基于DSP和虚拟仪器技术的电力谐波分析仪的设计

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基于DSP的电力谐波监测仪串行通信设计

１电力谐波监测仪数据的存储
本装置监测６Ｖ及以上供电系统用电总负荷及谐ｋ
波电压、公共连接点基波及谐波电流值，监测谐波次
据的存放格式，考虑高压配电网中的变压器容量一般
ｗｗｃｉ３５ｗ．ｍｃ３ Байду номын сангаас ｉ
中像饭表２７第期阑嚣０年６０
得的数据组并保存，记录当前时刻，数据空间大小可存一个月数据；其中，只要有一个数据超限，就视为
超限数据组，存超限数据空间，可存２组数据；另０循
环存贮。通信和显示主要在３之后到１ｍｎｓ．ｉ之间完成。５所选用的是Ｔ公司性价比较好的Ｔ３０２６ＩＭＳ２Ｆ０型
ｒｌａｌ．ｅｉｂｅ
ＫｅｒｓＰｗｅａｏｉｎｔｒｙｗｏｄ：ｏｒｒｎｃｍｏｉＤＳＰｈｍｏＰＣＳｒｌｏｅａｍｍｕｉａｉｎｉｃｎｃｔｏ
目前谐波、电磁干扰和功率因数降低已经并列为电力系统的三大公害。因此，采用谐波分析仪对负荷
产生的谐波进行测量分析，了解谐波产生的机理，及
时掌握谐波产生的时间、原因及规律，消除电力矛统中的高次谐波，对改善电能质量、确保电力系统的安
全运行有着很大的实用价值。基于ＤＳＰ的嵌入式电力
谐波监测仪，信号的采集、处理和显示由ＤＰ系统自Ｓ
数为２２～５次。依据电能质量公用电网谐波国家标准

基于双DSP的电力系统谐波分析仪的设计

基于双DSP的电力系统谐波分析仪的设计
本文介绍了一种基于双TMS320F 28335的电力系统谐波分析仪的设计方案,该分析仪可同时实现多通道信号(电压和电流)的同步采样，并对其进行谐波分析。

借助强大的双TMS320F28335平台，实现了对信号的实时分析与显示，具有实时性好，运算速度快，精度高，灵活性好，系统扩展能力强等优点。

系统介绍
1 系统方案
由于本系统实时性要求较高且工作过程中有大量的数据传输和人机对话事件发生，而单个DSP资源有限，如果采用单个DSP处理数据，系统将不能及时处理采样数据并且可能会造成部分数据丢失从而影响系统整体性能。

为弥补这一缺点，本设计提出了采用DSP+ DRAM+DSP的双处理器协同工作模式，一片DSP全权负责采集、捕获工作，另一片负责数据处理和人机对话，这样可实现不间断、高速度、多端口的处理。

针对通信双方速度不匹配、信息交换实时性要求高、一次传输信息量大、数据传送要求准确无误等特点,综合考虑通信的可靠性、实现的难易程度以及成本等诸多因素,采用双口RAM 通过双机中断交互式协调工作的模式来实现多处理器之间的高速通信。

系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图
2 工作过程
首先，通过传感器把PT(电压互感器)、CT(电流互感器)上的电压、电流转换成跟随式的交流低压，然后经过两级RC滤波器滤波后送入DSP片上A/D。

基于双DSP的电力系统谐波分析仪的设计

以完成对输入信号的滤波和采样，另一块ＤＰ芯Ｓ片则负责完成对指令信号的分析计算和输出控制。整个系统分为信号输入、信号处理和信号输出３部分。其中信号输入部分包括调理单元、ＡＤ转／换单元等：信号处理单元是双ＤＰ处理单元，由Ｓ以Ｔ３０５０ＭＳ２ＶＣ４２为实时信号的采样处理单元和以
过双口ＲＭ结构，采用了双机中断交互式协调工Ａ作的模式［６１。该基于双ＤＰ的电力系统谐波分析仪的硬件电Ｓ
路主要包括６大模块：一是电源模块，为各耗电模
成数字信号：最后通过Ｉ／Ｏ总线进入双ＤＰ单元。Ｓ
信号采样值、频率和快速傅里叶变换（ｚ）结果Ｆｒ
３０（）ｘ４（）的全点阵液晶显示器，通过２列２０行
即时通信。完成对外部目标参数和指令的传输；
Ｔ３０Ｃ４２从处理器完成的主要功能是：承担ＭＳ２Ｖ５０系统的核心运算任务，对数据进行优化处理，并将
图１双ＤＰ并行信号处理系统流程图Ｓ
成对信号的滤波、频率测量等工作。四是双ＤＰ数Ｓ字信号处理模块，系统中的核心模块，实现数据处理、传输和通信等主要功能。五是键盘模块，实现
人机交互功能。六是显示模块（Ｍ３０２０，采用Ｃ２ｘ４）
■ 用技术
量、高频的故障行波等），普通的采集处理方法对多路数据进行采样分析时．就会非常吃力甚至难以

