【正文】 數(shù)而應(yīng)用DFS將它進行變換，所得就是可以代表該時間段信號的傅立葉頻譜，它依然是一個具有有限個數(shù)數(shù)據(jù)的離散頻譜。因此，僅有周期性的離散信號才具有周期性的離散頻譜，他們在時域和頻域中均可以用有限個數(shù)的數(shù)據(jù)來表示。這是一個一一對應(yīng)的變換，值得注意的是DFT本身并不存在近似或逼近的概念。DFT就是適應(yīng)這種要求發(fā)展起來的一種變換。圖2－1 采樣原理連續(xù)信號經(jīng)采樣序列脈沖作用后產(chǎn)生采樣信號，它是連續(xù)信號與采樣序列脈沖p(t)的乘積，既：其傅立葉變換 (2－7)根據(jù)傅立葉變換的卷積性質(zhì)，可寫為 (2－8) 離散傅立葉變換(DFT)與快速傅立葉變換(FFT) DFT對一個離散信號(或序列)進行傅立葉變換時，得到的是在頻域中的連續(xù)頻譜，這是一個由無限數(shù)據(jù)構(gòu)成的連續(xù)函數(shù)。這樣，不必傳送信號本身，只要傳送信號的離散值，即可在接收端根據(jù)這些離散值恢復(fù)原來的連續(xù)信號。 采樣信號的傅立葉變換 采樣定理假設(shè)一個頻帶有限的信號頻譜的最高頻率為，如果采樣頻率大于信號的兩倍，則可以用采樣信號恢復(fù)成原信號，而不產(chǎn)生失真，這就是采樣定理。上式也可以改寫為具有初相的余弦形式(2－3)其中 (2－4)得知全部的與就得到非正弦周期函數(shù)的全部信息。h取整數(shù)，角頻率為的項稱為中的h次諧波，也可以看作角頻率為零的零次諧波。 傅立葉級數(shù) 周期函數(shù)傅立葉級數(shù)的三角函數(shù)形式以為周期的周期函數(shù)如果滿足狄利克雷條件【在區(qū)間連續(xù)或只有有限個第一類間斷點(間斷處左、右極限均存在的間斷點)；只有有限個極值點】，則可展開為傅立葉級數(shù)。上述變換方法推廣應(yīng)用至離散系統(tǒng)就出現(xiàn)了離散采樣的傅立葉變換，稱為離散傅立葉變換(DFT)。對于連續(xù)非周期函數(shù)，這種線性組合表現(xiàn)為一個積分，其中基本信號的頻率作連續(xù)變化，這就是傅立葉積分，或稱傅立葉變換。2. 諧波分析基礎(chǔ) 傅立葉分析概要諧波分析的基礎(chǔ)是傅立葉分析，傅立葉分析的實質(zhì)是把信號看成一系列加權(quán)的基本信號的線性組合，用對這些基本信號的分析，疊加起來代替對原來信號的分析。五．調(diào)試好系統(tǒng)的硬件和軟件，測量結(jié)果達到一定的精度。三．設(shè)計出以AVR單片機為核心的硬件系統(tǒng)，并考慮實際應(yīng)用中可能會遇到的干擾問題以及抗干擾的方法。 本設(shè)計需要完成的主要任務(wù)一．學(xué)習(xí)傅立葉變換的原理，掌握用傅立葉變換分析電力系統(tǒng)諧波的基本方法。至2000年低已頒布實施的標(biāo)準(zhǔn)共有5個，即GB1232590《供電電壓允許偏差》；GB123262000《電壓波動和閃變》；GB/T 1454993《公用電網(wǎng)諧波》；GB/T 155431995《三相電壓允許不平衡度》；GB/T 159451995《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》。三．電力系統(tǒng)故障　　 電力系統(tǒng)運行的內(nèi)外故障也會造成電能質(zhì)量問題，如各種短路故障、自然現(xiàn)象災(zāi)害、人為誤操作、電網(wǎng)故障時發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)的工作狀態(tài)的改變、故障保護裝置中的電力電子設(shè)備的啟動等都將造成各種電能質(zhì)量問題。居民生活負荷中，熒光燈的伏安特性是嚴(yán)重非線性的，也會引起嚴(yán)重的諧波電流，其中3次諧波的含量最高。二．非線性負荷　　 在工業(yè)和生活用電負載中，非線性負載占很大比例，這是電力系統(tǒng)諧波問題的主要來源。此外，還有變電站并聯(lián)電容器補償裝置等因素對諧波的影響。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生主要有以下幾個原因。 電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生　　電能質(zhì)量問題是眾多單一類型電力系統(tǒng)干擾問題的總稱，其實質(zhì)是電壓質(zhì)量問題。閃變則是指電壓波動對照明燈的視覺影響。(5) 電壓波動和閃變(fluctuation amp。 interhamonics)：含有基波整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為諧波?！　?3) 電壓三相不平衡(unbalance)：表現(xiàn)為電壓的最大偏移與三相電壓的平均值超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)?！　?1) 電壓偏差(voltage deviation)：是電壓下跌(電壓跌落)和電壓上升(電壓隆起)的總稱。設(shè)計采用AVR單片機完成一個電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，性能要求可以測量諧波小于等于21次，將諧波分析結(jié)果通過RS232接口上傳到上位機并顯示存儲。 