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基于DSC电力系统谐波测量方法的研究

作 者: 刘静
导 师: 宗鸣
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 电机与电器
关键词: DSP 电力参数 锁相环 FFT 同步采样
分类号: TM935.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 35次
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内容摘要


近年来,谐波对电力系统造成的危害非常严重,为了能实时精确地监测电网谐波含量以采取措施降低谐波造成的危害,本文设计一种基于Dsc的高精度和高实时性的谐波测量仪,主要从谐波测量算法、硬件设计和软件编程这几个方面进行研究。在详细分析各种谐波测量方法的基础上,确定采用FFT算法进行谐波分析与计算。深入研究FFT算法应用于基于数字信号控制器的谐波测量系统时存在的问题,尤其是当采样频率未满足采样定理造成的频谱混叠问题、由于未能实现等间隔采样造成的频谱泄露问题和由于字长限制而造成的运算精度问题等,并针对这些问题提出了相应的解决方案。设计了以DSC为核心的电网谐波测量系统,主要包括解决频谱混叠问题的抗混叠滤波电路设计;保证实现等间隔采样的锁相倍频电路设计,以及电位提升电路;LcD显示电路;键盘输入电路和电源电路的设计等。通过Proteus仿真和部分试验,验证了电路设计的可行性和正确性。软件设计采取了模块化的设计思想,采用c语言和汇编语言混合编程设计了可在DSC上实现的FFT计算程序;设计了基于锁相环中断控制的三相电压同步采样程序、三相电流同步采样程序,以及电流、电压同步采样程序,实现了三相电压、三相电流的谐波分析以及综合电力参数的计算。由于针对Dsc开发的c30数据类型字长有限,常规FFT的C语言程序移植到DSC环境下,计算精度难以满足要求。针对这些问题,在数据处理中采用了一些行之有效的方法,有效地提高了精度,使其满足国家标准的要求。另外,还设计了键盘扫描,液晶显示等人机接口程序,方便测量结果的显示和菜单的操作。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题背景  10
  1 2 研究谐波的目的和意义  10-12
  1.3 国内外谐波分析算法的研究现状  12-15
  1.4 本文所做的工作  15-16
第二章 电力系统谐波的分析方法  16-34
  2.1 谐波的基本概念  16-17
  2.2 电力系统谐波测量的主要方法  17-19
  2.3 离散系统中谐波参数计算方法  19-20
  2.4 电力系统谐波FFT算法的实现  20-25
    2.4.1 直接计算DFT的问题及改进的途径  20-22
    2.4.2 FFT算法原理  22-25
    2.4.3 FFT算法的特点  25
  2.5 FFT算法存在的问题  25-32
    2.5.1 采样定理和频谱混叠  26-28
    2.5.2 频谱泄漏  28-30
    2.5.3 栅栏效应  30-32
    2.5.4 FFT计算精度  32
  2.6 本章小结  32-34
第三章 谐波测量系统设计  34-55
  3.1 主控制芯片的选择  35-38
  3.2 信号调理电路的设计  38-51
    3.2.1 互感器选型  39-41
    3.2.2 抗混叠低通滤波电路  41-45
    3.2.3 电平提升电路  45-47
    3.2.4 锁相倍频电路  47-49
    3.2.5 电源模块  49-51
  3.3 人机接口部分  51-54
    3.3.1 液晶显示模块  51-52
    3.3.2 键盘模块  52-53
    3.3.3 串口通信模块  53-54
  3.4 本章小结  54-55
第四章 软件设计  55-69
  4.1 主程序设计  55-56
  4.2 A/D模块程序设计  56-57
  4.3 FFT算法及各项电力参数计算  57-61
  4.4 液晶显示器菜单程序  61-65
  4.5 键盘子程序  65-66
  4.6 UART通讯子程序的设计  66-68
  4.7 本章小结  68-69
第五章 谐波测量系统实验及分析  69-74
  5 1 实验波形分析  69-71
    5.1.1 波发生电路  69
    5.1.2 滤波电路  69-70
    5.1.3 电平提升电路  70-71
    5.1.4 锁相倍频电路  71
  5.2 谐波数据测量及分析  71-73
  5.3 本章小结  73-74
第六章 结论  74-75
参考文献  75-78
在学研究成果  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 频率、波形参数的测量及仪表 > 波形参数测量及仪器
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