基于DSP和虚拟仪器技术的电力谐波分析仪的设计

０引言
随着大功率电力电子技术的发展及其广泛应
传送到信号调理电路，由信号调理电路对它进行放大、滤波等处理后，人信号采集模块，连续的时送将间信号变为离散的时间信号后，送到数据处理模传
文章编号：６３１９２１）１０３４１７ —５Ｘ（００Ｏ．２－－００
基于ＤＰ和虚拟仪器技术的电力谐波分析仪的设计Ｓ
杨霞谢维成林莉向平，，，
（．西华大学电气信息学院，Ｉ四川成都６０３２１０９；．四川广安电业局输变电检修中心，四川广安６８０）３００
第２９卷第１期
Ｖ１２Ｎｏ１ｏ．９，．
西华大学学报（自然科学版）
ＪｕａｏｈａＵｎｖｒｉ・ＮｔｒｌＳｉｎｅｏｒｌｆｎＸｉｕｉｅｓｔｙａｕａｃｅｃ
２１００年１月
Ｊｎ２０ａ．０１
ＡｂｔａｔＡｌｒｅａｕｔｏｏｅａｍｏｉｓｇｎｒｔｄｄｅｔｅｉｃｅｓｆｏｌｅｒｌａｎａｐｗｒｓｓｍ．Ｔｅｐｗｅａ— ｓｒｃ：ａｇｍｏｎｆｐｗｒｈｒｎｃｉｅｅａｅｕｔｎｒａｅｏｎｉａｏｄｉｅｙｔｏｈｎｎｏｅｈｏｒｒｈｍｏｉｓｈｒｆｌｏｔｅｐｗｒｓｓｍｎｎｔｍｅｔｎｅｉａｎｕｈｏｅｙｔａｄｉｓｕｎ．Ｈｏｅｅ，ｈｒｎｃａａｙｉｌｙｈｏｎａｉｎｆｒｐｗｅａｍｏｉｒａｍｅｔｔｅｒｗｖｒａｍｏｉｎｌｓａｓｔｅｆｕｄｔｏｏｒｈｒｎｃｔｔｎ．ｓｏｅＴｅｐｐｒｄｓｕｓｓｔｅｄｖｌｐｎｆｗｅａｍｏｉａａｙｅａｅｎＤＳｎａＶＥ．ｗｉｈｉｕｅｎｌｚｎａｕｅｈａｅｉｃｓｅｈｅｅｏｍｅｔｐｏａｏｒｒｎｃｎｌｚｒｂｓｄｏＰａｄＬｂＩＷｈｈｃｓｄｔａａｙｅａｄｍｅｓｒｓｏｈｒｎｃｏｅｌｔ．Ｔｈｎｙｅ ’ ａｄｒ，ｈｒｎｃａａｙｉａｇｒｈａｍｏｉｎｒａ — ｍｅｉｅａａｚｒＳｈｒｗａｅａｍｏｉｎｓｓｌｏｔｍ，ＬｂＥｓｆａｅｄｓｇｎｈｍｐｅｎａｉｎａｅｌｌｉａＶＩＷｏｗｒｅｉｎａｄｔｅｉｌｍｅｔｔｔｏｒａｌｂｏｇｔｆｒａｎｄｔｉｌｒｕｈｏｗｒｉｅａｌｘｅｍｅｔｈｗｔａｅａａｙｅａｉｈｍｅｓｒｍｅｔｃｕａｙｏｄｒａ—ｉｅｏｍａｃ，ｆｅｄｙｄ．Ｅｐｒｎｓｓｏｈｔｈｎｚｒｓｈｇａｕｅｎｃｒｃ，ｇｏｅｌｍｅｐｒｒｎｅｒｎｌｉｔｌｈａｔｆｉ

