電力系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目 名 稱 ： 電力系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題 目 類 型 ： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)院(系) 電子信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級 電氣10803班 學(xué)生姓名 翁學(xué)嬌 指導(dǎo)教師/職稱 唐桃波/講師 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 電力系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間: 2012 年3 月21日2012年 6月10日3.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)(指導(dǎo)教師選定部分)1. 奧本海姆編.信號與系統(tǒng).西安交通大學(xué)出版社2. 徐愛鈞編. 單片機(jī)原理實(shí)用教程. 電子工業(yè)出版社3. 何仰贊，溫培銀 著電力系統(tǒng)分析.華中科技大學(xué)

2、出版社4. 張洪潤 、 劉秀英等編. 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)200例. 北京航空航天大學(xué)出版社 5.張衛(wèi)寧tms320c2000系列dsp原理及應(yīng)用m北京：國防工業(yè)出版 6.王道憲cpldfpga可編程邏輯器件應(yīng)用與開發(fā)m北京：國防工業(yè)出版社 7.李光輝，陳志英dsp技術(shù)在電力系統(tǒng)諧波測量中的應(yīng)用j福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)8.趙飛，梁志瑞，牛勝鎖基于dsp和gps的異地交流電量同步采集系j電測與儀表 9.趙偉，鮑慧，劉云峰基于dsp的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.電力科學(xué)與工程10. 張毅剛，彭喜元主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù). 人民郵電出版社4.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容(1)查閱資料，學(xué)習(xí)相關(guān)元器

3、件的工作原理(2)選擇芯片，制定方案，然后利用protuse畫出硬件電路原理圖(3)編寫程序并進(jìn)行仿真(4)在日志上記下每天的設(shè)計(jì)活動(dòng)5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求(1)完整硬件設(shè)計(jì)電路(2)軟件框圖及部分程序清單6.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求上機(jī)時(shí)數(shù)80小時(shí)任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教研室(系)主任(簽字) 任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師(簽字) 完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名） 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 題 目 名 稱 電力系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題 目 類 別 畢業(yè)設(shè)計(jì) 院 （系） 電子信息學(xué)院 專 業(yè) 班 級 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生

4、姓 名 翁學(xué)嬌 指 導(dǎo) 教 師 唐桃波 輔 導(dǎo) 教 師 唐桃波 開題報(bào)告日期 : 2012年3月14日 電力系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生：翁學(xué)嬌，電子信息學(xué)院 指導(dǎo)教師：唐桃波，電子信息學(xué)院1 題目來源來源于生產(chǎn)/社會(huì)實(shí)際2 研究目的和意義 電已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?，但是安全、穩(wěn)定、有效的電才是人們所需要的，因此我們必須對電力系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集和分析，時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)控著它們，從而為人們提供安全、有效、穩(wěn)定的電能。為了保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,我們需要對電力線上的電壓、電流和功率等各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或頻繁的測量和監(jiān)控。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)、通訊、電子對抗、航天測量、圖象、多媒體

5、等諸多領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了更高的要求。隨著一些新的高性能的電子芯片的推出，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更多的選擇和更方便的條件，使交流電量同步采集得到了快速發(fā)展。實(shí)現(xiàn)多路并行數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)采集，并且使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，是數(shù)據(jù)采集發(fā)展的重要方向。3 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱1. 奧本海姆編.信號與系統(tǒng).西安交通大學(xué)出版社2. 徐愛鈞編. 單片機(jī)原理實(shí)用教程. 電子工業(yè)出版社3. 何仰贊，溫培銀 著電力系統(tǒng)分析.華中科技大學(xué)出版社4. 張洪潤 、 劉秀英等編. 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)200例. 北京航空航天大學(xué)出版社 5.張衛(wèi)寧tms320c2000系列dsp原理及應(yīng)用m北京：國防工業(yè)出版 6.王道憲c

6、pldfpga可編程邏輯器件應(yīng)用與開發(fā)m北京：國防工業(yè)出版社 7.李光輝，陳志英dsp技術(shù)在電力系統(tǒng)諧波測量中的應(yīng)用j福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)8.趙飛，梁志瑞，牛勝鎖基于dsp和gps的異地交流電量同步采集系j電測與儀表 9.趙偉，鮑慧，劉云峰基于dsp的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.電力科學(xué)與工程10. 張毅剛，彭喜元主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù). 人民郵電出版社 4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用已經(jīng)有50多年的歷史。近年來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,智能電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力行業(yè)及其他相關(guān)行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用,具有較高的可靠性和

7、連續(xù)性。交流采樣是不經(jīng)過電量變送器，按一定規(guī)律直接將二次側(cè)的電壓、電流經(jīng)高精度的ct、pt變成計(jì)算機(jī)可測量的交流小信號，然后經(jīng)a/d變換后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出電壓、電流有效值及有功，無功功率等電氣參數(shù)。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，因而實(shí)時(shí)性好，相位失真小。同時(shí)用微機(jī)取代傳統(tǒng)的變送器充分發(fā)揮微機(jī)功能強(qiáng)大、靈活可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，交流采樣必將以高速度、高精度、高性能，逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。我國目前電力系統(tǒng)較多地采用由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交流采樣遙測裝置，這種裝置在采樣速率及實(shí)時(shí)性和精度要求不是很高的場合得到了廣泛的應(yīng)用。隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容

