摘要

随着电力系统中非线性负载的不断增加，电网中的谐波污染也越来越严重。谐波造成电能质量恶化，并对设备的正常运行造成了有害影响，会严重影响电网安全运行。谐波治理势在必行，而首要解决的问题就是谐波检测和分析，确切掌握电网中谐波的实际情况。因此，本文针对电力系统检测实时性强、高运算精度和大数据量运算等要求，设计了基于 DSP 的电力参数和谐波检测系统，实现对电力系统谐波的高精度检测。

本文首先概括介绍了谐波分析算法的理论依据。其中,采用快速傅立叶变换进行电力系统谐波检测时很难做到同步采样和整周期截断,由此造成的频谱泄漏将影响谐波检测结果,从而引入了加窗插值FFT算法,本文对该算法进行了较为深入的分析和推导,并采用Matlab对其进行了仿真分析,验证了该算法的正确性与易实现性。

在算法研究和仿真的基础上,以德州仪器(TI)的16位定点数字信号处理器TMS320VC5402为核心设计了谐波检测系统。在硬件方面,着重设计了模拟量输入和a/D转换等部分,并设计r数据采集板,将采集板与后续的数字信号处理器开发系统相连,对采集到的谐波信号进行相关处理。在软件方面,基于DSP的集成开发环境CCS3.3,对数据釆集、数据处理和数据传输三个模块进行了设计。该检测系统可以完成电网信号的采集,经A/D转换为数卞信号之后送入TMS320VC5402处理器,利用改进的FFT算法对信号进行处理,得到反映谐波的通用指标参数,并将结果直观显示出来。

关键词:电力谐波检测;加窗插值FFT; TMS320VC5402

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和目的意义

近年来,随着电力电子技术的发展,电弧炉、整流器等非线性器件在电力系统中被广泛应用,这使电网中出现了大量谐波,造成电网信号波形畸变,致使电能质量下降,对电网的安全可靠运行产生很大的影响。因此,谐波问题已成为电力部门普遍关注的问题。

谐波的检测研究具有重要意义。首先,谐波的危害十分严重,谐波能降低电能的生产、传输和利用效率,使电气设备因过量发热而发生故障或烧毁;其次,现代居民对供电质量的要求很高,提高电能质量需要对电力谐波进行抑制和补偿,而需要进行怎样的游波抑制和补偿是以电力系统谐波分析的结果为依据的;最后,治理谐波污染、营造绿色电力环境,“绿色”电力系统的主要标志就是无谐波。目前,谐波检测主要存在的问题有:算法速度和准确度的矛盾。有些算法仅停留在计算机仿真阶段;在线实时性差;谐波检测精度不高等。要保证电力系统的稳定高效运行,必须将谐波含量控制在允许范围之内。为了达到此目的,必须准确分析电力系统谐波的各项参数。因此研究一种精度高、实时性好的谐波检测方法和检测装置是一个具有重要现实意义的研究课题。

1.2国内外研究现状及动态

早在18世纪和19世纪,有关谐波的数学分析就得到了很好的发展,傅里叶等人提出的谐波分析方法目前仍在使用到了 20世纪xx年代,

电力系统中的谐波问题才引起关注,主要山于巧时静止亲弧变流器在德国大量使用而引起电压电流的波形畸变。19xx年,C. Read发表的冇关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。到了 20世纪xx年代,商Hi直流输电技术的快速发展使得谐波污染日趋严重,人们对谐波的研究力度也逐步加大,先后发表了很多有价值的谐波检测论文。

我国对谐波问题的研究相对较晚,谐波测量仪器与国外相比存在着较大差距。保定三伊方长电力电子有限公司的SF DZ-3III型电能质量监测仪可以进行谐波和间谐波测量,并可进行高速故障分析和录波;南京世都科技的SD-XB型谐波在线检测仪可以对低HlHi网的频率、电压质量、负荷电流、游波等电量进行全天候的检测,对全面掌握电网质菌和进行谐波沿现提供依据。

1.3本文思路及内容安排

本文主要是对电力系统正常运行时产生的谐波进行分析,计算谐波电流和电压及其畸变水平。然后通过快速傅里叶变换的谐波检测方法，对谐波进行分析，并对FFT在信号分析中存在的问题进行改进, 最后将算法在TMS320VC 5402上面实现,设计一个便捷、实用、低成本、可靠有效的测量配电网各次谐波的多功能谐波检测装置。