基于DSP的配电网谐波分析系统设计

理后，ＡＤ模数转换芯片将采集、调
谐波电压含有率删为：
ｒｒ
加以研究，并没有设计出相关的检
测系统。文献［８ — ９］运用傅里叶变
换的谐波检测方法，基于ＦＰＧＡ设计
Ｕｈ＝丌Ｃ／ｈＸ１００％理好的模拟信号转换成ＤＳＰ可识别ＨＲ
较分析，文献［５］基于瞬时无功
功率理论进行谐波实时检测，文献
［６ — ７］比较了几种小波变换算法在
谐波检测中的优缺点，得出各自的特点和应用场合。以上文献仅是从
理论或仿真对谐波检测的理论方法
文献［２ — ４］基于Ｆｒｙｚｅ功率理设计
论与瞬时无功功率理论进行谐波检测并进行了两者一致性和优劣的比
１．１整体结构
本配电网谐波分析系统的整体负责对采集的数据进行快速傅里叶
结构见图１，系统主要是由信号采变换运算并进行谐波参数计算工作。．２谐波参数计算公式集与调理模块、低通滤波器、ＡＤ采１
样电路、ＤＳＰ及ＬＣＤ、按键等外设根据ＧＢ／Ｔｌ４５４９ —１９９３《电能，电网谐波各参部分组成。从配电网输入的信号经质量公用电网谐波》信号采集与调理电路模块采集与调数的计算公式如下：

基于虚拟仪器的谐波分析测试仪

（ＴＣ）和电压互感器（Ｔ。Ｃ／Ｔ传感器单Ｐ）ＴＰ
元是该系统的关键环节之一，其性能直接决定
箱
整个系统所能达到的精度等级。本系统按照以
上指标选用了精度达００级的高性能ＣＴ／．１ＰＴ传感器，电压的变比约为１６（６０ｍｓ／１６即０Ｖｒ
显示器、打印机以及连接电缆。３１１１工控机和数据采集卡。．．
窗（ｅｔｎｕａ－ｎｏＲｃａｇｌｒｗｉｄｗ）后做快速傅立叶变换（ＦＦＴ）的方法得到准确的谐波值，能完成待测电气电子设备的谐波电流发射限值的测量，同时具备连续保存数据和波形、历史数据
பைடு நூலகம்
强／电压）等。当输入信号被适当调理后，即可输给数据采集单元进行模数转换。数据采集
信
ＥＴＵ
由工控机（Ｃ）进行控制，工控机中ｃＵ的１ＰＰ性能决定了整个采集过程的速度。
号调
理
谐波分析系统的传感器主要有电流互感器
谐波算法：ＦＴＦ
３本测试仪器构成与工作原理
３１仪器的构成．
波频率的分量，后者电量即称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（－ｎＡ￣）称为谐波次数。
谐波实际上是一种干扰量，电网受到 “ 使污染 ” 。
与传统的仪器不同，虚拟仪器（ｒｕｌＶｉｔａ
Ｉｓｒｍｅｔｎｔｕｎ）是基于计算机和标准总线技术的

基于DSP的电力谐波监测仪的研制的开题报告

基于DSP的电力谐波监测仪的研制的开题报告一、论题的选定背景随着工业化进程的加快，现代电力系统的负载不断增加，电力质量问题日趋突出。

电力质量问题主要包括电压波动、频率漂移、谐波、闪变、瞬间断电等，其中谐波问题是目前电力质量问题中影响最为普遍、难以避免和处理的问题之一。

因此，对电力谐波问题的监测和分析变得越来越重要。

目前，电力谐波的监测方法主要有两种，一种是基于电压、电流信号的非线性分析方法，另一种是基于数字信号处理（DSP）的方法。

基于DSP 的电力谐波监测仪由于具有实时性好、灵敏度高、精度高等优点，已经成为目前较为先进的电力谐波监测技术。

但是，目前国内普遍使用的基于DSP的电力谐波监测仪往往具有设计不合理、信号处理能力不足、操作不便等缺点，导致其在实际中的应用受到较大限制。

因此，开发一种基于DSP的电力谐波监测仪，对于对电力谐波问题的研究和解决实践问题具有重要意义。

二、研究目标和内容本研究以基于DSP的电力谐波监测仪的设计和实现为目标，以实时监测电力谐波信号为主要内容，包括以下研究方向：1. 电力谐波的理论知识和信号采集原理的研究，探讨不同类型的电力谐波产生的原因和特点，以及电力信号采集的基本原理和方法。

