基于哈特莱算法的电力谐波分析终端的研究与设计

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近年来,以换流设备、变频器等设备为代表的电力电子装置得到了广泛应用,它们在为各自应用领域带来了巨大效益的同时,也因其固有的非线性负荷属性向电网注入了大量谐波信号,对电能质量造成了严重的影响。由于电网负荷的多样性、复杂性,混杂在电网中的信号千差万别,如何准确从中提取谐波信号,及时得到隐含在谐波信号中的“电网状态变化信息”,对于提高电网的电能质量有十分重要的理论意义和实用价值。而这一目标的实现,必须建立在对电网谐波含量进行准确检测的基础之上,所以,本文将以电网谐波检测分析算法为中心,从理论与实践两方面展开研究。  首先,论文研究分析了电网谐波产生的主要原因及其组成,从运算量的角度对应用广泛的傅里叶变换算法进行了分析,针对实时采集的电力信号表现为实数序列的特点,研究应用基2时域抽取快速哈特莱变换算法对电网谐波进行分析。该算法继承了傅里叶算法的优点,并且其处理实数数据的效率较傅里叶算法有显著提高,能够实现对电网中的谐波成分进行提取。因此,该算法可以更加快速准确地检测电网中的谐波信号,减少了CPU计算量,增强了系统的实时性和可靠性。  其次,为验证上述谐波检测分析方法,本文设计了一个以TMS320F28335数字信号控制器为核心的电力谐波检测分析终端。终端除了完成谐波检测分析外,还可以完成电力系统中微机测控终端中的模数转换、开关状态采集、开关量输出、通信等主要功能。为保证电网中三相谐波信号采样同步,提高检测分析的精度及可靠性,还设计了硬件锁相环电路,实现了电网中三相交流信号的同步采样。论文选用SYS/BIOS操作系统作为终端的软件开发运行平台,合理分配各个功能的线程,保证系统在完成多个功能任务的基础上,实时进行谐波信号的检测分析。  最后,论文利用该平台及CCS软件对本文中的谐波检测算法进行仿真实验及分析,并且测量了实际线路中的电压、电流信号,结果表明算法能够反映电网有关谐波的电能质量信息,且测量精度符合要求。
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