【正文】 系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因，從而通過必要的手段，如繼電保護，電網(wǎng)濾波，反饋控制等使電網(wǎng)穩(wěn)定運行。電氣鐵道中采用的單相交流整流供電機車。高壓直流輸電(HVDC)中的換流站。其次是冶金、機械工業(yè)的發(fā)展使電弧煉鋼爐容量不斷擴大，單臺容量由過去幾噸發(fā)展到300一400噸，相應的電爐變壓器容量也由幾個MVA發(fā)展到100一200MVA。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荷。非線性負荷從電網(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。目前國際上公認，諧波的“污染”是電力系統(tǒng)的公害，必須采取措施加以限制。通過電力諧波的分析，對保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量、挖掘現(xiàn)有容量的潛力，具有十分重要技術(shù)意義和經(jīng)濟價值。 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。（3）數(shù)據(jù)顯示：可顯示電壓、電流的每一項的7次以下的諧波量，可顯示當時間和日期。 電力系統(tǒng)諧波測量 電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因在早期，電力系統(tǒng)的諧波畸變主要是隨著電機和變壓器的設(shè)計和運行而產(chǎn)生的，其中主要諧波源是電力變壓器的勵磁電流，發(fā)電機是居第二位的諧波源。除此之外，在我們?nèi)粘Ｖ羞€有兩種諧波源，電弧爐和熒光照明燈。 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、諧波限制標準，諧波測量及在諧波情況下對各種電氣量的測量方法等。由于諧波具有固有的非線性、隨機性、分布性、非平穩(wěn)性和影響因素的復雜性等特征，因此難以對諧波進行準確測量，為此許多學者對諧波測量問題進行廣泛研究，下面先介紹電力系統(tǒng)諧波測量的基本要求和諧波測量的幾種常用方法: 采用模擬帶通或帶阻濾波器測量諧波最早的諧波測量是采用模擬濾波器實現(xiàn)的。該檢測方法的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，造價低，輸出阻抗低，品質(zhì)因數(shù)易于控制。 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波測量在理論上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在提高計算能力、對任意連續(xù)函數(shù)的逼近能力、學習理論及動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性分析等方面都取得了豐碩成果，已應用于許多重要領(lǐng)域。它主要有三方面的應用：諧波源辯識；電力系統(tǒng)諧波預測；諧波測量。它克服了傅立葉變換在頻域完全局部化而在時域完全無局部性的缺點，即它在頻域和時域都具有局部性。 時空間矢量法1984年，日本學者H．Akagi等提出瞬時無功功率理論，并在此基礎(chǔ)上提出了ipiq法。ipiq法適用范圍廣，不僅在電網(wǎng)電壓畸變時適用，在電網(wǎng)電壓不對稱時也同樣有效。 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）進行采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，再用計算機進行傅里葉變換，得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。在實際的采樣電路中，根據(jù)所選芯片運算量和電量諧波的精度來確定采樣的點數(shù)和采樣的方法。FFT變換是目前在電力系統(tǒng)諧波檢測中應用最廣泛的分析方法，使用此方法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，雖然它的計算精度要受信號頻率發(fā)生變化的影響，但可以采用硬件跟蹤輸入信號頻率的辦法來解決。快速傅里葉變換法的基本思想是利用復指數(shù)函數(shù)的周期性和對稱性，充分利用中間運算結(jié)果，使計算工作量大大減少。快速傅里葉變換的時域分析法，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。為滿足分解和組合的需要，時間序列的長度必須滿足N=2(L為整數(shù))的關(guān)系。造成倒位序的原因是輸入x(k)按標號k的偶奇的不斷分組而造成。如果輸入序列的序號k用二進制數(shù)(例如k2 k1 k0)表示，則其倒位序二進制數(shù)dk就是(k0 kl k2)，這樣，在原來自然順序時應尋址x(k)的單元，現(xiàn)在倒位序?qū)ぶ泛髴獙ぶ穢(dk)。表21列出了N=8時的自然順序二進制數(shù)以及相應的倒位序二進制數(shù)。DSP控制器就是針對這些需求而設(shè)計的，并具有這樣的指令和運算能力。因此，以DSP控制器來實現(xiàn)FFT算法較普通的單片機要容易的多。理論研究指出，為了在采樣后真實地保留原始模擬信號的信息，采樣率至少為信號的最高頻率分量的2倍。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。為了滿足采樣定理，必須進行抗混疊低通濾波器的設(shè)計。目前多采用數(shù)字濾波器設(shè)計的方法，濾波性能非常好，具有比模擬濾波器異常優(yōu)越的幅度相位特性。設(shè)待測信號為x(t)，采樣間隔為△t秒，采樣頻率=1/△t滿足采樣定理，即大于信號最高頻率分量的兩倍。也就是說，所分析的信號的持續(xù)時間為T=N△t，這相當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。矩形窗為 （）其對應頻譜為 = （）持續(xù)時間為T的信號相當于與的乘積 ()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 ()若不計相位的變換， 就不再是單一的譜線，而是分布在整個頻率軸上，這就是說能量不再集中，即產(chǎn)生了泄漏現(xiàn)象。對于離散傅立葉變換(DFT)來說，從頻率的離散化得到 ()式中，△w=2π/T。 插值算法可以消除柵欄效應引起的誤差，而諧波間的泄漏引起的誤差則需用加窗 的方法來消除。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?？