2. 电力谐波监测仪的设计和实现，包括硬件、软件和算法设计，如信号采集、预处理、数字滤波、谐波分析等。

3. 实验验证和性能测试，对设计实现的电力谐波监测仪进行性能测试和实验验证，评价其监测效果和实用性。

三、研究意义和创新点本研究的意义和创新点主要包括：1. 开发一种基于DSP的电力谐波监测仪，具有实时监测、模块化设计、信号处理能力强等特点。

可以实现对电力谐波问题的实时监测，为电力系统质量监测和故障诊断提供有力支持。

2. 实现硬件、软件及算法设计的完整流程，为类似项目的人员提供可重复使用的、高度可定制化的开发方案，具有较高的应用价值。

3. 通过对功能模块的设计和实验测试，验证电力谐波监测仪的性能并评价监测效果，从而为电力能源领域提供实际可靠的解决方案。

基于DSP的电力系统谐波分析与抑制研究

基于DSP的电力系统谐波分析与抑制研究引言随着电力系统的不断发展和扩展，越来越多的电子设备和非线性负载接入电网，导致谐波问题日益突出。

谐波对电力系统的稳定性和可靠性产生了严重的影响，因此，对电力系统中的谐波进行深入分析和有效抑制，成为当前电力系统研究的热点之一。

本文将重点探讨基于数字信号处理器（DSP）的电力系统谐波分析与抑制研究。

一、DSP在电力系统谐波分析中的应用谐波的分析是理解电力系统中谐波产生和传播机制的关键。

DSP作为一种强大的数字信号处理工具，在电力系统谐波分析中发挥着重要作用。

首先，DSP可以进行高精度的信号采集和数据处理。

通过将谐波信号经过必要的滤波和采样，可以得到准确的谐波波形和频谱。

其次，DSP还可以进行频域分析，可以计算出各阶谐波的幅度、相位以及频率等特征参数。

最后，DSP可以对谐波信号进行相关性分析，提高谐波源的定位精度。

二、DSP在电力系统谐波抑制中的应用抑制电力系统中的谐波是确保系统正常运行和提高电网质量的重要手段。

DSP作为一种实时、高速的信号处理器，能够对谐波进行有效的抑制。

首先，通过对谐波信号的谐波分析，可以确定主要的谐波成分和频率。

然后，利用DSP的功能强大的数字滤波器，可以对谐波信号进行准确的滤波处理，将谐波降低到安全范围内。

此外，还可以采用DSP控制方法对非线性负载进行补偿和控制，减少其产生的谐波。

三、DSP在电力系统谐波分析与抑制研究中的挑战尽管DSP在电力系统谐波分析与抑制中具有广泛的应用前景，但仍然面临一些挑战。

首先，传统的DSP算法在谐波信号处理中存在计算复杂度高、实时性差和存储容量不够等问题。

其次，由于电力系统谐波具有非线性、非稳态和时变的特点，对DSP算法的稳定性和鲁棒性提出了更高的要求。

此外，由于实际电力系统谐波问题的多样性和复杂性，需要不断改进和优化的DSP算法来适应各种实际情况。

结论基于DSP的电力系统谐波分析与抑制研究对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。

基于DSP技术的谐波检测仪的设计

要条件是必须对谐波进行检测，因此，波的的检测：谐
测量成为谐波抑制的前提。
④ 可将参数存放在数据库中，形成本地
本方案以ＦＴ为理论基础，用Ｔ（ｅａ电能品质参数资料库。Ｆ利ＩＴｘｓ
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Ｏｃ＝ｃｏ囊Ｏ— ＯｃＩＵＯ卜．
口曼墼堕塾堕三壅墼堡堡 ●
图１信号采集及预处理结构图
型比较多，系统采用ＤＤ一０本ＶＩ０１型卧式穿芯ＭＡ１５芯片，Ｘ５是高速２Ｘ４通道同Ｘ２ＭＡ１２
１ＦｓｈｎＵｎｖｓｉ５０，ｓｎ，ａｎｄｏｇ，ｉａｏａｉｅｒｔ１８００ＦｏｈａＧｕｇｎＣｈｎｙ，
２ＦｃｌｆｌｃｒｌｎｉｅｎｇＮａｈａＵｉｒｉ，２０１Ｈｎｙｎ，ｕａ，ｉａ．ａｕｏｅｔｃｇｎｅｎ，ｎｕｎｖｓｔ４１０，ｅｇａｇＨｎｎＣｈｎｙｔＥｉＥａｅｙ
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ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯｎｌｎｅｉ
蕉堑望Ｉ
基才ＤＰ技术的谐波Ｓ检测仪的设计
王飞ｔ李军红刘铁湘。
摘
要论述基于ＤＰ技术的谐波检测方案，就系统的主要硬件设计原理Ｓ并
３．Ｎｏ．１ＳｔｌｅｅＭａｋｎａｎｕｈｎＩｏｎｅｌｒｏｒｔｉｇＰｌｔＷｏｆａｒｎａｄＳｔｅＣｏｐａｉ４３０８０பைடு நூலகம் ｕｎ，ｉａｏｎ，０，ｈａＣｈｎ

