吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，因此通稱為諧波源。（3）數(shù)據(jù)顯示：可顯示電壓、電流的每一項(xiàng)的7次以下的諧波量，可顯示當(dāng)時(shí)間和日期。由于諧波具有固有的非線性、隨機(jī)性、分布性、非平穩(wěn)性和影響因素的復(fù)雜性等特征，因此難以對(duì)諧波進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，為此許多學(xué)者對(duì)諧波測(cè)量問題進(jìn)行廣泛研究，下面先介紹電力系統(tǒng)諧波測(cè)量的基本要求和諧波測(cè)量的幾種常用方法: 采用模擬帶通或帶阻濾波器測(cè)量諧波最早的諧波測(cè)量是采用模擬濾波器實(shí)現(xiàn)的。它克服了傅立葉變換在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無局部性的缺點(diǎn)，即它在頻域和時(shí)域都具有局部性。在實(shí)際的采樣電路中，根據(jù)所選芯片運(yùn)算量和電量諧波的精度來確定采樣的點(diǎn)數(shù)和采樣的方法。為滿足分解和組合的需要，時(shí)間序列的長(zhǎng)度必須滿足N=2(L為整數(shù))的關(guān)系。DSP控制器就是針對(duì)這些需求而設(shè)計(jì)的，并具有這樣的指令和運(yùn)算能力。為了滿足采樣定理，必須進(jìn)行抗混疊低通濾波器的設(shè)計(jì)。矩形窗為 （）其對(duì)應(yīng)頻譜為 = （）持續(xù)時(shí)間為T的信號(hào)相當(dāng)于與的乘積 ()根據(jù)立葉變換的乘積定理， (t)的傅立葉變換為(w)與琳(w)的卷積 =2π ()若不計(jì)相位的變換， 就不再是單一的譜線，而是分布在整個(gè)頻率軸上，這就是說能量不再集中，即產(chǎn)生了泄漏現(xiàn)象。可選用不同窗函數(shù)(如矩形窗、海寧窗、布萊克曼窗、布萊克曼窗哈里斯窗)的插值算法，在實(shí)際測(cè)量過程中，選用矩形窗插值算法和海寧窗插值算法能夠滿足測(cè)量精度的要求，但是實(shí)時(shí)性較差，要采集多周期的數(shù)據(jù)，精度隨著采樣點(diǎn)及采樣頻率的增多而增加。根據(jù)電能質(zhì)量供電電壓允許偏差GB1232590規(guī)定:%注:如供電電壓上下偏差同號(hào)(均為正或負(fù))時(shí)，按較大的偏差絕對(duì)值作為衡量依據(jù)。第n次諧波電壓含有率HRU HRU=100(%) （）式中是第n次諧波電壓(方均根值)是基波電壓(方均根值)。本系統(tǒng)采用PCF8583時(shí)鐘芯片用來顯示當(dāng)前的時(shí)間和日期，并可以通過鍵盤、液晶相結(jié)合對(duì)當(dāng)前時(shí)間和日期進(jìn)行設(shè)置；電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過FFT變換，計(jì)算出7次以下的諧波，通過液晶顯示出來；串行EPROM可以用來存放電壓、電流的定值，也可用來存放計(jì)算結(jié)果。1024點(diǎn)FFT的時(shí)間已小于lms。(2)流水線操作:(3)專用的硬件乘法器:(4)特殊的DSP指令。如TMS320VC5410的處理能力為100MIPS，即每秒可執(zhí)行一萬萬條指令。 TMS320LF2407 DSP簡(jiǎn)介TMS320LF240是本設(shè)計(jì)的核心芯片。兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)包括：兩個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬（PWM）通道。串行通信接口模塊（SCI）模塊。5個(gè)外部中斷（兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位和兩個(gè)可屏蔽中斷）。所以本文選用Maxim公司的14位高速A心芯片MAXI25作為外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器。也可以通過MAX125的雙向并行口對(duì)MAX125重新編程讓它只轉(zhuǎn)換123通道。MAX125采用36腳SS0P封裝形式提供商業(yè)級(jí)0~70176。讀取數(shù)據(jù)的順序也是固定的，按照CHI、CHCHCH4的順序。AVDD：+5V（177。CONVST：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端；其上升沿使各個(gè)T/H保持其模擬輸入值。外部的微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器在檢測(cè)到/INT引腳上的低電平后，根據(jù)設(shè)定的工作模式，通過在/RD引腳上施加一定數(shù)目的脈沖，將刀D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過雙向數(shù)據(jù)口逐一讀出。