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电网谐波分析的频率估计与跟踪

黄廷波  
【摘要】:随着电力电子半导体装置等非线性负荷在电网中的广泛应用,大量高次谐波注入到电力系统中,使电网电压电流波形发生畸变,给电网频率的精确测量、谐波分析提出了很大的难题。 本文介绍了电能质量的概念、标准和分析方法,分析了谐波的产生和谐波的危害,讨论了谐波分析中频谱泄露、栅栏效应、同步采样等热点问题,阐述了电网谐波的抑制方法。 近年来许多学者对频率估计进行了研究,频率估计有各种方法。 本文分析了工程常用测频方法的缺点,即周期法对波形的畸变很敏感,相位差法从理论上是针对单频正弦信号等。在此基础上提出了一种针对多频正弦信号的测频新方法。 本文基于相位差法,对多频周期信号推导出一组频率估计公式,并注意到了实时频率估计与实时频率跟踪的相互促进作用。频率估计公式包括采样序列DFT、相位差计算和频率计算。频率跟踪就是依据前一次频率估计修改下一次采样的采样间隔,从而使同步偏差越来越小。同时将频率估计与频率跟踪应用于电网谐波分析,得出了:频率估计——频率跟踪——谐波分析滚动算法,使频率估计和谐波分析的精度迅速提高,对于电力信号,这种方法能完成实时、高精度的谐波分析,而且计算量较小。通过Matlab仿真和谐波分析试验装置对电网电压采样并处理的结果都证实了该方法的有效性。 本文介绍了基于TMS320VC5470的一种电网谐波监测装置,讨论了硬件结构、功能模块、DSP信号采集处理程序及ARM主控程序的设计。


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