基于DSP技术和LabVIEW虚拟仪器的FFT频谱分析仪

(1)信号调理模块设计信号调理模块实现信号的输入缓冲、放大和滤波。在系统中，信号的缓冲由集成运放组成同相跟随器来实现。放大器采用TI公司的可编程放大器PAG103U，放大倍数的改变由DSP和逻辑控制器共同实现，设计中可对输入通道信号分别进行放大倍数控制。调理模块中的滤波器为低通滤波，主要用于对信号进行抗混叠滤波，以确保信号的有效FFT分析。 (2)A/D转换设计 A/D转换的采样率和分辨率是进行数字采样系统设计的主要指标。在设计中，A/D芯片采用AD7685，单通道最高采样率可达250 kS/s，输出为16位并行输出，比较电压为±5 V。 (3)DSP芯片选用 DSP是该系统进行FFT运算的处理器，其精度、速度在很大程度上决定了FFT分析仪的性能。考虑到FFT运算中实时性和精度方面的要求，设计时选用TMS320VC33浮点型DSP芯片[6]。 (4)存储器选用存储器可用于存放大量的表格数据和一些临时数据。因为DSP在作FFT运算时要用到大量正弦及其他数据表格，而通常固化DSP程序的闪存和DSP的数据交换较慢，为保证FFT的运算速度，可在FFT运算前，将表格数据存储于DSP外的高速存储器内。 (5)USB接口芯片选用 USB接口芯片是连接PC机和底层硬件的通信纽带，USB总线有着严格的电气规范和时序要求，采用接口芯片可以减少电路设计的工作量，特别对于在实现5 V与3.3 V DSP的数据传递时，采用可同时兼容这两种电压的接口芯片，还省去转换电路的设计。设计中选用Philips的高速USB2.0芯片ISP1362。数据采集器工作时，各主要模块通过控制器后的基本流程。
基于DSP技术和LabVIEW虚拟仪器的FFT频谱分析仪
摘要：提出一种基于虚拟仪器LabVIEW的FFT频谱分析仪的设计，分析了DSP技术在虚拟仪器中的应用。在深入研究DSP处理系统的基础上，开发了基于DSP技术以及USB总线的虚拟式FFT 频谱分析仪，具有设计新颖、实用性强的特点。关键词：虚拟仪器；LabVIEW；DSP；USB总线；FFT；频谱分析仪

基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统设计的开题报告

基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统设计的开题报告一、题目基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统设计二、选题的背景和意义随着现代工业、信息化程度的不断提高，电力质量问题越来越受到关注。

谐波是电力中普遍存在的一种波形，它的存在导致电流、电压失真，产生热损耗、电磁干扰等问题，严重影响了电力设备的稳定性和安全性。

因此，对电力谐波进行检测很有必要。

传统的电力谐波检测方法一般依靠专用的仪器进行，这些仪器功能强大，但价格昂贵，使用也较为繁琐，难以普及应用。

而虚拟仪器技术则正好弥补了这些缺点，它具有价格低廉、使用方便、灵活性强等优点，因此在电力谐波检测领域中的应用也得到了广泛的关注。

三、研究内容和研究方案本文设计的电力谐波检测系统基于虚拟仪器技术，主要包括以下几个方面的内容：1. 设计电路模拟模块电力谐波检测系统需要模拟电力中存在的谐波波形，因此需要设计一个电路模拟模块。

