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基于DSP和CPLD的电力谐波检测系统的研究

作　者: 许晓禹
导　师: 汪玉凤
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电力系统谐波检测快速傅里叶变换数字信号处理 DSP
分类号: TM935
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要

近年来电力电子技术的飞速发展，电力系统中的电力电子交流设备和非线性负载被广泛应用于矿井电网中，造成了严重的谐波污染。谐波对煤矿生产系统的影响日益严重，给企业造成了不小的经济损失。矿井电力系统谐波的治理是势在必行的技术问题，那么首先要对电力系统谐波进行精确的在线检测，而现今的谐波检测仪或检测系统一般都只是针对检测的准确性而研制的，并不能同控制系统结合在一起对谐波进行实时检测并抑制，所以研制出一套能够迅速检测出电网谐波，并将检测结果作为跟踪控制参考依据的谐波检测系统是十分必要的。为了实时精确的监测矿井电力系统谐波，准确掌握谐波在矿井电网中的实际情况，本文研制了一套谐波检测系统，针对快速傅里叶变换（FFT）存在频谱泄露和栅栏效应等问题，采用加窗双峰谱线插值FFT算法对谐波的幅值，相位和频率进行修正，提高了算法的计算精度。本系统提出以TMS320F2812作为数字信号处理器，系统增加了复杂可编程逻辑器件（ComplexProgrammableLogicDevice，CPLD）对外围电路进行逻辑控制，CPLD的可编程性使得该系统更加灵活、使用方便，而且价格低廉。DSP+CPLD的系统设计使人机接口、数据显示更加方便。应用外扩的高精度14位外扩AD转换器MAX125，谐波信号进行高精度高速采集，通过系统的硬件和软件设计，实现了对电网三相电压及三相电流的基本参数的实时测量，通过液晶显示屏进行实时在线监测，便于对测量数据做进一步的分析，统计和储存。并将该检测系统与控制系统相结合组成一套电力谐波在线检测及实时抑制装置，实验结果表明，本系统能够实现对电力系统中的电压，电流值以及谐波分量的参数的实时精确的测量，能够满足谐波测量标准。应用该检测系统的样机能够实现电力谐波的在线检测，结合控制系统达到了很好的谐波抑制效果。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-16
  1.1 谐波产生的原因及危害  12-13
  1.2 选题的背景及意义  13
  1.3 谐波检测分析系统的国内外发展现状  13-15
    1.3.1 国外发展现状  13-14
    1.3.2 国内发展现状  14-15
  1.4 本文的主要工作  15-16
2 电力参数及谐波测量  16-36
  2.1 谐波的相关知识  16-19
    2.1.1 谐波参数的表示  16-18
    2.1.2 谐波测量标准  18-19
  2.2 谐波检测方法研究现状及发展趋势  19-22
    2.2.1 谐波检测方法综述  19-20
    2.2.2 谐波测量的发展趋势  20-21
    2.2.3 本系统采用方法的确定  21-22
  2.3 利用DFT进行频谱分析时出现的问题  22-23
  2.4 基于加窗插值高精度FFT谐波分析  23-35
    2.4.1 FFT在谐波检测中复序列的形成  24-26
    2.4.2 窗函数特性及选取  26-30
    2.4.3 加窗双峰谱线插值FFT算法  30-32
    2.4.4 算法仿真  32-35
  2.5 本章小结  35-36
3 系统硬件电路设计方案  36-52
  3.1 系统谐波检测原理  36-37
  3.2 信号调理电路  37-39
    3.2.1 电压信号调理电路  37-38
    3.2.2 电流信号调理电路  38-39
  3.3 数据采集模块  39-42
    3.3.1 同步采样  40-41
    3.3.2 A/D采样电路  41-42
  3.4 DSP+CPLD核心控制模块  42-45
    3.4.1 数字信号处理器（DSP）的选型  42-43
    3.4.2 复杂可编程逻辑控制器(CPLD)的选型  43
    3.4.3 DSP+CPLD平台设计  43-45
  3.5 外围电路设计  45-48
    3.5.1 外扩RAM单元  45-46
    3.5.2 外扩EEPROM  46
    3.5.3 MAX706复位电路  46-48
  3.6 LCD显示及通讯模块  48-50
    3.6.1 LCD显示  48-49
    3.6.2 通讯接口  49-50
  3.7 其它功能模块  50-51
    3.7.1 时钟电路  50
    3.7.2 电源电路  50-51
  3.8 本章小结  51-52
4 谐波检测系统的软件设计  52-59
  4.1 系统软件总体概述  52
  4.2 软件开发环境  52-53
  4.3 各功能模块的软件设计  53-57
    4.3.1 数据采集模块的软件设计  53-54
    4.3.2 数据处理模块的软件设计  54-55
    4.3.3 通讯模块的软件设计  55-56
    4.3.4 液晶显示模块的软件设计  56-57
  4.4 上位机软件设计  57-58
  4.5 本章小结  58-59
5 谐波检测系统实验  59-66
  5.1 谐波电源模拟发生器  59
  5.2 系统检测实验  59-63
  5.3 实验结果分析  63-64
  5.4 误差分析  64-65
    5.4.1 算法产生的误差  65
    5.4.2 硬件电路产生的误差  65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-71
作者简历  71-72
学位论文数据集  72-73

基于DSP和CPLD的电力谐波检测系统的研究

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