there are more and more kinds of electroequipments which are plicated, precise, and sensitive to the electrical energy quality. Contradictions of these two aspects bee more and more prominent, under such environment, exploring the analyzing methods which discussed electrical energy quality, may provides the necessary basis for analyzing the tendency of China’s electrical energy quality management and control. It obviously has significance to the realism. This design uses the ATmega32L Microcontroller of ATMEL Corporation to plete an electrical energy quality examination system. The voltage signal steps down after the transformer isolation, the lower breadth Alternating signal repasses the summing circuit, which constituted by operational amplifier, bee the direct current signal, which may supply the A/D switching circuit transforms. MCU uses interior timer sample voltage signal every 1/3,200 second, uses the internal 10 bit precisions A/D switcher sample voltage signal of each cycle for 64 spots, carries on the FFT operation, the FFT operation process adopts lookup table method to enhance the operating speed, analyzes the Harmonic content which is smaller than 21 times, and calculates the RMS(Rootmeansquare value) voltage of signal, upload the Harmonic analysis result through the RS232 serial interface on Epigyny Computer and demonstrate the the adjustment of the hardware and software to enable the outputresult achieve the corresponding request, then analyze the actual harmonicsignal and carry on the result for a further data processing in order toenhance the accuracy of result. Finally, this article briefly introducesthe hardware and software measures for harmonic examination.KEY WORDS：power quality, harmonics,Microcontroller,FFTII目錄目 錄中文摘要 IABSTRACT II1. 緒論 1 課題背景 1 衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo) 1 電能質(zhì)量問題的產(chǎn)生 1 電能質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn) 2 本設(shè)計需要完成的主要任務(wù) 22. 諧波分析基礎(chǔ) 4 傅立葉分析概要 4 傅立葉級數(shù) 4 周期函數(shù)傅立葉級數(shù)的三角函數(shù)形式 4 傅立葉級數(shù)的指數(shù)函數(shù)形式 5 采樣信號的傅立葉變換 6 采樣定理 6 采樣信號的傅立葉變換 6 離散傅立葉變換(DFT)與快速傅立葉變換(FFT) 7 DFT 7 FFT 8 時抽選奇偶分解FFT計算的一般規(guī)則 12 基2時抽選奇偶分解FFT對輸入序列的要求 12 輸入序列的碼位倒置 12 即位運算 12 時抽選奇偶分解FFT的C語言程序?qū)崿F(xiàn) 13 變量的設(shè)置與定義 13 逆序部分 13 FFT計算 133. 諧波分析系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 15 硬件電路的系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 15 單片機選型 15 電源電路 17 最小系統(tǒng)設(shè)計 17 復(fù)位電路 18 時鐘信號電路 18 A/D轉(zhuǎn)換濾波電路 19 ISP接口 19 熔絲位設(shè)置 19 信號預(yù)處理電路 21 TTL與RS－232電平轉(zhuǎn)換電路與接口 224. 