该模块可以利用Matlab等数学计算软件进行设计和实现，主要包括谐波发生器和滤波器等。

2. 设计数据采集模块数据采集模块是电力谐波检测系统的核心部分，它需要采集电力中的谐波波形，将其转换为数字信号进行处理。

该模块可以利用NI公司的数据采集卡进行实现，实现对电流、电压谐波的采集，保证数据的准确性和可靠性。

3. 设计数据处理模块数据处理模块是对数据采集模块采集到的数据进行处理和分析的部分。

该模块需要利用虚拟仪器技术进行实现，主要包括信号滤波、谐波分析、数据显示等功能。

具体的研究方案如下：1. 研究电力谐波的基本特性和谐波检测的原理和方法，了解虚拟仪器技术的基本知识。

2. 设计电路模拟模块，通过Matlab等软件实现，模拟电力系统中谐波信号的产生和传输。

3. 设计数据采集模块，利用NI公司的数据采集卡进行实现，实现对电力谐波信号的采集。

4. 利用虚拟仪器技术设计数据处理模块，对采集到的数据进行滤波、谐波分析、数据显示等处理。

5. 进行系统测试，并进行数据分析和评估。

基于DSP的电力谐波检测装置的设计与实现的开题报告

基于DSP的电力谐波检测装置的设计与实现的开题报告一、研究背景随着工业化的快速发展，电力系统中存在的电力谐波问题越来越凸显，谐波会降低电力设备的运行效率，甚至导致设备损坏。

因此，开发一种高精度、可靠的电力谐波检测装置，对保障电力系统的稳定运行具有重要意义。

在现代电力系统中，数字信号处理技术成为谐波检测的主流技术，因此基于DSP的电力谐波检测装置的研发具有实际应用价值。

二、研究内容本文拟基于DSP的电力谐波检测装置，具体研究内容如下：1. 电力谐波检测的数学模型分析，研究谐波的特点及其在电力系统中的影响。

2. 设计DSP系统硬件电路，包括电源电路、时钟电路、外设接口电路等。

3. 初步研究DSP开发平台，选择合适的开发工具和编程语言。

4. 定义谐波检测系统的整体结构和功能模块，包括模拟信号采集模块、数字信号处理模块、显示模块等。

5. 进行模块设计和实现，主要包括模拟信号采集电路的设计、数字信号处理算法的实现、系统软件的设计实现等。

6. 对设计的系统进行仿真和实验，对系统的性能指标进行测试和优化。

三、论文预期贡献本文开展基于DSP的电力谐波检测装置的研究，具有以下预期贡献：1. 设计了一种高精度、可靠的电力谐波检测装置，能够实时采集和处理电力系统中的谐波信号，并对其进行分析和评估。

2. 通过实验和仿真测试，验证了本文提出的装置在精度、可靠性和稳定性等方面的优越性。

3. 为电力系统中谐波扰动的控制提供了一种切实有效的技术手段，并为后续研究提供了可借鉴的参考。

四、研究计划本文的研究计划如下：1. 第一阶段（2个月）：研究电力谐波检测的数学模型，初步研究DSP开发平台，进行系统架构设计。

2. 第二阶段（2个月）：设计DSP系统硬件电路，完成系统的数字信号采集、数字信号处理等模块的设计实现。

3. 第三阶段（2个月）：进行系统软件的设计和实现，对整个系统进行集成和调试。

4. 第四阶段（1个月）：对设计的系统进行仿真和实验，对系统的性能指标进行测试和优化。

基于DSP的电网谐波分析仪的设计_梁玉红

输出为正序排序。由于对象为电压量 u(t)和电流量 i (t)，均为实函数，且采用复数 128 点 FFT 来实现，因
此虚部置 0，在内存区开辟 256 个单元，数据存储以
实部、虚部、实部、实部….存放。每一路信号每周期采
样 128 点，则在进行 FFT 的基 2 算法时，蝶形算法是
FFT 的关键，蝶形算法的级数 M=log2128=7，因而 FFT 要分 7 级进行运算。由 FFT 的基 2 算法的式（4）和式
（7）
Φk
=arctan
Ui Ur
(k) (k)
（8）
N
姨 Σ Uk=
1 N
2
Uk
k=1
（9）
N
姨 Σ Ik=
1 N
k
=
1
2
Ik
（10）
其中：N 为采样的点数，N=128；Mk 为 k 次谐波的幅值。
3.2 溢出处理
TMS320LF2407 是定点的 DSP，因而在用
TMS320LF2407 实现 FFT 时，应考虑防止中间结果
可满足一般测量精度的要求。将两个实序列构成一个复序列求傅里叶变换，FFT 对复序列进行变换，而电流、电压采用的序列 I(n)，U(N)均为实序列。谐波计算时，可将两个实序列 I(n)，U(N) 构成一个复序列 i(n)，ju(N) ，先对复序列进行变换，然后再将变换结果按相应公式转换成 I(n)，U(N) 的 FFT 变换结果，从而只需一次 FFT 计算即可完成一对电流电压的谐波分析。
算法
7
级运算的研
究发现，第1、2 级 W 的实部和虚部的值为 0 或 1，故

