摘要：
电能作为一种最方便传输和转换的能源形式,目前从人们的生活到生产的各个环节都得到了广泛的应用。电能是国民经济发展的重大支柱,其应用程度已经成为衡量一个国家经济发达水平的标志。同时,随着人们生活水平的提高和现代化生产技术的发展,电力系统中的饱和型负载、各种以电力电子装置为基础的非线性负载日益增多。它们产生的公用电网谐波污染日益严重,导致电力生产事故频发、生活质量和生产安全受到严重威胁。因此,深入开展谐波检测方法的研究、实现电能质量的有效监测,对生活质量和生产安全有着重大理论和实际意义。结合我国关于公用电网谐波的指标要求,分析了国内外谐波检测方法的研究现状。针对已有谐波检测方法,按时域和变换域两种形式分类分析了它们的特点和优势。提出了电能谐波检测的一种基于汉宁窗的FFT算法,弥补了基于矩形窗的FFT常用算法存在的频谱泄露缺陷,有效减小了因频谱泄露而造成的检测误差。针对矩形窗、汉宁窗和汉明窗等传统FFT算法中倒序运算繁琐引起的数据处理量大、计算费时、程序效率低等问题,提出了一种基于变址运算的改进倒序算法,简化了FFT计算过程、进一步提升了FFT运算速度。针对基于工业控制计算机和数据采集卡、单片机、或DSP等传统的谐波检测设计方案存在的体积大、运算速度慢、外围接口少等缺陷,提出了一种基于DSP和ARM的电能谐波检测方案,有效弥补了传统电能谐波检测方案存在的不足。采用高速处理器DSP TMS320F28335和ARM STM32F407ZGT6构成电能谐波检测双硬件结构,运用新提出的基于变址运算的改进倒序FFT算法做软件支撑,搭建了电能谐波检测仪原型。该电能谐波检测仪原型中,采用12位的A/D转换器采集数据、经DSP处理后由SPI传输到ARM进行管理。实现对电能谐波的采集、分析、和结果显示。对电能谐波检测仪原型进行了实验验证。结果表明,该原型能快速、准确地检测出被测谐波的真实成分。因此,本文设计的谐波检测仪硬件结构可行、软件方法有效。
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