諧波分析軟件設(shè)計 24 程序總體框架 24 常量與變量定義 25 寄存器初始化 25 A/D采集與存儲 26 諧波分析處理 26 電壓有效值 26 各次諧波含量 27 上位機通信 28 軟件上的抗干擾設(shè)計 305. 提高分析精度方法的研究 31 計算結(jié)果的處理 31 提高信號檢測的質(zhì)量 32 采用更先進的數(shù)字信號處理技術(shù) 33結(jié) 論 34致 謝 36參考文獻 37附 錄A：英文翻譯原文 38附 錄B：英文翻譯譯文 48附 錄C：諧波分析軟件源程序 55附 錄D：諧波分析系統(tǒng)硬件電路圖 60 IV 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1. 緒論 課題背景隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步和生產(chǎn)過程的高度自動化，電網(wǎng)中各種非線性負荷及用戶不斷增長；各種復(fù)雜的、精密的，對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備越來越多。最后本文簡單介紹了一下提高諧波檢測精度的硬件和軟件措施。單片機使用內(nèi)部的定時器每1/3200秒對電壓信號采樣一次，用片內(nèi)自帶的10位精度A/D轉(zhuǎn)換器對每周波的電壓信號采樣64個點后，進行FFT運算，F(xiàn)FT的運算過程采取查表法進一步提高運算速度，分析出小于21次的各次諧波的含量，并計算出電壓信號的有效值(RMS)，將諧波分析結(jié)果通過RS232串行接口上傳到上位機并顯示存儲。本設(shè)計采用ATMEL公司的ATmega32L單片機完成一個電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于AVR單片機的電力諧波分析系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)中各種非線性負荷及用戶不斷增長；各種復(fù)雜的、精密的，對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備越來越多。上述兩方面的矛盾越來越突出，在這樣的環(huán)境下，探討電能質(zhì)量的分析方法，可以為分析我國電能質(zhì)量管理和控制的發(fā)展趨勢提供必要的依據(jù)，具有很強的現(xiàn)實意義。電壓信號經(jīng)過變壓器隔離降壓，幅值較低的交流信號再通過運算放大器構(gòu)成的加法器變成可供A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換的直流信號。通過對硬件軟件的調(diào)整，使輸出的結(jié)果達到相應(yīng)的要求，然后對實際諧波信號分析，對結(jié)果進行進一步數(shù)據(jù)處理，以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：　電能質(zhì)量，諧波，單片機，F(xiàn)FTA Harmonic analysis system design based AVR MCUABSTRACTAlong with the development of national economy, and the highly automatization of the production process, so in the electrical network, all kinds of nonlinear loads and users continuously growing。上述兩方面的矛盾越來越突出，用戶對電能質(zhì)量的要求也更高，在這樣的環(huán)境下，探討電能質(zhì)量的分析方法，可以為分析我國電能質(zhì)量管理和控制的發(fā)展趨勢提供必要的依據(jù)，具有很強的觀實意義。 衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)　　由于所處立場不同，關(guān)注或表征電能質(zhì)量的角度不同，人們對電能質(zhì)量的定義還未能達成完全的共識，但是對其主要技術(shù)指標(biāo)都有較為一致的認(rèn)識?！　?2) 頻率偏差(friquency deviation)：對頻率質(zhì)量的要求全網(wǎng)相同，不因用戶而異，各國對于該項偏差標(biāo)準(zhǔn)都有相關(guān)規(guī)定?！　?4) 諧波和間諧波(harmonics amp。含有基波非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流稱為間諧波，小于基波頻率的分?jǐn)?shù)次諧波也屬于間諧波。 flicker)：電壓波動是指在包絡(luò)線內(nèi)的電壓的有規(guī)則變動，～。因社會進步，電力電子器件使用增長迅速，造成諧波問題嚴(yán)重，因此本設(shè)計考慮的主要是實現(xiàn)諧波的分析和電壓有效值的測量。電能質(zhì)量問題按產(chǎn)生和持續(xù)時間可分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和動態(tài)電能質(zhì)量問題。一．電力系統(tǒng)元件存在的非線性問題　　 電力系統(tǒng)元件的非線性問題主要包括：發(fā)電機產(chǎn)生的諧波；變壓器產(chǎn)生的諧波；直流輸電產(chǎn)生的諧波；輸電線路(特別是超高壓輸電線路)對諧波的放大作用。其中，直流輸電系統(tǒng)是目前電力系統(tǒng)最大的諧波源。電弧爐(包括交流