基于DSP的智能型电力谐波监测仪

ｆ送人ＩＰ行处删）进Ｓ处Ｉ结 ¨ 晒过．越
能完成时数扣的存储．此，它实际；
测精－的采样点数被严格限制ＩＪ一ｔ一ｈ随符负载的改变．Ｉ￣、电Ｍｆ．也断嫂，竖．而【避标：Ｌｆ的正弦波
晰披是ＩＩｍ ¨Ｕｂ网，
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基于dsp电力谐波测量装置的设计

基于dsp电力谐波测量装置的设计电力谐波是指在电力系统中，电流和电压的频率不满足整倍频关系，而产生的一系列频率与基波频率不同的谐波信号。

其产生的原因主要是由于电力负载的非线性特性所引起，如电弧炉、电机、充电器等负载都可能产生谐波，这对电力系统造成了很多的问题，如加剧了设备损坏、降低了电能的传输效率、影响了电力系统的稳定性、对供电电网造成了干扰等。

因此，在电力工程中，对谐波进行监测和调节是非常重要的。

由于谐波信号的频率非常高，因此需要使用高精度和高速度的测量装置进行监测。

在本文中，我将介绍一种基于DSP（数字信号处理器）的电力谐波测量装置的设计。

一、装置设计该装置由多个模块组成，包括采样模块、模数转换（ADC）模块、DSP 处理模块、数字滤波模块、数据存储模块、数字显示模块等。

1.采样模块采样模块主要是用于采样谐波信号，实现将电压或电流转化为数字信号的过程。

采用的是高速度采样技术，即在一个周期内进行多次采样，取平均值作为该周期的采样值。

采样频率需满足Nyquist采样定理的要求，即采样频率需高于信号最高频率的两倍。

2.模数转换（ADC）模块ADC模块主要用于将采样模块采集到的模拟信号转换为数字信号，是数字信号处理过程中的关键模块。

在我们的设计中，采用的是12位的高精度ADC芯片，具有较高的分辨率，能够准确地反映出电压或电流的大小。

3.DSP处理模块DSP处理模块是整个测量装置的核心部分，用于对数字信号进行处理和分析。

在我们的设计中，采用的是高性能的TMS320F2812型号DSP芯片，该芯片拥有高速的运算和复杂计算能力，能够有效地处理谐波信号。

通过在DSP处理模块中运用计算机算法和数字信号处理技术，对采样模块采集到的数据进行处理，得到电力谐波的频率和功率。

4.数字滤波模块由于电力谐波信号的频率非常高，因此需要使用数字滤波模块对采样信号进行滤波处理，以消除高频噪声及谐波干扰。

在本设计中，采用数字低通滤波器进行滤波处理，其截止频率可根据电力系统的不同频率进行调整。

基于DSP的电力系统谐波检测装置的设计

摘要随着现代电力电子设备和非线性负载的大量使用，谐波污染日趋严重，谐波己成为电力部门及其用户日益关注的问题，因此对谐波进行检测与分析具有重要的意义。

本文首先介绍了国内外电力系统谐波测量装置的现状，分析了数字信号处理芯片在电力系统中的应用情况，对谐波分析的相关理论与技术进行了研究，设计了以DSP为核心的硬件与软件系统。

硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计了信号的多通道采样保持和时钟转换电路，实现了多路信号的同步采样和快速转换。