8、量的擴(kuò)大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)的自動(dòng)化顯得尤為重要；特別是在以監(jiān)控為目的的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，如何快速、準(zhǔn)確地采集各種電氣參數(shù)顯得尤為重要。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程中，首要環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)近年來獲得了迅速發(fā)展，主要是因?yàn)椋阂皇切枰?，即科學(xué)實(shí)驗(yàn)與工業(yè)控制向高度自動(dòng)化發(fā)展；而是可能，即微電子技術(shù)如大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而使器件向模塊化和單片機(jī)發(fā)展，使儀器本身向智能化發(fā)展（即微處理機(jī)為基礎(chǔ)），使用軟件向?qū)崟r(shí)高級語言和軟件模塊化發(fā)展。此次研究的主要內(nèi)容是對電力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后通過傅里葉分解數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換，讓它們通過顯示電路顯示

9、出來。5 主要研究內(nèi)容，關(guān)鍵問題的解決思路 1.研究內(nèi)容電力系統(tǒng)使用高速度ct,pt采樣，采用快速傅立葉變換算法，計(jì)算高達(dá)15次諧波，完成功率、電度、功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等的計(jì)算。2.硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要由dsp、cpld、a/d采樣保持器、網(wǎng)絡(luò)接口等部分組成。從一次設(shè)備ct,pt過來的電壓及電流經(jīng)隔離互感器隔離變換后輸入，經(jīng)過二階濾波器至模數(shù)變換器。dsp采樣后對數(shù)字進(jìn)行處理，構(gòu)成各類監(jiān)測數(shù)據(jù)和計(jì)算各種遙測量在存入內(nèi)存的同時(shí)送到can總線等待取值。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示。 圖1.1硬件結(jié)構(gòu)框圖6 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需具備的工作條件串口通信、proteus6 profession

10、al軟件、keil軟件、can總線、plc、modem集成電路、計(jì)算機(jī)7 工作的主要階段，進(jìn)度與時(shí)間安排34周：寫開題報(bào)告。 56周：查閱相關(guān)技術(shù)資料，熟悉單片機(jī)語言及傳感器的基礎(chǔ)知識 78周：英文翻譯 910周：硬件設(shè)計(jì)與資料搜集 1112周：設(shè)計(jì)程序 1314周：調(diào)試與修改 1516周：寫畢業(yè)論文8 指導(dǎo)老師審查意見長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)教師評審意見學(xué)生姓名專業(yè)班級畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目指導(dǎo)教師職 稱評審日期評審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實(shí)際問題的

11、能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評審意見： 指導(dǎo)教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評閱教師評語學(xué)生姓名專業(yè)班級畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目評閱教師職 稱評閱日期評閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實(shí)際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評語：評閱教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯記錄及成績評定學(xué)生姓名專業(yè)班級畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目答辯時(shí)間

12、 年 月 日 時(shí)答辯地點(diǎn)一、答辯小組組成答辯小組組長：成 員：二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況評判三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定（百分制）：_分 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績評定(依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評分的相關(guān)規(guī)定)等級(五級制)：_答辯小組組長(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章) 電力系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生：翁學(xué)嬌 電子信息學(xué)院 指導(dǎo)老師：唐桃波 電子信息學(xué)院摘要 近年來，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對電力的需求量與日俱增，電力供應(yīng)局面日趨緊張。而且，由于非線

13、性負(fù)荷的大量應(yīng)用，導(dǎo)致在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的高次諧波，對電力系統(tǒng)造成了很大的危害。在這種情況，就需要對電力參數(shù)和諧波情況進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測。為了消除電壓、電流的波形畸變產(chǎn)生的危害，就必須對電力系統(tǒng)進(jìn)行諧波抑制和無功補(bǔ)償，因此對電力系統(tǒng)中的電氣參數(shù)進(jìn)行測試和分析就顯得尤為重要。本文介紹的這套電力系統(tǒng)參數(shù)交流采樣系統(tǒng)是采用tms320vc33型高速數(shù)字信號處理器 (dsp)和兩片16位高速a/d轉(zhuǎn)換器ads8364實(shí)現(xiàn)快速、精確地采集和計(jì)算各種電力系統(tǒng)參數(shù)。本文所設(shè)計(jì)的基于dsp tms320vc33的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)高精度的數(shù)據(jù)采集與信號處理系統(tǒng)。論述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、硬件構(gòu)成原理

14、和軟件設(shè)計(jì)思路,完成了硬件電路的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理平臺的調(diào)試。該系統(tǒng)以ti公司生產(chǎn)的tms320vc33 dsp為核心處理器,通過可編程邏輯器件cpld實(shí)現(xiàn)對dsp外圍設(shè)備的邏輯控制,并設(shè)計(jì)了模擬電路模塊。在dsp的軟件編程上,本文完成了多通道數(shù)據(jù)采集算法在tms320vc33上的實(shí)現(xiàn) 。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)參數(shù)、dsp、數(shù)據(jù)采集 high-speed data acquisition system design for power system student :weng xuejiao electronics & information college tutor: tang taobo e

15、lectronics & information college【abstract】： in recent years,with the development of society and economythere is a great improvement in the demand of power,and the situation is increasingly serious.furthermore,more and more nonlinear ioad are used，there are a lot of harmonic in power system.it is har

16、m to power system badly. so it is necessary to measure power parameters and harmonic reliablely and in real time. in order to eliminate the voltage, current waveform distortion harm, it must give the power system harmonic suppression and reactive power compensation , so the electric parameters test

