基于FFT的电网谐波分析仪的设计与实现

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国际上公认谐波“污染”是电网的公害,必须采取措施加以限制。要治理谐波,首要问题是检测谐波。可以使用谐波分析仪,也可以使用电能质量分析仪。目前,国内市场上的检测仪器大多是国外品牌。如美国福禄克FLUKE、日本日置HIOKI等,国外产品性能优良、功能完备,但价格昂贵。国内产品价格适中,但检测精度普遍不高。当前,采用数字信号处理器平台开发这类产品是主流技术,利用快速傅里叶变换FFT (Fast Fourier Transform)的测量方法是使用最广泛的方法之一。本课题论述了一种电力谐波分析仪的设计与实现。总体设计依据标准GB/T17626.7-2008《电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》,在深入分析影响谐波测量精度因素的基础上,提出硬件、软件方案。硬件拟采用德州仪器公司TI (Texas Instruments)数字信号处理器TMS320F28335作为硬件平台主芯片,资源包括:三相电压\电流信号采集、模数转换器AD7606、LCD屏、按键、串口通讯等。软件方面:主要使用C语言编程,并结合汇编语言。使用集成开发环境Code Composer Studio v4 (CCS V4.0)进行软件编程、调试。谐波测量方法采用浮点式、改进型FFT算法(快速谐波分析时间≤5mS),采样频率12.8kSPS(256点/周波)。结论:谐波测量精度达到A级;实现了谐波实时高精度监测、统计电网各次谐波含量、特征谐波越限告警等功能;同时实现电力系统电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等电力参数的高精度测量。本课题成果是一款便携式电力谐波分析仪。分析仪实现了低成本、高精度。可应用于实际现场,有很好的市场应用前景。当前基于TMSF2812(定点DSP)的设计方案较多,而采用TI最新型号TMS320F28335的方案不多,可以为以后设计提供参考。另外,对于开发有源电力滤波器APF谐波测量部分也有借鉴意义。
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