第二篇：电力系统分析

《电力系统分析》课程考试大纲

教材：《电力系统分析》何仰赞、温增银 编 华中科技大学出版社

参考书：《电力系统分析理论》刘天琪、邱晓燕 编著 科学出版社

注：打“*”内容为重点

第一章 电力系统的基本概念

1-1 电力系统的组成

1-2 *电力系统的额定电压和额定频率

1-3 对电力系统运行的基本要求

1-4 电力系统的接线方式

第二章 电力网各元件的等值电路和参数计算

2-1 *架空输电线路的参数

2-2 架空输电线的等值电路

2-3 变压器的等值电路和参数

2-4 *标幺制

第三章 同步发电机的基本方程

3-1 基本前提

3-2 同步发电机的原始方程

3-3 *d、p、0坐标系的同步电机方程

3-4 同步电机的常用标幺制

3-5 基本方程的拉氏运算形式

3-6 *同步电机的对称稳态运行

第四章 电力网络的数学模型

4-1*节点导纳矩阵

第五章 电力系统三相短路的暂态过程

5-1 短路的一般概念

5-2 *恒定电势源电路的三相短路

5-3 *同步电机突然三相短路的物理分析

5-4 *无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算

5-5 *有阻尼绕组同步电机的突然三相短路

5-6 强行励磁对短路暂态过程的影响

*对于5-4、5-5章节要求掌握磁链平衡方程及其等值电路、（次）暂态电势、（次）暂态电抗概念及等值电路、相应相量图，自由分量衰减时间常数等。

第六章 电力系统三相短路电流的实用计算

6-1 短路电流计算的基本原理和方法

6-2 *起始次暂态电流和冲击电流的实用计算

6-3 短路电流计算曲线及其应用

6-4 短路电流周期分量的近似计算

第七章 电力系统各元件的序阻抗和等值电路

7-1 *对称分量法在不对称短路计算中的应用

7-2 同步发电机的负序和零序电抗

7-3 *变压器的零序等值电路及其参数

7-4 *架空输电线路的零序阻抗及其等值电路

7-6 综合负荷的序阻抗

7-7 *电力系统各序网络的制订

第八章 电力系统不对称故障的分析和计算

8-1 *简单不对称短路的分析

8-2 *电压和电流对称分量经变压器后的相位变换

8-3 非全相断线的分析计算

第九章 电力系统负荷

9-1 负荷的组成

9-2 负荷曲线

9-3 负荷特性与负荷模型

第十一章 电力系统的潮流计算

11-1 *开式网络的电压和功率分布计算

11-2 *简单闭式网络的功率分布计算

第十二章 电力系统的无功功率平衡和电压调整

12-1 *电力系统的无功率平衡

12-2 *电压调整的基本概念

12-1 *电压调整的措施

12-2 调压措施的应用

第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整

13-1 频率调整的必要性

13-2 *电力系统的频率特性

13-3 *电力系统的频率调整

13-4 有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配

第十四章 电力系统的经济运行

14-1 电力网中的能量损耗

14-2 *火电厂间有功功率负荷的经济分配

14-4 *无功功率负荷的经济分配

第十五章 电力系统运行稳定性的基本概念

15-1 概述

15-2 *功角的概念

15-3 *静态稳定的初步概念

15-4 *暂态稳定的初步概念

15-5 *负荷稳定的概念

15-6 *电压稳定性的概念

15-7 *发电机转子运动方程

第十六章 电力系统的电磁功率特性

16-1 *简单电力系统的功率特性

16-2 网络接线及参数对功率特性的影响

16-3 *自动励磁调节器对功率特性的影响（定性）

第十七章 电力系统暂态稳定性

17-1 暂态稳定分析计算的基本假设

17-2 *简单电力系统暂态稳定的分析计算

17-3 发电机转子运动方程的数值解法

第十八章电力系统静态稳定性

18-1 *运动稳定性的基本概念和小扰动法原则

18-2 *简单电力系统的静态稳定

18-3 *自动励磁调节器对静态稳定的影响（定性分析）

第十九章 提高电力系统稳定性的措施

19-1 *提高稳定性的一般原则

19-2 *改善电力系统基本原件的特性和参数

19-3 *采用附加装置提高电力系统的稳定性

19-4 *改善运行条件及其他措施

*注：19-2～19-4中能够定性分析相关方法提高稳定性的原因。