17、and analysis appears particularly important in electric power system. in this paper, an ac sample system of electrical parameter based on tms320vc33 dsp and two a/d conversions of 16bit is introduced. this system can acquire electrical parameters rapidly and precisely. the mufti-channel parallel dat

18、a acquisition system which is based on dsp tms320vc33 designed in the paper is a high precise data sampling and signal processing system. the design ideas of the whole system and the design methods of the hardware and software of the system,together with the structure and function of the main compon

19、ents have been discussed in detail.the design of hardware circuit has been completed and the debugging result of the data processing platform has been given. the system takes tms320vc33 as a core processor, with the complex programmable logic device-cpld implementing the logic control of the periphe

20、rals of the dsp. and analog modules have been designed in this thesis.in the dsp software programme, the thesis accomplished the mufti-channel data acquisition algorithm on the dsp tms320vc33. 【key words】: power system parameters，dsp，data acquisition 前言 目前，隨著技術(shù)進(jìn)步，電力系統(tǒng)新投運(yùn)的220kv及以下變電站試運(yùn)行24時(shí)正常后即按無人值班模式

21、運(yùn)行。無人值班變電站是變電站一種先進(jìn)的運(yùn)行管理模式。它是指借助微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)等自動(dòng)化技術(shù)， 值班人員在遠(yuǎn)方獲取相關(guān)信息，并對變電站的設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制和管理。遠(yuǎn)處值班人員需要獲得及時(shí)準(zhǔn)確的相關(guān)信息，才能正常安全的采取相應(yīng)的措施控制和管理變電站，這就需要更快更精確的設(shè)備系統(tǒng)。 而眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，電力對社會(huì)和個(gè)人有著密切的關(guān)系和重要的意義，因?yàn)殡娏?、電壓過低過高，及設(shè)備壽命，嚴(yán)重的還會(huì)危及人身安全；均能影響各種電器設(shè)備的正常使用功效并且，對電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和頻率等電力參數(shù)的準(zhǔn)確、快速地檢測、監(jiān)控可以及時(shí)掌握供電線路和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的故障或隱患，進(jìn)而采

22、取合理和有效的措施，保證電力系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行良好。近年來，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在化工、冶金、電力傳送、電氣化鐵道等行業(yè)，以及家用電器中非線性負(fù)荷的使用日漸增多，特別是一些大功率整流設(shè)備和電弧爐等的大量應(yīng)用，導(dǎo)致在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的諧波，進(jìn)而引起電壓、電流波形發(fā)生畸變，電力諧波不僅會(huì)嚴(yán)重危害供用電設(shè)備和電氣儀表，使供電質(zhì)量不斷下降，影響計(jì)量設(shè)備的測量控制，不能準(zhǔn)確地反映電力系統(tǒng)運(yùn)行的情況，損害用戶的利益，也會(huì)對電力系統(tǒng)本身造成不良的影響和危害。在很長一段時(shí)間來我們還沒有一套完整的指標(biāo)來衡量電能質(zhì)量，通常關(guān)心的是電力供應(yīng)量方面，較少關(guān)心電能質(zhì)量和諧波情況，并且現(xiàn)有的一些檢測器件還依賴于有百

23、年歷史的動(dòng)圈式儀表和交流互感器之類的電工儀表，這些儀表只能顯示電力參數(shù)的有效值和模擬值，誤差大，精度低，不能滿足實(shí)際測量的要求，有些也僅考慮了測量基波分量的情況，較少考慮對諧波的測量，那么電力參數(shù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量成了必須要解決的問題。 從以上研究可見，研制一種多功能的電力參數(shù)檢測裝置對于變電站的遠(yuǎn)距離監(jiān)控具有非常重要的意義，它不但要能對如電壓、電流、功率、功率因數(shù)和頻率等重要的電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，還要對電力系統(tǒng)中的高次諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，從而使遠(yuǎn)處值班人員采取進(jìn)一步的措施，減少諧波污染，保證電能質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。1 緒論1.1課題來源 來源于生產(chǎn)/社會(huì)實(shí)踐1.2國內(nèi)外發(fā)

24、展現(xiàn)狀、趨勢以及面臨的挑戰(zhàn)在電力工業(yè)發(fā)展初期曾用電解化學(xué)原理進(jìn)行參數(shù)測量，1890年，發(fā)明了感應(yīng)式電磁原理電能表，沿用至今。早期的電力參數(shù)檢測大都采用的是模擬電子技術(shù)，測量裝置的體積龐大、功能單一、自動(dòng)化度較低和數(shù)據(jù)測量精度不高，難以進(jìn)行諧波分析，不具備綜合分析和判斷功能，一般也不具備異常報(bào)警功能。不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的異?，F(xiàn)象，并且依賴運(yùn)行人員定時(shí)巡回手工抄表來記錄電耗情況，工作強(qiáng)度大，效率低。50年代出現(xiàn)數(shù)字式儀表，電力系統(tǒng)參數(shù)測量進(jìn)入一個(gè)新的階段：數(shù)字式儀表采用數(shù)字電路進(jìn)行信息的數(shù)字化處理，與早期的模擬儀表相比，可以得比較高的精確度，靈敏度提高，價(jià)格低，但整體應(yīng)用范圍較窄，功能比較單調(diào)