TMS320LF2407A有兩種引導(dǎo)啟動(dòng)方式:一種是MC(Microcontrol)控制器模式，與單片機(jī)的工作方式一樣。64K字FO尋址空間。該芯片是一種64Kxl6的高速CMOS靜態(tài)RAM，滿足系統(tǒng)要求。所謂鎖相，就是實(shí)現(xiàn)相位同步，能使兩個(gè)電信號(hào)的相位保持同步的閉環(huán)系統(tǒng)叫鎖相環(huán)（PLL）。 本設(shè)計(jì)采用芯片CD4046，F(xiàn)FT變換要求在一個(gè)周期內(nèi)采128個(gè)點(diǎn)的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，理想電網(wǎng)的電壓和電流是正弦50Hz，采樣頻率通過鎖相環(huán)電路對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行倍頻，倍頻數(shù)是128，可以得到穩(wěn)定度跟電網(wǎng)基波相當(dāng)、。 本設(shè)計(jì)用PCF8583，結(jié)合鍵盤、液晶來實(shí)現(xiàn)時(shí)間和日期的顯示和設(shè)置。鍵盤輸入信息的主要過程為：CPU判斷是否有鍵按下確定按下的是哪一個(gè)鍵把此鍵代表的信息翻譯成計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的代碼。而且內(nèi)含CGRAM提供4組軟件可編程16*16點(diǎn)陣造字功能。主控系統(tǒng)即DSP將配合傳輸同步時(shí)鐘與接收串行數(shù)據(jù)線，來完成串行傳輸?shù)膭?dòng)作。在DSP硬件系統(tǒng)的印制電路板設(shè)計(jì)階段，關(guān)鍵是使布線正確合理。在做完這些基本檢查之后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)硬件調(diào)試了。（2）在DSP電路中，對(duì)所有的輸入信號(hào)必須有明確的處理，不能懸浮或置之不理。根據(jù)本文的闡述可得到以下結(jié)論：（1）諧波監(jiān)測(cè)是諧波研究和治理的前提條件，隨著電力系統(tǒng)中發(fā)展，各種諧波源將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定造成越來越大影響。具有操作靈活、功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，使用語言的結(jié)構(gòu)體數(shù)組編程，具有一般性，可以直接移植到其它的應(yīng)用系統(tǒng)中。經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行諧波監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)，證明硬件設(shè)計(jì)合理，程序運(yùn)行可靠。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給作者的父母，祝他們身體健康。在課題研究過程中，兩位老師給予了作者無微不至的關(guān)懷、指導(dǎo)和照顧，感謝兩位老師的關(guān)心、指導(dǎo)和教誨。理論計(jì)算表明：一個(gè)方波可以分解為若干個(gè)正弦波其中最大的正弦波為基波，其余分別9等等，3次諧波峰值為基波的1/3，5次諧波峰值為基波的1/5，7次諧波峰值為基波的1/7，依此類推。并且設(shè)備體積小，功能齊全。本論文以TMS320LF24O7為核心設(shè)計(jì)和組建了一個(gè)實(shí)時(shí)諧波測(cè)量系統(tǒng)。具體方法是從一個(gè)單元讀出數(shù)據(jù)寫入另一個(gè)單元，由累加器作為傳遞單元。在電路加電前，對(duì)其做了一次全面徹底的檢查。該SCI模塊帶有與RS232標(biāo)準(zhǔn)一致的異步串口(DART)，使得TMS320LF2407可以方便地與其它使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。采用的是串行2線模式。程序掃描法是一種常用的鍵識(shí)別方法，在這種方法中，只要CPU空閑，就調(diào)用鍵盤掃描程序，查詢鍵盤并進(jìn)行處理。DSP與PCF8583的連接圖如下：圖36 DSP與PCF8583的接口電路 其中PCF8583的SCL、SDA分別接TMS320LF2407的IOPC3與IOPC5引腳，SCL為I2C總線的時(shí)鐘線，SDA為I2C總線的數(shù)據(jù)線。鎖相環(huán)參數(shù)的選擇是非常重要的，由于鎖相環(huán)的硬件結(jié)構(gòu)于C語言軟件編程，關(guān)系不是很大，所以，在這里不再做更詳細(xì)的介紹。當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器輸入的兩個(gè)信號(hào)的頻率相等，即=所以輸出信號(hào)的頻率為f。