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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）基于 DSP 对电力系统的谐波测量及数据分析学生姓名： 学生学号： 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 2003 级电子信息工程 指导教师： 二七年六月攀枝花学院毕业设计（论文）摘要本文首先回顾了国内电力系统谐波监测装置的现状，分析了数字信号处理芯片（DSP）在电力系统中的应用前景。然后，介绍了谐波的基本概念、衡量指标和数学分析方法。最后针对电力部门和实际应用的需要，提出了以AD73360 和数字信号处理芯片 TMS320C5402 构成的硬件系统设计构想。论文完成了基本的硬件电路设计和软件算法设计。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
2、信号的多通道同时采样，A/D 和 DSP 芯片的处理速度快的优势，满足了实时性的要求。软件算法方面，系统采用传统的快速傅立叶变换（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。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。本装置可以进行快速的信号采集和实时的谐波分析。关键词：数字信号处理器（DSP） ，谐波，McBSP攀枝花学院毕业设计（论文）AbstractBy loking back on the present situations of the electric harmonic monitoring equipments
3、, the prospect of the pracitical appliication of Digital Signal Processor (DSP) in the electric power system is discussed in this paper. This paper briefly analyzes the concepts of harmonic and then proposes the hardware structure made up of AD73360 (A/D) and TMS320C5420 (DSP) at the demand of pract
4、ical applications of power department.The design of both hardware and software is finished.A real-time high-speed multi-channel, synchronous data sampling and processing system is designed based on DSP. AD73360 is directly connected to Multi-channel Buffered Serial Port (McBSP which is a kind of six
5、-wired synchronous serial port) on DSP for data exchange.The sampled voltage and current signals are harmonic analyzed by DSP using the fast Fourier transform (FFT) algorithm. Some considerations conceming about the signal samnling are also discussed.The equipment can provide high-speed signal sampl
6、ing and real-time harmonic analysis.keywords: DSP (Digital Signal Processor), Harmonic, McBSP (Multi-channel Buffered Serial Port)攀枝花学院毕业设计（论文）目 录摘 要ABSTRACT1 绪论 .11.1 问题的提出11.2 国内电能质量监测的现状1.3DSP 技术的发展1.4 课题的研究任务2 电能质量参数的测量和计算公式2.1 基本模型2.1.1 有功功率的计算2.1.2 无功功率的计算2.1.3 视在功率的计算2.1.4 功率因数的计算2.2 谐波测量原理2.
7、2.1 谐波的概念2.2.2 谐波的计算2.2.3 谐波的分析2.3 信号的采样和频谱分析 2.3.1 周期信号的采样2.3.2 采样数据的计算方法2.4 利用快速 FFT 算法进行频谱分析2.4.1 蝶形运算2.4.2 码位倒序3 硬件设计3.1 硬件设计总体方案3.2 DSP 部分3.2.1 DSP 系统的构成攀枝花学院毕业设计（论文）3.2.2 DSP 芯片的选择依据3.2.3 TMS320C54xx 具有以下硬件优点3.2.4 TMS320C54xx DSP 芯片的硬件结构3.2.5 存储器映射寄存器3.2.6 灵活多样的寻址方式3.2.7 二次开发扩展子板接口3.2.8 DSP 的多
8、通道缓冲串口(McBSP) 3.3 A/D 部分3.3.1.A/D 的选择AD733603.3.2 模拟输入通道的电路设计3.3.3 时钟信号的选择3.3.4 电源和接地3.3.5 与 DSP 的接口电路设计3.3.6 AD73360 的数据编码格式3.3.7 AD73360 的编程方法4 软件开发环境4.1 CCS 的介绍4.1.1 集成的源代码编辑器4.1.2 实时分析4.1.3 实时数据交换(RTDX)4.1.4 实时 DSP 环境4.1.5 数据可视化4.2 CCS 环境下进行软件开发的流程4.3 软件编写4.3.1 总体流程图4.3.2 主程序流程图4.3.3 FFT 流程图4.3.
9、4 McBSP 初始化程序流程图4.3.5 AD73360 初始化程序流程4.4 软件调试攀枝花学院毕业设计（论文）4.4.1 剖析点的调试4.4.2 FFT 程序编写时需要注意的问题5 实验结果分析5.1 FFT 算法中补零运算5.2 数据的软件仿真结果5.3 数据结果分析6 结论参考资料致谢攀枝花学院毕业设计（论文）1 绪论1.1 问题的提出电力系统运行是，理想情况下它应以额定电压和额定功率向用户供电。理想的电压应该是幅值始终为额定植的三相对称正弦波电压，但由于系统中存在阻抗和用电负荷的变化、用电负荷性质的不同等特点，造成了实际电压在幅值、波形和对称上与理想电压之间出现偏差。以往各国都以频
10、率和电压维持与额定值的偏差不超过规定的允许范围作为衡量电能质量的标准。随着电力工业的发展，国民经济各个部门的电气化水平日益提高，具有非线形或时变特性的负荷也日益争夺，从而在现代电力系统中，仅用频率和电压着两个指标来衡量电能质量已经不能满足需要了。因此，三相电压的不对称度、波形畸变以及电压波动和闪变也成为衡量电能质量的重要指标。电力系统的标准频率为 50Hz，俗称工频，电力系统标称频率应与工业设备工作频率一致，如频率偏离正常值，将对用户产生严重的影响。频率的变化，将影响产品的产量和质量，甚至引起电子设备误动作，导致信号误传。有时频率急剧下降不止，则可能会导致整个电力系统的崩溃。波形畸变是指交流电力系统中电压或电流波形偏离了正弦波。电力系统的波形即便并不是一个新的问题。由于系统中存在着各种非线形元件，特别是容量不断增大的大型晶闸管整流装置和大型电弧炉的运行，导致电力系统波形畸变日益严重，再加上竞争和充分利用电工材料，对电工设备日益倾向于采用在其磁化曲线临界情况下甚至在饱和区段工作，导致这