25、，移植性較差，難以適合高速實(shí)時(shí)信號處理。隨著電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)測量中，使得電力系統(tǒng)的測量、監(jiān)控技術(shù)得到了快速發(fā)展，精度和實(shí)時(shí)性有了很大的提高。但是電力系統(tǒng)對檢測裝置的實(shí)時(shí)性，計(jì)算能力及大數(shù)掘量運(yùn)算速度等各方面要求的不斷提高，采用一片cpu或雙cpu微機(jī)式的電力參數(shù)檢澳4儀器，需要同時(shí)完成電力參數(shù)和諧波的大數(shù)據(jù)量的計(jì)算，再加上ad轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送等系統(tǒng)內(nèi)容的影響，致使系統(tǒng)測量精度和準(zhǔn)確度越來越不能滿足日益提高的性能要求。dsp技術(shù)的高速發(fā)展為電力參數(shù)測試技術(shù)帶來了新的變革，特別是在電力系統(tǒng)電壓和電流的高次諧波的測量和分析中，dsp以其運(yùn)算速度快、精度高

26、、顯著的計(jì)算能力與實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)輸入輸出能力強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，并且采用dsp開發(fā)的測量裝置體積小，集成度高t隨著dsp芯片的性價(jià)比不斷提高，開發(fā)工具越來越完善，dsp的應(yīng)用成為目前電力參數(shù)測試丁f發(fā)的最新趨勢，在電力參數(shù)測量領(lǐng)域大有取代單片機(jī)的趨勢。我國對電力系統(tǒng)參數(shù)的研究和開發(fā)起步較晚，測量儀器整體測量水平較低，存在著實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，檢測指標(biāo)少，效率低等局面；目前國內(nèi)還在使用一些模擬式和數(shù)字式測量儀表，雖然一些專門的測量裝置已經(jīng)在一些部門投入使用，但是多數(shù)是一些功能比較單一的測試儀和分析儀，多功能、精度高的測量裝置在市場上比較少見；近年來我國的不少廠家通過借鑒國外的測量儀器以及通過與外國公司的

27、合作，不斷研制和推出了各種系列的高性能測量儀器。如杭州遠(yuǎn)方儀器有限公司的pf9800系列測量儀器，蘭州勝利儀器公司的智能型電力參數(shù)采集測控儀表系列，青島青智儀器公司的電參量測試儀表等。這些測量儀器其性能比較先進(jìn)，功能也比較齊全，可以測量有效值、功率和諧波、閃變和三相不平衡度等所有參數(shù)，具有rs232、rs-485等通訊方式，顯示方式美觀大方，可以實(shí)時(shí)顯示數(shù)值、波形、頻譜圖等：雖然在技術(shù)上看，我國的測量儀器有了不少的進(jìn)步，但在一些性能指標(biāo)、可靠性和智能化程度方面與國外的同類產(chǎn)品還有一定的差距。國外對電力系統(tǒng)參數(shù)的研究和開發(fā)起步較早，早在70年代就出現(xiàn)了可以測量多個(gè)電力參數(shù)的多功能測量儀表；80年

28、代，隨著當(dāng)前的電子技術(shù)的發(fā)展，測量儀器已經(jīng)進(jìn)入智能化時(shí)代；90年代來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)特別網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，使得測量裝置得到空前發(fā)展；國外各大公司把這些技術(shù)應(yīng)用于測量裝置上。研制推出了眾多在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先的測量儀器，如美國fluke公司推出的f43b電能質(zhì)量分析儀，瑞典unipower公司的up系列電能質(zhì)量測量儀等，可實(shí)時(shí)檢測電力系統(tǒng)中的所有參數(shù)，計(jì)算高達(dá)51次的諧波，可以捕捉電壓瞬變和驟升驟降及浪涌電流的顯示，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，還具有全中文操作軟件，顯示方式多樣，硬件全電子化等特點(diǎn)。隨著各種性能要求的提高，測量儀器將在使用微機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總

29、線技術(shù)和虛擬儀器相關(guān)技術(shù)，將測量、控制、分析集成于一體；這種裝置體積小，測量精度較高，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化功能，可以測量電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、無功功率、視在功率、諧波及其他電力參數(shù)值的測量，而且可以進(jìn)行多條記錄存儲(chǔ)、可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、可進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)測量等。當(dāng)前，電力系統(tǒng)參數(shù)檢測儀器正朝著以下方向發(fā)展：1、體積小型化、功能多樣化、功耗減小，維持電流降低化、采用新器件更高可靠性、顯示方式普遍更新。2、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能、在線監(jiān)測。隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等發(fā)展，系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)廣泛采用這些先進(jìn)的科研成果，使在線監(jiān)測逐步走向?qū)嵱没A段；監(jiān)測裝置可作為接入訪問平臺進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)

30、設(shè)備資源和數(shù)據(jù)資源共享及遠(yuǎn)程操作。3、虛擬化。虛擬儀器是建立在標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化、積木化的硬件和軟件平臺上的完全開發(fā)的系統(tǒng)，結(jié)合電力系統(tǒng)的應(yīng)用，開發(fā)應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)建立的高速、高效、大容量、多功能、智能化的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。1.3研究的目的、意義及主要內(nèi)容 交流采樣是不經(jīng)過電量變送器，按一定規(guī)律直接將二次側(cè)的電壓、電流經(jīng)高精度的ct、pt變成計(jì)算機(jī)可測量的交流小信號，然后經(jīng)a/d變換后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出電壓、電流有效值及有功，無功功率等電氣參數(shù)。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，因而實(shí)時(shí)性好，相位失真小。同時(shí)用微機(jī)取代傳統(tǒng)的變送器充分發(fā)揮微機(jī)功能強(qiáng)大、靈活可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

