【正文】 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)。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。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。（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。 （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。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(biāo)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(zhǔn)確的測量。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。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(yán)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)。隨著科技的發(fā)展非線性負荷還將不斷增加。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。家用電器(如電視機、可調(diào)燈)中廣泛采用硅整流等等。冶金和礦山部門大量用可控硅(SCR)整流電源作拖動。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。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。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。用電設(shè)備設(shè)計在額定電壓時性能最好、效率最高，但當(dāng)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(dāng)電壓偏差超過一定值時，會引起設(shè)備的損壞。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。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。1993年國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)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。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。原則上，在諧波源處采取抑制措施是最有效的。對電網(wǎng)損耗的影響。對電度計量及常用儀表指示的影響。 關(guān)于諧波的危害。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。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。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?；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。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。電力系統(tǒng)高次諧波源在許多情況下可以當(dāng)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。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。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。3）儀器儀表—如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)等。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。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。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。5)人機交互性不好。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(yán)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。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(yán)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。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。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。(3)增加變壓器和電網(wǎng)的損耗，當(dāng)發(fā)生諧振現(xiàn)象時，損耗可達到相當(dāng)大的程度。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。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(yán)重危害電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全。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 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。 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。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(yán)重。(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。(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。(5)造成電能計量的誤差。(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。因此，國內(nèi)外都在加緊研究諧波污染的治理方法。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(biāo)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。在當(dāng)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。自從20世紀(jì)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。 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。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。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。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。 關(guān)于電力系統(tǒng)模型及其精度。電力系統(tǒng)諧波與供電系統(tǒng)關(guān)系非常密切。 關(guān)于諧波電流和電壓的分析計算。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。 關(guān)于諧波的測試方法、測量儀器及設(shè)備。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/TI454993也對諧波的測量作了明確的規(guī)定。主要表現(xiàn)在對電力設(shè)備運行的影響。對繼電保護和自動裝置的影響:對通訊的干擾。關(guān)于抑制諧波的措施。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。關(guān)于諧波管理與標(biāo)準(zhǔn)。在硬件上，20世紀(jì)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(biāo)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。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。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。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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，包括對所有諧波源用戶的設(shè)備投運時的測量。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。6)通過測量檢測出電力