充分发挥了微控制器的控制功能和DSP芯片的数字信号处理优势。

软件算法方面，系统采用传统的快速付立叶变换(FFT)，对采集的电压和电流信号进行频谱分析。

论文中还详细分析了信号的采样问题，以及信号的数字滤波问题。

初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法，实现了对谐波的测量功能。

本装置可以快速、准确地进行谐波的测量和分析。

关键词：DSP；谐波；同步采样；快速傅里叶变换AbstractWith the wide applications of modern power electronics equipment and nonlinear load,harmonic deterioration has increased rapidly, which has attracted great attentions by powerdepartment and users.By analyzing the situations of the electric harmonic monitoring equipments home and abroad,aiming at the demand of power department and practical application.The application of Digital Signal Processor in the electric power systems is introduced in this paper,it aims at the harmonic theories and technologies analysis and exploits a hardware floor and a software system with DSP core.The hardware design aspect, according to the electrical power system in the data acquisition and the processing actual characteristic, has designed the signal multichannel sampling maintains with the switching circuit, has realized the multi-channel signal synchronized sampling and the split-second-selection.Has displayed the micro controller's control function and the DSP chip digital signal processing superiority fully.The software algorithm aspect, the system uses the tradition to pay fast sets up the leaf to transform (FFT), carries on the spectral analysis to the gathering voltage and the electric current signal. In paper also multianalysis signal sampling question, as well as signal digital filtering question.The preliminary design has carried on the computation and the processing related software algorithm to the gathering data, has realized to the overtone survey function.This equipment may be fast, accurate carries on the overtone the survey and the analysis.Key Words：Digital Signal Processor；Harmonic；Synchronous sampling；Fast Fourier Transfer目录摘要 (1)Abstract (2)引言 (1)1 绪论 (2)1.1问题的提出 (2)1.2国内外发展的概况 (3)1.2.1国外的发展概况 (3)1.2.2国内的发展概况 (5)1.3电能质量分析的实际应用与发展趋势 (6)1.4本文设计的系统需要完成的功能 (6)1.5课题的研究任务 (7)2 谐波的理论分析 (8)2.1概述 (8)2.2谐波的基本概念 (8)2.3谐波的分析 (8)2.3.1电网谐波的产生 (9)2.3.2谐波的危害 (10)2.3.3谐波的国家标准 (10)2.3.4谐波的测量及计算方法 (11)3 谐波检测的方法 (13)3.1快速傅立叶变换的原理 (13)3.2FFT算法存在的问题及解决方法 (19)3.2.1采样定理和频谱混叠 (19)3.2.2频谱泄露 (19)3.2.3栅栏效应 (20)3.2.4FFT存在问题的解决方法 (21)4 系统硬件电路设计与实现 (22)4.1系统硬件整体设计 (22)4.2DSP芯片的选择 (23)4.2.1DSP芯片的发展 (23)4.2.2TMS320LF240X系列DSP的特点 (23)4.2.3本装置DSP芯片的选择 (24)4.3系统硬件电路图设计 (25)4.3.1数据采集、处理模块 (25)4.3.2数据转换模块 (27)4.3.3电源电路设计 (29)4.3.4TMS320LF2407存储器扩展接口设计 (30)4.3.5异步串行接口硬件设计 (33)4.3.6人机接口技术 (33)5 系统的软件实现 (35)5.1系统的软件设计流程 (35)5.2DSP单元中个功能模块的程序流程 (35)5.2.1主程序流程图 (35)5.2.2DSP数据采集模块程序流程图 (36)5.2.3FFT算法的程序流程图 (37)5.2.4串口通信的实现 (37)5.2.5LCD刷屏与键盘处理 (41)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (46)引言随着科学技术和国民经济的发展，各行各业对电力系统的供电质量的要求越来越高，电力供应的理想状态是用户端能够得到固定频率和幅值的电压与电流。

基于DSP的电网谐波测量仪研制

（ａｈｎｉｅｓｔｆＳｉｎｅａｄＴｅｈｏｏｙＨｕｚｏｇＵｎｖｒｉｏｃｅｃｎｃｎｌｇ，Ｗｕａ３０４，Ｃｈｎ）ｙｈｎ４０７ｉａＡｂｔａｔＴｈｒｎｃｍｅｓｒｅｙｉｏｔｎｏｈｗｅｕｌｙｍｏｉｏｉｇａｄｏｔｉａｉｎＴｈｓｐｐｒｉ — ｓｒｃ：＂ｅＨａｍｏｉａｕｅｉｖｒｓｍｐｒａｔｆｒｔｅｐｏｒｑａｉｎｔｒｎｎｐｉｚｔｔｍｏｉａｅｎ
中图分类号：Ｍ９５Ｔ３文献标识码：Ａ
ＡｖｌｐｅｔｏａｍｏｉｓＭｅｓｒｎｎｔｕｎｓｄｏＰＤｅｅｏｍｎｆＨｒｎｃａｕｉｇＩｓｒｍｅｔＢａｅｎＤＳ
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０引言
随着微电子、算机、：
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大量新型高效电力电子设备得到广泛的应用。这些非线性负载的大量增加，上炼钢电弧炉、加电焊机等非线性负荷，使供电网中的波形不再是单一的５０Ｈｚ正弦波形，包括一系列频率为基波整数倍的正弦波分量，还这些分量被称为谐波。在电网中，果谐波的成分超如过了一定程度，引起严重的危害和后果，设备构成会对威胁和损害。本文提出一种基于ＭＡＸ１５数据采集２系统和ＴＭＳ２Ｌ２０３０Ｆ４７的便携式谐波测试仪的设计