31、隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，交流采樣必將以高速度、高精度、高性能，逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。 我國目前電力系統(tǒng)較多地采用由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交流采樣遙測裝置，這種裝置在采樣速率及實(shí)時(shí)性和精度要求不是很高的場合得到了廣泛的應(yīng)用。隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量的擴(kuò)大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)的自動(dòng)化顯得尤為重要；特別是在以監(jiān)控為目的的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，如何快速、準(zhǔn)確地采集各種電氣參數(shù)顯得尤為重要。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程中，首要環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。 國際電工委員會(huì)（iec）標(biāo)準(zhǔn)iec61850對采樣速率有明確的要求，由表1可知對220kv及以上電壓等級輸電系統(tǒng)的監(jiān)測裝置和儀表應(yīng)達(dá)到m2級和m3級，交

32、流采樣的遙測裝置每周期(0.02秒)采樣點(diǎn)數(shù)分別要求大于80和240點(diǎn)。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的交流采樣遙測裝置很難達(dá)到此要求，而dsp具有高速度、高精度、并行性、高集成度和高性能價(jià)格比等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于交流采樣遙測裝置。本文介紹的這套系統(tǒng)使用高速度ct,pt采樣，采用快速傅立葉變換算法，計(jì)算高達(dá)15次諧波，完成功率、電度、功率因數(shù)、電壓、電流、頻率等的計(jì)算，具有高精度，高穩(wěn)定性。其采樣速率為12khz,完全能達(dá)到iec61850采樣速率的要求。 表1 iec 61850對測量儀表的生數(shù)據(jù)要求數(shù)據(jù)類型級別精確度級和諧波分辨度(幅值)bit采樣速率每秒采樣次數(shù)每周期采樣次數(shù)（50hz）電壓m10.5級

33、(iec60687)12150030電流m10.2級(iec60044)最多5次諧波14150030電壓m20.2級(iec60687)14300080電流m20.1級(iec60044)最多13次諧波16300080電壓m30.1級164000240電流m3iec未定義最多40次諧波184000240 針對表1的要求，本文介紹的這套電氣參數(shù)交流采樣系統(tǒng)是采用tms320vc33型高速數(shù)字信號處理器 (dsp)和兩片16位高速a/d轉(zhuǎn)換器ads8364實(shí)現(xiàn)快速、精確地采集和計(jì)算各種電氣參數(shù)。該系統(tǒng)還具有性能價(jià)格比高、維護(hù)方便的特點(diǎn)。 由前面討論知，利用先進(jìn)的技術(shù)手段，采用精確合理的計(jì)算方法，研

34、制功能齊全、性能優(yōu)良、使用方便的電力參數(shù)測量系統(tǒng)，是十分必要的。電力參數(shù)測量和諧波分析涉及到大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，加上系統(tǒng)其它的任務(wù)，采用單片cpu甚至雙cpu的裝置顯得力不從心，將dsp芯片應(yīng)用于電力系統(tǒng)設(shè)備，有著傳統(tǒng)的單片機(jī)所不可比擬的優(yōu)勢。在借鑒眾多電力參數(shù)測量儀器的功能和特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于tms320vc33 dsp為核心的電力參數(shù)測量裝置，其主要功能為：進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，完成電壓電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、頻率、功率因數(shù)的計(jì)算；完成諧波參數(shù)的計(jì)算，完成諧波分析；具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可完成與外部計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送；通過人機(jī)交互功能，讓用戶了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并作出決策。本文的

35、主要工作包括：l、首先分析了電力參數(shù)測量的重要意義，對電力參數(shù)檢測的發(fā)展概況作了簡單的回顧，并總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外對電力參數(shù)的研究現(xiàn)狀，簡要的討論了電力參數(shù)檢測中的主要測量方法以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 2、分析了電力系統(tǒng)諧波的問題及危害，并應(yīng)用基于無功功率理論諧波測量法和fft方法用于諧波的檢測，并對fft作了通過加窗和插值改進(jìn)，來提高測量的精度，對這兩種方法作了仿真試驗(yàn)，達(dá)到了檢測諧波的可行性研究。3、基于dsp技術(shù)，采用了新一代的浮點(diǎn)處理器tms320vc33為處理核心，圍繞tms320vc33我們設(shè)計(jì)了電力參數(shù)測量系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，包括了數(shù)據(jù)處理單元、ad轉(zhuǎn)換單元、通

36、訊單元、存儲(chǔ)單元等，并應(yīng)用面向?qū)ο笳Z言設(shè)計(jì)了下位機(jī)平臺。4、對本裝置的設(shè)計(jì)作了總結(jié)，并提出了對未來工作的展望。2. 電力系統(tǒng)參數(shù)及諧波測量方法2.1交流采樣過程、算法及系統(tǒng)的特點(diǎn)2.1.1交流采樣過程 從一次設(shè)備ct、pt過來的電流、電壓經(jīng)高精度小ct、pt隔離變換成弱電信號后輸入，經(jīng)二階濾波器的增益調(diào)整電位器變成5v5v的信息，至模數(shù)變換器，dsp采樣后對數(shù)字進(jìn)行處理。圖2.1是采用三表法的采樣原理圖，dsp處理后就計(jì)算出了各種遙測量，存入存儲(chǔ)器同時(shí)通過can總線上傳。 其中二階濾波器的作用主要是補(bǔ)償ct、pt的相移，同時(shí)濾除16次以上的諧波，以滿足交流采樣算法之要求。 圖2.1采樣原理圖（

