摘 要

随着现代电力工业的迅猛发展，大量的的电力电子设备和非线性负载被广泛使用，对电力系统造成了严重的谐波污染。谐波污染严重影响了电能质量，也威胁着电网中各种电气设备的安全和经济运行，因此，谐波污染的治理势在必行。而对谐波的准确测量则是治理与改善电力系统谐波污染的基础。所以，谐波监测对电力系统的安全、可靠、经济运行有着重大意义。

本文首先详细阐述了谐波问题的产生、具体危害以及国内外的研究现状；然后介绍了谐波相关的基本理论知识及检测指标；研究了几种常见的谐波检测算法，并完成了基于DSP的电力谐波检测装置的整体设计。

本文介绍了几种常见的谐波检测方法，如模拟滤波器、小波变换、快速傅立叶变换等，并研究了它们的检测原理和特点，选取了快速傅立叶变换作为本设计的检测方法，并对该算法进行了实验仿真。

本文介绍了DSP芯片的特点及其集成开发环境CCS（Code Composer Studio），选取了TI公司的DSP320F28335作为检测系统的处理芯片，并完成了相应的硬件和软件设计。

关键词：谐波检测；快速傅立叶变换；DSP

Abstract

With the rapid development of modern electric power industry, a large number of power electronic devices and nonlinear loads are widely used, causing serious harmonic pollution in power system. Power quality is badly influenced by the harmonic pollution, which also does harm to safe and economic operation of all electrical equipment. Therefore, the harmonic pollution control is imperative. The accurate detection of the harmonics is the basis of controlling and improving the power system harmonic pollution. So, the harmonic detection has great significance to ensure safe, reliable and economic operation of the power system.

Firstly this thesis expounds the causes of harmonic problem and its specific hazards and research status at home and abroad. Then it introduces the basic theory and detection index which are related to harmonics. Next, this thesis studies several common harmonic detection methods, and completes the overall design of power harmonic detection device based on DSP.

This thesis introduces several common methods of harmonic detection, such as analog filter, wavelet transform, fast Fourier transform and so on, and studies their detection principle and characteristics. Then selects the fast Fourier transform as the detection method of this design, and has carried on the simulation to the method.

This thesis introduces the features and the integrated development environment CCS (Code Composer Studio) of DSP chip, selects the DSP320F28335 of TI company as the processing chip of this detection system, and the corresponding hardware and software design are completed.

Key Words: harmonic detection；fast Fourier transform；DSP

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的与意义 1

1.2 国内外的研究发展概况 2

1.3 本文研究的基本内容及目标 2

第2章 谐波的理论分析 4

2.1 谐波的基本概念 4

2.2 谐波的分析 4

2.2.1 谐波的产生 4

2.2.2 谐波的国家标准 4

2.2.3 谐波的检测指标及计算方法 5

2.3 本章小结 6

第3章 谐波的检测方法 7

3.1 基于模拟带通或带阻滤波器的谐波检测 7

3.2 基于瞬时无功功率理论的谐波检测 7

3.2.1 算法 7

3.2.2 算法 10

3.3 基于小波变换（WT）的谐波检测 12

3.4 基于快速傅立叶变换的谐波检测 15

3.4.1 电力系统电压（电流）傅立叶分析 15

3.4.2 快速傅立叶变换 16

3.5 本章小结 20

第4章 系统硬件实现 21

4.1 系统硬件整体设计 21

4.2 信号采集模块设计 21

4.2.1 电压电流互感器 21

4.2.2 滤波电路设计 23

4.3 A/D转换模块设计 24

4.4 数据处理模块设计 24

4.4.1 DSP芯片简介 24

4.4.2 DSP芯片选择 25

4.4.3 外部存储扩展 25

4.5 本章小结 26

第5章 系统的软件实现 27

5.1 系统的软件开发工具简介 27

5.2 系统软件总体概述 27

5.3 数据采集模块程序流程 28

5.4 数据处理模块程序流程 29

5.5 仿真分析 31

5.6 本章小结 36

第6章 总结与展望 37

参考文献 38

附录A 基于MATLAB的FFT算法源程序 40