蛇x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，在實際測量過程中，選用矩形窗插值算法和海寧窗插值算法能夠滿足測量精度的要求，但是實時性較差，要采集多周期的數(shù)據(jù)，精度隨著采樣點及采樣頻率的增多而增加。3) 利用鎖相器(PLL)使信號頻率和采樣頻率同步，鎖相器把取自采樣系統(tǒng)的電壓信號的相位和頻率與鎖相環(huán)輸出的同步反饋信號進行相位比較，當失步時，鎖相器的相位比較器輸出與二者相位差和頻率差有關(guān)的電壓，經(jīng)濾波后控制并改變壓控振蕩器的頻率，直到輸入頻率和反饋信號頻率同步為止，一旦鎖定，便將跟蹤輸入信號頻率變化，保持二者的頻率同步，輸出的同步信號去控制對信號的采樣和加窗函數(shù)，此種方法實時性較好，同時可以解決頻譜泄漏難題。第二條本規(guī)定所稱的電能質(zhì)量是指公用電網(wǎng)供到用戶受電端的交流電能質(zhì)量，其衡量的指標有:電力系統(tǒng)的頻率偏差、供電電壓的允許偏差、電壓波動與閃變、三相電壓(電流)不平衡度，電網(wǎng)諧波含量。 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)的標稱頻率為50Hz，當系統(tǒng)容量較小時。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(均為正或負)時，按較大的偏差絕對值作為衡量依據(jù)。+7%~10%。諧波電壓含UnUn=178。 （）式中In是第n次諧波電流。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)。(THD)周期性交流量中的諧波含量的方均根值與其基波分量的方均根值之比(用百分數(shù)表示)。本設(shè)計主要的外擴芯片有：MAX125A/D轉(zhuǎn)換器；鎖相環(huán)；PCF8583時鐘芯片；鍵盤和液晶；串行EPROM存儲器。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中進行處理。本系統(tǒng)采用PCF8583時鐘芯片用來顯示當前的時間和日期，并可以通過鍵盤、液晶相結(jié)合對當前時間和日期進行設(shè)置；電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過FFT變換，計算出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，也可用來存放計算結(jié)果。(2)流水線操作功能DSP芯片采用多組總線結(jié)構(gòu)，允許CPU同時進行指令和數(shù)據(jù)的訪問。(3)硬件乘法/累加器在卷積、數(shù)字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運算等算法中，都有一類的運算，其中包含大量重復乘法和累加。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。1024點FFT的時間已小于lms。在不影響CPU工作的條件下，DMA速度己達800Mbyte/s以上。如TMS320C40有6個8bit的接口，VC5420提供MsBSP和16位的并口，ADI的ADSPZll6O也有類似的結(jié)構(gòu)。 DSP芯片的結(jié)構(gòu)及評價指標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)。(2)流水線操作:(3)專用的硬件乘法器:(4)特殊的DSP指令。這些特點使得TMS320系列DSP芯片可以實現(xiàn)快速的DSP運算，并使大部分運算(例如乘法)能夠在一個指令周期內(nèi)完成。2).運算速度是DSP芯片的一個最重要的性能指標，也是選擇DSP芯片時所需要考慮的一個主要因素DSP芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標來衡量：(a)指令周期:即執(zhí)行一條指令所需的時間，通常以ns(納秒)為單位。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。如TMS320VC5410的處理能力為100MIPS，即每秒可執(zhí)行一萬萬條指令。運算量小則可以選用處理能力不是很強的DSP芯片，從而可以降低系統(tǒng)成本。對于我們的電力系統(tǒng)的檢測，我們采用的是基于FFT變換的諧波分析方法，為計算諧波，我們必須采集一個滿周波，因此采用的是按幀處理，不是每個輸入樣點循環(huán)一次，而是每隔一定的時間間隔(通常稱為幀)循環(huán)一次。所以，選擇DSP芯片時應該比較一幀內(nèi)DSP芯片的處理能力和DSP算法的運算量。 TMS320LF2407 DSP簡介TMS320LF240是本設(shè)計的核心芯片。TMS320LF2407是美國TI公司推出的新型高性能16位定點數(shù)字信號處理器，它專門為數(shù)字控制設(shè)計，集DSP的高速信號處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路為一體，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應用。兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括：兩個16位通用定時器；8個16位的脈寬（PWM）通道?？蓴U展的外部存儲器（LF2407）總共192K字空間：64K字程序存儲器空間；64K字數(shù)據(jù)存儲器空間；64K字I/O尋址空間?？撮T狗定時器模塊（WDT）。控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）。串行通信接口模塊（SCI）模塊。16位的串行外設(shè)（SPI）接口模塊?；阪i相環(huán)的時鐘發(fā)生器。高達40個可單獨編程或復用輸入/輸出引腳（GPIO）。5個外部中斷（兩個電機驅(qū)動保護、復位和兩個可屏蔽中斷）。電源管理包括3種低功耗模式，能獨立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。雖然TMS320LF2407A內(nèi)置10位高速A心模塊，但該模塊存在以下缺點。同一排序器內(nèi)各通道串擾嚴重。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。單路轉(zhuǎn)換時間3。該芯片內(nèi)部帶有一個14位、轉(zhuǎn)換時間為3μs的逐次逼近型（SAR）?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路（ADC），414位的RAM，可和數(shù)字信號處理器總線接口的三態(tài)輸出器件；片內(nèi)還有4個采樣/保持（T/H）