37、三表法） 目前，交流電參量的采樣測量方法主要有兩種:直流采樣法和交流采樣法。直流采樣法是采樣經(jīng)過整流后的直流量，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值，軟件設(shè)計(jì)簡單，計(jì)算方便。但直流采樣法存在一些問題:測量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性的影響;整流電路參數(shù)調(diào)整困難且受波形因素影響較大;此外，用直流采樣法測量工頻電壓、電流是通過測量平均值來求出有效值的，當(dāng)電路中諧波含量不同時(shí)，平均值與有效值之間的關(guān)系也將發(fā)生變化，給計(jì)算結(jié)果帶來了誤差。因此，要獲得高精度、高穩(wěn)定性的測量結(jié)果，必須采用交流采樣技術(shù)。交流采樣技術(shù)是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再按一定算法進(jìn)行數(shù)值處理，從而獲得被測

38、量的測量方法。該方法的理論基礎(chǔ)是采樣定理，即要求采樣頻率為被測信號頻譜中最高頻率的2倍以上，這就要求硬件處理電路能提供高的采樣速度和數(shù)據(jù)處理速度。目前，高速單片機(jī)、dsp及高速aid轉(zhuǎn)換器的大量涌現(xiàn)，為交流采樣技術(shù)提供了強(qiáng)有力的硬件支持。交流采樣法包括同步采樣法、準(zhǔn)同步采樣法、非同步采樣法等幾種，本文介紹的是同步采樣法。同步采樣法就是整周期等間隔均勻采樣，要求被測信號周期t與采樣時(shí)間間隔及一周內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)n之間滿足關(guān)系式t=n，即:采樣頻率為被測信號頻率的n倍。根據(jù)提供采樣信號方式不同，同步采樣法又分為軟件同步采樣法和硬件同步采樣法兩種。硬件同步采樣法是由專門的硬件電路產(chǎn)生同步于被測信號的采樣脈

39、沖。它能克服軟件同步采樣法存在截?cái)嗾`差等缺點(diǎn)，測量精度高。利用鎖相頻率跟蹤原理實(shí)現(xiàn)同步等間隔采樣的電路如圖2.2所示。 圖2.2倍頻鎖相同步電路 在相位比較器pd、低通濾波器lp、壓控振蕩器vco構(gòu)成的鎖相環(huán)內(nèi)加入n分頻器，輸入f,為被測信號的頻率，作為鎖相環(huán)的基準(zhǔn)頻率，輸出fo為采樣頻率。fo經(jīng)n分頻后與fi相比較，根據(jù)鎖相環(huán)工作原理，鎖定時(shí)fo/n=fi，即:fo=nfi。由于鎖相環(huán)的實(shí)時(shí)跟蹤性，當(dāng)被測信號頻率fi變化時(shí)，電路能自動(dòng)快速跟蹤并鎖定，始終滿足fo =nfi的關(guān)系，即采樣頻率為被測信號頻率的整數(shù)(n)倍，從而實(shí)現(xiàn)一周內(nèi)等間隔采樣n點(diǎn)，從根本上克服了軟件同步采樣法存在的上述問題。

40、 此外，還可將分頻系數(shù)n設(shè)計(jì)為程控可調(diào)，則可根據(jù)不同頻率的被測信號及dsp,a/d轉(zhuǎn)換器的速度，動(dòng)態(tài)改變n值，以達(dá)到最好的效果。2.1.2交流采樣算法 本系統(tǒng)高速測量輸入遙測信號的周期，進(jìn)行頻率跟蹤，將一個(gè)工頻周期等分成240或者80點(diǎn)進(jìn)行采樣，然后對采樣點(diǎn)進(jìn)行快速傅立葉分解，計(jì)算出115次諧波并進(jìn)行數(shù)字濾波，從基波開始一直計(jì)算到15次諧波分量的有效值和總有效值。 假設(shè)輸入信號為一周期性信號，即輸入信號中，除基頻分量外，只包含恒定的直流分量和各種整次諧波分量，輸入信號可表示為：x (t)=x + （21）x是直流分量，為基頻角頻率，x、為第n次諧波分量的幅值和相位，將（21）式展開：x(t)=

41、x + （22）其中x=xcos為第n次諧波分量實(shí)部，x=xsin為第n次諧波分量虛部。由三角函數(shù)在區(qū)間0，t上的正交性特點(diǎn)，不難證明xdt xdt （23）在數(shù)字計(jì)算中x xn為每個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)。 n1則基頻分量的實(shí)部和虛部分別為：x和x幅值為x= 相角為arctg()當(dāng)nk時(shí)由x x x arctg()將k代入算式就可以求出各次諧波的實(shí)部、虛部、幅值、相角等值。1、交流電壓、電流有效值的測量在計(jì)算某一周期電壓信號有效值時(shí)， (2-4)式中u一一為t時(shí)刻的電壓信號瞬時(shí)值u(t)；t一一該電壓信號波形的周期：u一一交流電壓信號有效值。如果將式(2-4)離散化，以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量