當(dāng)有外部復(fù)位事件發(fā)生(手動(dòng)復(fù)位、上電復(fù)位、欠電壓復(fù)位等)時(shí)，該引腳為輸入方式，同時(shí)將復(fù)位中斷向量0O00H加載到程序計(jì)數(shù)器PC中，使程序重新開始執(zhí)行。在外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，可以利用PS信號(hào)來產(chǎn)生片選信號(hào)。早期的微處理器內(nèi)部大多采用Von一Neumann結(jié)構(gòu)，其片內(nèi)程序空間和數(shù)據(jù)空間合在一起，將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址對(duì)指令、數(shù)據(jù)、地址信息進(jìn)行區(qū)分。CONVST端的負(fù)脈沖啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于工作模式中的通道數(shù)，本設(shè)計(jì)是4個(gè)通道采樣。s）工 作 模 式0 0 0 03A組多路開關(guān)，單路轉(zhuǎn)換，上電默認(rèn)0 0 0 16A組多路開關(guān)，雙路轉(zhuǎn)換0 0 1 09A組多路開關(guān)，3路轉(zhuǎn)換0 0 1 112A組多路開關(guān)，4路轉(zhuǎn)換0 1 0 03A組多路開關(guān)，單路轉(zhuǎn)換0 1 0 16B組多路開關(guān)，雙路轉(zhuǎn)換0 1 1 09B組多路開關(guān)，3路轉(zhuǎn)換0 1 1 112B組多路開光，4路轉(zhuǎn)換1 X X X……節(jié)電模式表31 MAX125的工作模式MAX125的工作過程可以結(jié)合表31來表述:在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換之前首先需要對(duì)芯片的工作模式進(jìn)行設(shè)置，在選中芯片以后使能WR信號(hào)，將工作模式設(shè)置字通過雙向并行數(shù)據(jù)口寫入芯片的工作模式設(shè)置寄存器。5℅）數(shù)字供電輸入端 DGND：數(shù)字接地端D5 D4：并行數(shù)據(jù)輸出端D3/A3D0/A0：雙向的數(shù)據(jù)/地址端（D0/A0=LSB）；輸入數(shù)據(jù)（A0A3）及輸出數(shù)據(jù)(D0D13)是多路的三態(tài)雙向接口，此并行I/O口很易與微處理器或DSP相接；由CS、WR和RD三端的信號(hào)來控制此I/O口的讀寫操作；當(dāng)CS為高時(shí)，它不使能WR和的輸入并強(qiáng)制此I/O口呈高阻狀態(tài)。MAX125一旦編程就會(huì)在指定的工作模式下連續(xù)工作，直到重新編程或失電為止。MAX125的工作過程:首先對(duì)MAX125進(jìn)行初始化，通過雙向引腳AOA3向MAX125輸入數(shù)據(jù)，選擇芯片的工作模式，即設(shè)定通道的轉(zhuǎn)換模式。轉(zhuǎn)換完成后將結(jié)果儲(chǔ)存在芯片內(nèi)部的4x14bitRAM中。該芯片內(nèi)部帶有一個(gè)14位、轉(zhuǎn)換時(shí)間為3μs的逐次逼近型（SAR）?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC），414位的RAM，可和數(shù)字信號(hào)處理器總線接口的三態(tài)輸出器件；片內(nèi)還有4個(gè)采樣/保持（T/H），每個(gè)采樣/保持的輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)2選1模擬輸入（共有8個(gè)模擬輸入通道，4個(gè)一組，分為A和B兩組），輸出經(jīng)4選1開關(guān)到A/D轉(zhuǎn)換器。雖然TMS320LF2407A內(nèi)置10位高速A心模塊，但該模塊存在以下缺點(diǎn)。基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器。看門狗定時(shí)器模塊（WDT）。對(duì)于我們的電力系統(tǒng)的檢測(cè)，我們采用的是基于FFT變換的諧波分析方法，為計(jì)算諧波，我們必須采集一個(gè)滿周波，因此采用的是按幀處理，不是每個(gè)輸入樣點(diǎn)循環(huán)一次，而是每隔一定的時(shí)間間隔(通常稱為幀)循環(huán)一次。2).運(yùn)算速度是DSP芯片的一個(gè)最重要的性能指標(biāo)，也是選擇DSP芯片時(shí)所需要考慮的一個(gè)主要因素DSP芯片的運(yùn)算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量：(a)指令周期:即執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間，通常以ns(納秒)為單位。如TMS32