谐波分析开发方案(软件).doc

谐波分析开发方案(软件).doc谐波分析开发方案(软件)电力系统谐波分析软件开发方案随着电力电子技术的发展,非线性电子设备得到了广泛使用,如大功率可控硅器件、开关电源、变频调速等,这些典型非线性负荷将从电网吸入或注入谐波电流,从而引起电网电压畸变,使电网波形受到污染,供电质量恶化,附加损失增加,传输能力下降。签于此,开发基于FFT的谐波分析软件是当务之急。本文首先给出谐波分析的理论基础,然后给出该软件设计的方案。一、 波理论分析基础谐波是畸变周期波形的分量,他们的频率是基波频率的整数倍,谐波分析是计算周期性波形的基波和高次谐波的幅值和相位的过程。傅立叶变换是谐波分析常用的一种方法,对于周期性的非正弦电压电流,可以分解傅立叶级数。在实际屮,对连续信号的计算必须把连续信号离散化,对一个周期连续函数f(t),在周期T内等间隔采样N个采样点k二0、1、2、3-.N-1,得到离散量。对N点时域量通过DFT变换就得到了N条频谱。从N个频谱条中可以得到0・(N/2-1)次谐波。二、 谐波分析的FFT软件设计软件设计主耍包括数据采集、数据处理和数据通信几个部分。其程序流程图如下所示。初始化A/D转换模块是对其进行复位和通道选择;A/D转换包括控制该模块采样点的A/D转换及读取转换结果。FFT变换是对采样信号值进行基于2点的1024点快速傅立叶变换,以分析出系统屮各次谐波的含量。1、数据釆集部分数据采集部分主要的任务就是实时的测量电压、电流信号的周期,并将其等分为1024份后送入DSPIC的A/D模块。即采样周期为电压、电流信号的周期的1/1024,。数据采集部分对采样频率和同步性有很高的要求,也即对电压、电流信号的周期测量的实时性有很高的要求。测量电压、电流信号的周期即频率冇如下几种方法。1) 、利用定时器测量方波周期,进而算出基波频率,以此值修正采样频率达到同步釆样。信号在输入数据采集模块后,在输入A/D之前首先进行抗混叠滤波,消除采样和计算导致的将高频的信号搬移到低频区造成的频率谱混叠。采样频率必须与信号频率同步,且必须有FFT需要的数据点数。当数据窗为K倍的信号周期T0,采样频率1/TS(采样周期),数据窗内采样N点,三者满足KTO=NTS时,采样频率和信号频率同步。否则,会产生频谱泄漏,影响谐波测量准确性。在实际测量中,信号频率会随时变化,采取简单的措施很难使釆样频率和信号频率同步,通常采取安装硬件频率同步装置和修正采样频率等方法来解决。基波频率的测量方法可以采用交流采样的软件方法实现,使用改进了的测周期法。2) 、频率是电能质量的重耍指标。利用DSP芯片自带的捕获功能,即当捕获引脚上出现指定电平吋,DSP能捕获指定定吋器的读数。因此,我们将跟踪频率的方波信号作为捕获引脚的输入信号,令连续两次捕获信号是定时器上的读数之差为N,DSP定吋器的频率为FS,则可以计算出信号的频率为F=FS/N。3) 、软件同步通过测量信号周期来适时调整采样间隔,从而保证信号频率和采样频率的同步,主要由软件来实现。采用一种自适应调整采样率的软件同步釆样算法。该方法在谐波分析的同时调整釆样间隔,跟踪电网频率,大大地减少频谱泄漏。这类方法实时性较硬件方案稍差。硬件电路简单,较容易实现。4) 、包括采用过零比较器、锁相环同步采样装置硬件装置实现同步采样。