42、來代替電壓函數(shù)，則 (2-5)式中 相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔； 第m個(gè)時(shí)間間隔的電壓信號采樣瞬時(shí)值；n一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔都相等，為常數(shù)。因?yàn)閯t： (2-6)這就是根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算電壓信號有效值的公式。同理，記im為第m個(gè)時(shí)間間隔采樣得到的電流瞬時(shí)值，該電流有效值i為： (2-7)2、平均功率t的計(jì)算 （2-8）其中n為電壓電流的周期，當(dāng)一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)越多時(shí)，用此式的誤差越小，精度越高。3、有功功率p、無功功率q和視在功率s的測量正弦波情況下，有功功率為p=ui，但是在電流、電壓含有各種諧波的情況下，此時(shí)的有功功率為。那么單相有功功率離散化

43、后可得： （2-9）,為三相電壓、電流的瞬時(shí)采樣值。視在功率為:s=ui (2-10)無功功率為： (2-11)對于三相功率: (2-12) (2-13)4、功率因數(shù)的測量由于前面已經(jīng)測出了電壓、電流的有效值，以及平均功率，故功率因數(shù)可表示為： (2-14)當(dāng)信號為電壓時(shí)，電壓的總有效值為u=2當(dāng)信號為電流時(shí)，電流的總有效值為i=2有功功率p為pui+uicos+ uicos+ 式中u= ，i，k1，2 u、i為最大幅值。21.3此交流采樣系統(tǒng)特點(diǎn)1.測量高達(dá)15次諧波，采樣速率大范圍可調(diào)，可以在100hz12khz間調(diào)節(jié)，完全能達(dá)到iec 61850的要求，可廣泛應(yīng)用于各種采樣速率比較高的交

44、流采樣遙測裝置。2.可接入16路pt/ct信號，進(jìn)行高精度、高速度采樣、高速運(yùn)算。 3.采用雙16位a/d構(gòu)架、能進(jìn)行快速模數(shù)轉(zhuǎn)換。4.調(diào)試方便，通過rs232接口可以連接pc機(jī)，從而給調(diào)試帶來了很多方便。還可以將eeprom中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入pc機(jī)存盤并利用pc機(jī)離線對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。5.具有越上限及越下限保護(hù)告警功能，當(dāng)電壓電流等發(fā)生突變時(shí)能實(shí)時(shí)上傳告警信號。2.2 頻率 信號觀測模型就是對于電力系統(tǒng)頻率概念及其測量技術(shù)所基于的物理信號的數(shù)學(xué)描述。電力系統(tǒng)頻率測量概念的引申和擴(kuò)展，關(guān)鍵在于信號對象x(t)的選取及其觀測模型的確立。信號觀測模型的復(fù)雜化過程集中體現(xiàn)了這一領(lǐng)域的不斷發(fā)展：從簡單的純恒幅正

45、、余弦信號，到周期和非周期信號的傅立葉分解，進(jìn)而引入信號動(dòng)態(tài)，直至分布式隨機(jī)模型的應(yīng)用。常見的信號模型及頻率定義如下：(1) 基于純恒幅正、余弦信號的傳統(tǒng)頻率概念： 或 (2-15)定義 (2-16)其中x(t)普遍取單一的相(線)電壓或電流。(2) 考慮有限整次諧波污染，在傅立葉分解模式下：或 (2-17)定義基波頻率 (2-18)(3) 進(jìn)一步考慮衰減直流分量影響，在觀測模型下： 或 (2-19)電力系統(tǒng)頻率測量的實(shí)質(zhì)是信號觀測模型的動(dòng)念參數(shù)辨識問題。即利用真實(shí)系統(tǒng)物理信號輸入，通過一定的信號處理和數(shù)值分析過程，實(shí)現(xiàn)對預(yù)定模型參數(shù)的較好估計(jì)。從操作對象來看，主要是數(shù)字信號處理問題：從測量目

46、標(biāo)來看，是灰箱辨識問題：從實(shí)現(xiàn)測量所借助的工具來看，是數(shù)值算法(軟件)和借以實(shí)現(xiàn)的各種模擬、數(shù)字裝置(硬件)的設(shè)計(jì)問題。由于對頻率的理解和應(yīng)用的實(shí)際要求不同，頻率測量在上述各方面存在較大的差異，雖然其實(shí)現(xiàn)的策略不同，但仍有一些共同的基本要求： (1)反映電力系統(tǒng)的物理真實(shí)性和實(shí)施控制的有效性。即不會(huì)由于模型和算法的差異而導(dǎo)致脫離電力系統(tǒng)真實(shí)物理本質(zhì)的測量結(jié)果，且基于實(shí)時(shí)頻率估計(jì)的控制作用應(yīng)是正確而可靠的。 (2)精度要求。即達(dá)到減少誤差、精確測量的目的，這取決于觀測模型與真實(shí)信號的符合程度、數(shù)值算法及硬件實(shí)現(xiàn)等多方面因素，一般以對抗噪聲、諧波、衰減直流等非特征信號分量的能力來衡量。 (3)速度

47、要求。要求具有較快的動(dòng)態(tài)跟蹤能力，測量時(shí)滯小。 (4)魯棒性。在電力系統(tǒng)的正常、異常運(yùn)行乃至故障條件下，均能可靠響應(yīng)。(5) 實(shí)現(xiàn)代價(jià)小。這一要求往往與上述要求相沖突，在實(shí)踐中應(yīng)酌情考慮，在達(dá)到應(yīng)用要求的前提下，力求較高的性能價(jià)格比。2.2.1 周期法 原始的周期法(或稱零交法：zerocr08singa igorithm)基于如式(215)所示的簡單的信號模型，通過測量信號波形相繼過零點(diǎn)間的寬度來計(jì)算頻率。該方法物理概念清晰、易于實(shí)現(xiàn)，但精度低，受諧波、噪聲和非周期分量的影響，實(shí)時(shí)性不好，因此，實(shí)際的測量裝置很少單一地應(yīng)用原始的周期算法。需要對其測量精度和實(shí)時(shí)性進(jìn)行改進(jìn)，典型的改進(jìn)算法有水平

