一种新型三相电力谐波分析仪的设计.pdf
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1、总第 4 7 卷一第5 3 2 期 2 0 1 0年第 0 4期 电测与仪表 El e c t c a l M e a s ur e me n t I ns t r u m e n t a t i o n Vo J 4 7 No 5 3 2 Apr 2 0l O 一 种新型三相 电力谐波分析仪的设计 曹锐 ( 太原市优特奥科 电子科技有限公司, 太原 0 3 0 0 0 6) 摘要: 运用离散傅里叶变换, 实现电网电压和电流的谐波分析, 并详细介绍了一种新型电力谐波分析仪的设计, 分析了其测量原理和软硬件设计。最后, 使用标准源对测试仪器进行了比对校验, 给出了相应的测试结果。 关键词: 电力
2、谐波; 分析仪; 傅里叶变换 中图分类号: T M 9 3 3 文献标识码: B 文章编号: 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - 0 0 6 7 = 0 3 De s i g n o f a Ne w Thr e e Ph a s e Po we r Li n e Ha r mo n i c s Ana l y z e r CAO Ru i ( T a i y u a n A c c u pow e r E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g i e s , T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 , C h
3、i n a ) Ab s t r a c t :Vo l t a g e a n d c u r r e n t h a r mo n i c a n a l y s i s b a s e d O ff t h e d i s c r e t e F o u r i e r t r a n s f o r m i s p r e s e n t e d A n e w t y p e o f t h r e e p h a s e p o w e r l i n e h a r mo n i c s a n aly z e r i s i n t r o d u c e d i n d e
4、t a i l i n t h i s p a p e r T h e me a s u r e me n t p rin c i p l e s and h a r d w a r e a n d s o f t w are d e s i g n o f the an aly z e r are d i s c u s s e d T e s t d a t a are p r o v i d e d b y c o mp a r i n g the o u t p u t o f a s t a n d a r d ha r mo ni c po we r s o u r c e an
5、d th e me a s u r e me n t r e s u l o f t h e ne w an aly z e r Ke y wo r d s : p o w e r l i n e h a r mo n i c s , a n aly z e r , F o u ri e r t r an s f o r m O 引 言 随着电力电子技术的高速发展, 近年来许多大型 电力用户部门使用大功率的非线性负荷日益增多, 使 大量谐波电流注人电网, 引起电力系统电压和电流产 生严重畸变, 导致电能质量下降, 这对供电系统和用 户均会产生不 良影响和危害。 电力系统谐波可产生附 加损耗,
6、增加设备温升, 恶化绝缘条件, 缩短设备寿 命, 使无功补偿电容器组产生谐波谐振 , 造成危险的 过电流或过 电压 , 使保护装置发生误动作和产生计量 误差等。 因此, 为了有效地进行谐波监测管理, 我们设 计了一种新型的电力谐波分析仪。 1 测量原理 电网电压和电流的畸变波形可用一系列不 同频 率的正弦波来表示。 其中, 与电源频率一致的为基波分 量, 其他为谐波分量【q 。 测量谐波分量的方法有多种, 傅 里叶分析方法作为经典的信号分析方法,具有正交和 完备等许多优点, 而且又有快速傅里叶变换( F ) 算 法, 因此本仪器采用傅里叶变换作为谐波分析方法。 电网电压和电网电流都是时间的周期
7、性函数, 且 有相同的构造形式, 本文以电流为例进行分析, 同样 可以得到电压 的分析结果 。通常 , 电网电流可用傅里 叶级数表示为【 l 】 : ) + 2 Z Ik s in 岬 ( 1 ) 对此周期性连续时间函数进行等周期采样, 采样 序列记 为( ( n =0 , 1 , 2 , , J7、 r l- 1 ) , 则 相应 的离散 傅里叶变换为: , 啦 : 1 Zi e ( 2 ) 设第k 次谐波电流的实部和虚部分别为R e q k ) 和 I m ( 】 ) , 则第k 次谐波的电流幅值和初相位分别为: 厶 : 而 I m( I k ) 眦 g 丽J ( 3 ) ( 4 ) 求
8、出厶、 * 后, 则 口 J 得 出第 后 次谐 硬 电流畸变 翠为 : Hm, = - 0 0 总电流的畸变率为: 一 舢 一 67 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 4 7卷第 5 3 2期 2 0 1 0年第 0 4期 电测与仪表 Ei e c t r i c a i M e a s u r e me n t& I n s t r u m e n t at i o n Vo 1 4 7 No 5 3 2 Ap r 2 01 0 第k 次谐波功率因数角和有功功率分别为: = 一 ( 7 ) = V Ac o ( 8 ) 2 硬件设计 新型三相电力谐波分析
9、仪硬件原理图如图1 所 示。被测的三相交流电压 、 、 和三相交流电流厶 、 厶 、 , c 依次接入三路电压互感器和三路电流互感器进 行信号调理, 然后通过各自的抗混叠滤波器口 4 1后进入 模一 数转换器A D 9 7 7 A的输入端 ,转换结果 由A D 9 7 7 A 送人T MS 3 2 0 C 6 7 2 2 D S P 系统 中进行计算处理 , 完成 电 参量的测量和电力谐波分析 。而后 , D S P 系统将所测 得的测量结果送人本地显示器进行显示 , 并可通过以 太网络或R S 4 8 5 等方式进行远程传送。 一 篡 煮 童 1 滤 波 器 广 1 , 建 滤 波 器 r
10、一 幅 T M $ 3 2 0 1 滤波器r 1 萎 C 6 72 2 滤 波 器 广 1 := : 系 统 +HJ 囊 H 滤 波 器 广 蠢 H 滤 波 器 : : 一搏 鎏 L 蓓 滤 波 器 广 频 电 路F 图l新型三相 电力谐波分析仪硬件原理图 F i g 1 Ha r d wa r e d i a g r a m o f t h e n e w t h r e e p h a s e p o we r l i n e h a r mo n i c s a n a l y z e r 传统的电力谐波分析仪多采用定点D s P 作为处 理内核。定点D s P 处理数据时需要时刻关注计
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