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《华中科技大学》 2006年
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基于DSP的谐波测量仪研究

范婕  
【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。本文主要对谐波分析的相关理论与技术进行了研究,设计开发了以DSP为核心的硬件平台与软件系统。 从研究国内外发展现状开始,针对目前采用高性能处理器,用软件方法实现功能扩展与产品升级的趋势,提出一种基于传统的快速傅利叶变换(FFT)和人工神经元网络(ANN)相结合的新型谐波检测与分析的设计方案的谐波测量仪。 首先,对谐波测量的有关理论进行了评述和分析,分别阐述了快速傅利叶算法原理和人工神经元网络算法原理以及他们各自在谐波测量领域的应用。着重分析了快速傅利叶算法存在的栅栏、泄漏效应所引起的误差,并提出了将快速傅利叶算法与人工神经网络算法相结合的FFT_Adaline算法。通过两次运算同时提高精度、降低FFT加窗运算复杂度。 其次,在硬件上引入DSP处理器以加快算法的执行速度,采用频率跟踪办法减小测量误差。除完成DSP最小系统的硬件设计以外,还添加了键盘、液晶等人机接口界面,使测量仪更简单直接的实现人机对话。同时引入了RS232串口通信单元,使测量的结果能够通过PC机进行实时控制。 在软件上着力遵循模块化设计原则,详细介绍了系统的中断分配及中断对测量的影响。在算法上本文阐述了一种最优的快速开方算法,设计了适用于定点处理器的电网参数算法与谐波分析算法程序。另外,本文还阐述了嵌入了ANN算法的串口调试精灵。为PC机控制谐波测量仪创造了条件。 围绕减少系统测量误差、提高系统谐波的检测精度这一测量仪器的基本要求,在理论上全面分析了电网参数测量的误差来源,对各种误差建立了完整的数学模型,得出了相应的数学关系式,进而系统地提出了提高电参数测量精度的误差控制措施。最后,进行了系统调试,取得了电能质量分析的相关测试结果,为三相系统打下良好的基础。
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