48、交(1evel crossing)算法高次修正函數(shù)法和最小多項(xiàng)式曲線擬合法，它們以計(jì)算量和復(fù)雜度為代價(jià)來提高算法的精確度和響應(yīng)速度(原始周期算法的時(shí)延決定于信號的特征而非計(jì)算量)，一定程度上喪失了原有零交算法的簡明性。2.2.2 解析法 對信號模型進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，將待測量f或of表示為樣本值的顯函數(shù)來估計(jì)。解析法側(cè)頻的特點(diǎn)是：涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，為了簡化分析和計(jì)算，只能選用簡單的觀測模型，難以考慮諧波、非周期分量和噪聲的影響：算法簡明，計(jì)算量不大，比傳統(tǒng)的周期法有所改進(jìn)，但難以適應(yīng)非穩(wěn)態(tài)頻率的測量，即使在穩(wěn)態(tài)條件下，也必須有嚴(yán)格的前置濾波環(huán)節(jié)，算法推導(dǎo)有近似化過程，精度總體不高。該方法可以應(yīng)用于

49、速度和精度要求都不高且信號的非特征分量可以忽略的場合。2.2.3 dft(fft)類算法及其改進(jìn) dft(fft)是一種典型的數(shù)字濾波技術(shù)，對于所示的觀測模型(假設(shè)=0)，在采樣率和數(shù)據(jù)窗選擇合適的情況下，濾波算法能正確求出模型參數(shù)；考慮到真實(shí)側(cè)量偏離理想條件，利用前后窗dft(fft)的結(jié)果估計(jì)系統(tǒng)的基頻。dft(fft)算法具有內(nèi)在的不敏感于諧波分f的特性，但對信號的周期延拓引入的頻率混益，實(shí)際應(yīng)用中需要精細(xì)設(shè)計(jì)前里抗混益灘波。利用dft(fft)過程求取模型參數(shù)進(jìn)而計(jì)算頻率偏移的方法過于簡單粗糙，不具有實(shí)用性；利用fft算法在頻率偏移工頻時(shí)固定抽樣頻率導(dǎo)致的泄漏效應(yīng)來估計(jì)系統(tǒng)頻率，其中后

50、者采取遞推fft法以減少計(jì)算f；該方法測t范圍窄(大約為額定頻率的2l1000)，且敏感于噪聲和信號幅值變化：對它的改進(jìn)包括自適應(yīng)采樣間隔和自適應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)窗長度，前者的優(yōu)點(diǎn)是提高了測量范圍、精度和算法穩(wěn)定性，后者的定點(diǎn)采樣方法易于硬件實(shí)現(xiàn)。2.3 諧波231 諧波的定義 在電力系統(tǒng)中，人們總希望電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓、電流是理想的薩弦波，正弦電壓可以表示為： 式中u-電壓有效值；-初相角；-角頻率，；f-頻率；t-周期。一個(gè)理想交流電源的電壓波形應(yīng)是單一恒定頻率的余弦波，而實(shí)際電力系統(tǒng)，不但頻率會(huì)在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，而且波形不會(huì)發(fā)生畸變，可以分解為不同頻率不同幅值的正弦波。按照國際上的通行定義諧波就是指

51、頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦波，亦稱高次諧波。電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生的諧波，既有僅含特征次的周期、穩(wěn)態(tài)諧波，如具有固定脈動(dòng)數(shù)的整流、換流設(shè)備等產(chǎn)生的諧波，在工程實(shí)際中，還存在頻率低于工頻基波頻率的分量，稱為次諧波。頻率為基波頻率的分?jǐn)?shù)倍，稱為分?jǐn)?shù)諧波。此外，在某些情況下，電網(wǎng)中的波形在很小部分上發(fā)生畸變。這種暫態(tài)現(xiàn)象有時(shí)也可看作是重復(fù)的周期量或有衰減的周期量，對它按傅立葉級數(shù)展開也可獲得相應(yīng)的諧波量，故有時(shí)也稱為暫態(tài)諧波；還會(huì)有暫態(tài)時(shí)變、非周期、非整數(shù)次諧波產(chǎn)生，如電弧燈、感應(yīng)爐、熒光照明設(shè)備等產(chǎn)生的諧波。目前電力系統(tǒng)諧波的測量一般基于這樣的假設(shè)：波形是穩(wěn)態(tài)和周期的；采樣的周波數(shù)是整數(shù)；只考慮頻率是基頻整數(shù)倍的諧波等。在電力系統(tǒng)中由于電源電壓非正弦或由于電網(wǎng)器件非線性而產(chǎn)生的非正弦電流和電壓，一般具有周期特性(或近似認(rèn)為是服從周期規(guī)律)。對于周期為t的非正弦電壓，一般滿足狄里赫利條件，利用fourier級數(shù)可以方便地將周期性的畸變波形分解成恒定的直流分量、基波分量及諧波，可分解為如下形式的傅立葉級數(shù)： （2-20）其中， ， ， n=1,2,3那么，從上分析可以得出，我們可