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1、 摘要 近些年来，电力系统谐波问题在世界范围内得到了广泛的关注。由于电力电子设备在电气化铁道、化工、冶金、煤炭等工业部门的大量应用，使得电力系统谐波问题日益严重，从而将谐波的管理、监测和治理等摆在了十分重要的位置。本论文从谐波检测角度出发，对单相电力系统的谐波检测装置进行了设计。主要设计了以TMS320F206和AD73360为核心器件的单相谐波检测装置。硬件系统完成对电压和电流信号的采集，对模拟信号进行数字化处理，与上位机的串口通信功能。算法中设计了SPLL(Software Phase Locked Loop)-软件锁相环，它能够控制A/D的同步采样，进而提高FFT测算各次谐波的频率、幅值
2、和相位的准确度。 本论文研究了稳态谐波信号和非稳态信号的检测方法。按照时域测量谐波的方法，对稳态谐波信号的检测方法进行了设计与实现，主要应用FIR(Finite Impulse Response)加窗数字滤波技术。利用MATLAB6.5对该检测方法建模，并对不同谐波信号进行仿真实验。对设计的装置进行测试，结果表明，所设计的单相谐波检测装置可以实现对稳态谐波信号的检测。 关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。如有可能，应尽量用汉语主题词表等词表提供的规范词。不用此信息时，删除此框。关键词：谐波检测；数字信号处理；稳态；非稳态；软件锁相环Abstract
3、The problems on power system harmonics have been attached widespread importance all over the world from one decade to the next. Electrified railway which has developed rapidly， the equipments of power electronics & power drive which have been applied largely in the departments of Chemical industry，M
4、etallurgical industry，Coal industry，make the problems on power system harmonics serious day by day. Therefore，to control harmonics，to inspect and to harness harmonics have been set to an important position。At harmonics detection angle，the paper studied on the technology of checking & measuring harmo
5、nics in single phase power system，and mainly based on analyzing the technology of harmonics detection，The harmonics detection device has been designed to such a hardware system which has included a kernel TMS320F206&AD73360，and the hardware system can detect the frequency of fundamental wave，and can
6、 accomplish sampling data， this system can carry through the method of digital signal process，and this system included serial ports which communicate between the hardware system board and Upper PC. In the software arithmetic on the system was included SPLL-Software Phase Locked Loop which can contro
7、l the synchronous sampling of A/D，and then advance the precision of the every harmonics frequency，scope and phase measured by FFT。The paper studied on the methods which have been applied to detecting Stable state Harmonics & Astable Signals in single phase power system. For Stable Harmonics detectio
8、n， based on the method of checking and measuring in time filed. For Astable Signals detection， the instantaneous-power-detect-method was studied on detecting those astable signals， wave current signals was chosed by simulation of MATLAB。The datum of experiment on the equipment of Single Phase Harmon
9、ics was verified to detect the stable harmonics in power system by testing the designed equipment。Key Words：Harmonics Detectio ； Digital Signal Processing ； Steady state Software Phase Locked Loop ； Astable statelw目录摘要1Abstract2引言11 绪论21.1 课题来源及研究的目的和意义21.2 国内外在该方向的研究现状及分析21.3 本论文研究所做的工作22 谐波理论基础42.
10、1 谐波的基本概念42.2 谐波的产生62.3 谐波的危害72.4 本章小结83 单相谐波检测装置总体设计方案93.1 单相谐波检测装置的总体设计方案93.2 方案可行性论证103.2.1 采用DSP的单相谐波检测装置特点103.3 快速傅里叶变换的原理114 系统硬件设计174.1 系统硬件工作原理和硬件设计方案184.2 系统核心器件TMS320F206及AD73360的特点简介194.3 系统硬件电路模块设计224.3.1 模拟信号调理电路设计及模拟滤波器电路设计234.3.2 测频电路中电压整形电路的设计254.3.3 AD73360与TMS320F206接口电路设计264.3.4 异
11、步串行接口硬件设计275 系统软件设计295.1 系统软件主要模块设计295.1.1 DSP系统初始化295.1.2 F206与A/D采样控制模块的设计295.1.3 F206与上位机串口通信程序设计305.2 检测稳态谐波算法模块设计315.2.1 软件锁相环SPLL(Software Phase Locked Loop)设计315.2.2 测相程序模块设计345.2.3 稳态谐波检测算法模块设计与实现345.3 小结356 单相谐波检测装置的实现与测试36结论39参 考 文 献40致谢42引言电能作为现代社会中使用最广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。近年来，随着我
12、国电力事业的迅猛发展，电力系统的规模日益扩大，电能紧缺的问题已逐步解决，但与此同时，用户对提高电能质量的呼声也越来越高。电能质量一般是指电压或电流的幅值、频率、波形等参量符合规定值的偏差。90年代以前电力系统中许多机电设备都能在上述参量相对较大的变化范围内正常地工作；但是在90年代后期信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在工业生产中大量投入使用，他们对干扰比机电设备更加敏感，因此对供电质量的要求也更高。一旦出现电能质量问题，轻则造成设备故障停运，重则造成整个系统的损坏，由此带来的损失是难以估量的。从环境的角度来看，电力系统也是一种“环境”，同样存在着污染的问题，
13、电网中存在的谐波电流和谐波电压就是对电网环境的一种严重污染。在电力系统中大功率换流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害使供电系统中的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿命、干扰通讯系统等。严重时甚至还能使设备损坏，自动控制失灵，继电保护误动作，对电感和电容构成的串联或并联电路还有可能产生串联谐振或并联谐振，其形成的谐振过电压或过电流将大大增加，给电容器、系统及用户造成严重危害。谐波对电力系统的影响和危害同自然坏境污染一样，已成为一种公害。为了保证供电质量、提高系统运行的安全性
14、和经济性，电网谐波抑制问题已成为当前电力系统中迫切需要解决的课题。1 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义电力是现代人类社会生产与生活不可缺少的一种主要能源形式。随着电力电子装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响。谐波被认为是电网的一大公害，对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。谐波问题涉及面很广，包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的检测方法等。为了避免这些谐波的不良影响，有必要对其题，谐波问题
15、早在 20世纪 20年代和 30年代就引起了人们的关注，当时在德国使用静止汞弧变流器而造成电压和电流波形畸变。20世纪70年代以来，电力电子技术的飞速发展，使谐波问题日益突出，已成为阻碍电力电子技术发展的一大障碍。目前，谐波、电磁干扰、功率因数降低已并列为电力进行分析和抑制。1.2 国内外在该方向的研究现状及分析电力系统的谐波畸变并不是一个新的研究课系统的三大公害。电力系统的谐波畸变并不是一个新的研究课系统的三大公害。国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代，当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。进入70年代后，随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用，谐波问题日趋严重，从而引起世界各国的高度重视。各种国际学术组织如电气与电子工程师协会（IEEE）、国际电工委员会（IEC）和国际大电网会议（CIGRE）相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。我国对谐波问题的研究起步较晚，进入 20世纪 80年代才开始开展有关谐波的研究工作，国内许多高校和研究单位都开展了谐波的研究治理工作。国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GBT1454993电能质量公用电网谐波，标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。1.3 本论文研究所做的工作(1)在
