基于Hilbert變換和FFT改進(jìn)算法的諧波電能計(jì)量技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力電子器件和沖擊性非線性設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中諧波問(wèn)題也日漸嚴(yán)重。大量諧波的涌入，造成電網(wǎng)電壓波形畸變，使電能質(zhì)量下降，給發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重危害。對(duì)諧波進(jìn)行檢測(cè)和治理，是電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提，準(zhǔn)確的電能計(jì)量是保障電力部門(mén)合理收費(fèi)的依據(jù)。
　　本文開(kāi)篇概述諧波的基本概念及其主要來(lái)源，介紹諧波對(duì)電力系統(tǒng)和用戶(hù)產(chǎn)生的危害，以及對(duì)電力部門(mén)電能計(jì)量的影響，并分析當(dāng)前諧波分析方法和電能計(jì)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　針

2、對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)導(dǎo)致的非同步采樣、信號(hào)截?cái)嘁鸬念l譜泄露以及電力參數(shù)計(jì)算復(fù)雜等問(wèn)題，本文建立一種基于4項(xiàng)1階萊夫-文森特(Rife-Vincent，RV)窗三譜線插值FFT諧波分析改進(jìn)算法。通過(guò)分析窗函數(shù)的指標(biāo)，選擇旁瓣性能較好的4項(xiàng)RV(Ⅰ)窗對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)嗵幚?，減少非同步采樣和信號(hào)截?cái)喈a(chǎn)生的頻譜泄露誤差;采用三譜線插值算法對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正以減少柵欄效應(yīng)產(chǎn)生的誤差;利用余弦組合窗函數(shù)主瓣內(nèi)兩相鄰譜線間的相位特性減少開(kāi)方運(yùn)算，降低運(yùn)算的

3、復(fù)雜度。仿真結(jié)果表明，該方法能有效克服頻率波動(dòng)和白噪聲的影響，對(duì)諧波幅值、相位等參數(shù)的測(cè)量以及諧波有功電能計(jì)量具有較高的計(jì)算精度。針對(duì)功率三角法等計(jì)量無(wú)功不準(zhǔn)的問(wèn)題，研究一種基于Hilbert變換的無(wú)功功率計(jì)量算法，通過(guò)設(shè)計(jì)一種線性相位FIR型Hilbert數(shù)字濾波器，將各次諧波進(jìn)行90°移相，進(jìn)而采用有功功率的計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)無(wú)功的準(zhǔn)確計(jì)量。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的FIR型Hilbert濾波器能保持幅值不變的前提下將各次諧波準(zhǔn)確移相90°

4、，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的準(zhǔn)確計(jì)算。
　　在本文研究的基于4項(xiàng)RV(Ⅰ)窗三譜線插值FFT諧波分析改進(jìn)算法和FIR型Hilbert變換無(wú)功計(jì)量算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一款基于ADC+DSP構(gòu)架的諧波電能計(jì)量裝置。按照模塊化設(shè)計(jì)流程完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹信號(hào)調(diào)理電路、以ADS8556為核心的數(shù)據(jù)采集模塊和以TMS320C6745為核心的數(shù)據(jù)處理模塊等的電路設(shè)計(jì)，給出該系統(tǒng)主程序模塊、系統(tǒng)初始化模塊等的軟件設(shè)計(jì)流程。最后，對(duì)系統(tǒng)測(cè)