當(dāng)今電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量問題越來越突出，一方面,，大量敏感性負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高,，而另一方面，越來越多的非線性負(fù)荷不斷接入電網(wǎng),，使電力系統(tǒng)總體的電能質(zhì)量狀況不斷惡化,。

　　諧波是電能質(zhì)量中很重要的一個(gè)方面，諧波的存在對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的危害有以下幾個(gè)方面：

　　1)可能使電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng),；

　　2)使各種電氣設(shè)備產(chǎn)生附加損耗和發(fā)熱,，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)及噪聲；

　　3)諧波電流在電網(wǎng)中流動(dòng)增加損耗,，影響電網(wǎng)及各種電氣設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,；

　　4)諧波電流通過電磁感應(yīng)、電容耦合以及電氣傳導(dǎo)等作用,，對(duì)周圍的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,；

　　5)諧波使電網(wǎng)中廣泛使用的各種測量儀表產(chǎn)生誤差；

　　6)增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧波諧振的可能,，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險(xiǎn)性,。

　　隨著諧波污染的日益嚴(yán)重和對(duì)電能質(zhì)量要求的提高,，對(duì)諧波抑制的要求也越來越高，如何根據(jù)現(xiàn)場的諧波污染狀況進(jìn)行濾波器的投切也變得更加重要,。針對(duì)這種情況,，研制了一種title="諧波控制器">諧波控制器，它可以對(duì)現(xiàn)場的諧波和無功等進(jìn)行監(jiān)測,，根據(jù)現(xiàn)場諧波狀況對(duì)濾波器進(jìn)行自動(dòng)投切,，達(dá)到抑制諧波、改善電能質(zhì)量的目的,。下面介紹基于DSP芯片TMS32LF2407的諧波控制器的硬,、軟件設(shè)計(jì)。 

　　1 諧波控制器的硬件設(shè)計(jì)

　　諧波控制器的基本原理是實(shí)時(shí)對(duì)電流,、電壓進(jìn)行采樣,，將采到的數(shù)據(jù)經(jīng)過D5P進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，得到現(xiàn)場諧波的狀況,，從而決策是否對(duì)濾波器進(jìn)行投切,。

　　美國TI公司生產(chǎn)的TMS32LF2407型DSP芯片是一款高性能16位定點(diǎn)DSP，該系列DSP控制器將實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一 身,，特別適合于工業(yè)控制應(yīng)用,。其芯片供電電壓為3.3V，降低了控制器的功耗,。高達(dá)40M 1PS的執(zhí)行速度(工作最高頻率為40MEz),，片內(nèi)有32K字的Flash程序存貯器，544字的DARAM和2K字的SARAM,，可以外擴(kuò)存貯器總共有：194K字空間,，片內(nèi)集成了看門狗(WDT)；提供多達(dá)16路模擬輸入的10位A／D,，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ns,；高達(dá)40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳。具有低成本,、低功耗,、高速運(yùn)算能力和高性能處理能力的優(yōu)點(diǎn)。因此,，該DSP芯片可以滿足作為此系統(tǒng)主控芯片的要求,。

　　所研制的諧波控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

 

 

　　通過圖1可知,，此硬件電路主要包括采樣電路,、中央處理單元、復(fù)位電路、鍵盤和液晶顯示功能,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分,。下面就硬件電路設(shè)汁中要特別注意的地方進(jìn)行闡述：

　　1.1 采樣電路

　　由于TMS32LF2407芯片的AD采樣最大只能送入3.3V的電壓信號(hào)，因此,，在將電流,、電壓信號(hào)送到AD口之前要經(jīng)過電流互感器和電壓互感器進(jìn)行調(diào)理，為了使引入的信號(hào)免受外界的干擾,，互感器類型的選擇和調(diào)理電路的抗千擾要特別地注意,。此外，采樣電路還應(yīng)該要注意的一點(diǎn)是：由于TMS32LF2407的AD口很脆弱,，也就是說AD口不能送入峰值超過3.3V的電壓信號(hào),，否則AD口將被燒壞，因此,，最好添加一個(gè)限幅電路。具體的調(diào)理電路如圖2所示,。

 

　　1.2 過零檢測電路

　　為了使主芯片能夠?qū)崿F(xiàn)同步采樣,，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理的真實(shí)性，因此,，在電路中應(yīng)該加入過零檢測電路,。過零檢測電路也就是方波發(fā)生電路，它對(duì)諧波分析同步采樣起著很重要的作用,。它將電壓信號(hào)變?yōu)橥l率的方波信號(hào),，DSP通過捕獲方波的上升沿來跟蹤電網(wǎng)頻率，為保證同步采樣提供了條件,。具體的檢測電路如圖3所示,。

　　1.3 執(zhí)行單元

 

　　在執(zhí)行單元中，繼電器的供電電源是12V,，而DSP的供電電源和IO口輸出的高電平為3.3V,，為防止高于3.3V的電壓引入DSP，導(dǎo)致DSP的損壞,，繼電器控制信號(hào)的輸出采用了光耦器件817進(jìn)行隔離,，繼電器開關(guān)側(cè)使用了阻容吸收電路來減小在開關(guān)開合時(shí)的沖擊。具體電路如圖4所示,。

　　2 諧波控制器的軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)的核心就是對(duì)信號(hào)中的諧波分量進(jìn)行分析,，DSP在兩個(gè)信號(hào)周期采樣128個(gè)點(diǎn)，基于這些采樣點(diǎn)進(jìn)行快速付里葉變換(FFT)運(yùn)算,，從而分析得到信號(hào)中諧波的含量,。諧波分量的分析精度取決于FFT的精度和同步采樣。當(dāng)采樣頻率是信號(hào)頻率的整數(shù)倍時(shí),，即實(shí)現(xiàn)同步采樣,，采用矩形截?cái)?，并用FFT算法進(jìn)行頻譜分析，不會(huì)產(chǎn)生任何泄漏現(xiàn)象,，可以精確重現(xiàn)信號(hào)頻譜,。如果能自動(dòng)達(dá)到同步采樣，對(duì)算法本身的要求就不需要太高,，因?yàn)?，同步采樣后采用矩形窗進(jìn)行FFT，矩形窗就意味著采樣的數(shù)據(jù)可以直接作為FFT子函數(shù)的輸入,。過零檢測電路就是為了實(shí)現(xiàn)同步采樣,，DSP捕獲方波電路產(chǎn)生的方波上升沿，可以求出方波頻率即信號(hào)頻率,。根據(jù)此頻率可確定采樣時(shí)間和兩點(diǎn)間的采樣間隔時(shí)間(兩次AD轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間),，通過這個(gè)方法就叮以實(shí)現(xiàn)同步采樣，獲得精確的頻譜,。每次FFT運(yùn)算前都會(huì)重新根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)情況改變采樣策略,，在幾個(gè)周期內(nèi)對(duì)電網(wǎng)頻率的變化迅速作出反應(yīng)，這樣提高測量的可靠性和實(shí)吋性,。