摘 要

随着经济的发展，电力系统中使用了越来越多的非线性元件，产生了大量的谐波,谐波的增加会造成巨大的损失，将会使电能质量下降，会使电能损耗增加，使电器更易损坏，给电网和电能用户造成大量的损失。随着人们对电能依赖的增加，谐波问题越来越被重视，是电网治理中重要的一个方面。谐波的治理首先要监测谐波，能实时监测电网中各次谐波的含量，有利于谐波的治理，因此谐波监测十分重要。

本文首先说明什么是谐波，国内外谐波研究现状，谐波的危害以及谐波监测仪的市场情况。接着在整体方案论证的基础上,给出了STM32 ADE7878的系统总体方案；之后进行了系统的硬件设计，具体设计了系统电源模块、电能计量模块、主控模块、通信模块、显示和按键模块；进行了基于STM32的谐波在线监测仪软件设计，给出了谐波分析算法和主要模块的流程图；最后进行了总结和展望，在谐波分析算法等方面提出了改进意见。

关键词：谐波监测；STM32；ADE7878

Abstract

With the development of economy, power system used more and more nonlinear elements, resulting in a large number of harmonics, harmonic increase will result in huge losses, will make electric quality decline, will make the electric energy loss increased electrical appliances to make more easily damaged, to power grid and electricity users can cause large losses. With the increase of people's dependence on electric power, harmonic problems become more and more attention, and it is an important aspect of power network management. Harmonic control, first of all, to monitor the harmonic, real-time monitoring of the power grid in the harmonic content, it is conducive to the harmonic control, so the harmonic monitoring is very important.

In this paper, first, what is the harmonic, domestic and international harmonic research status, the harm of harmonic and the market situation of harmonic monitor. Then is given based on the overall scheme demonstration in STM32 ADE7878 system scheme of; secondly, the hardware design of the system, specific design includes power supply module of system, the electrical measurement module, main control module, communication module, display module and the keyboard; were based on STM32 harmonic on-line monitor software design, gives the algorithm for harmonic analysis and the main module flow chart; finally, a summary and outlook, in harmonic analysis algorithm and put forward suggestions for improvement.

Key words: harmonic monitoring； STM32,；ADE7878

目录

第1章 绪论 1

1.1 谐波的基本概念及危害 1

1.2 国内外谐波研究现状 1

1.2.1 国外谐波研究现状 1

1.2.2 国内谐波研究现状 2

1.3 课题研究内容及意义 2

第2章 系统方案分析 4

2.1 系统结构的选择 4

2.2 核心器件的选择 5

2.2.1 MCU的选择 5

2.2.2 ASIC的选择 6

2.3 系统总体方案 7

2.4 本章小结 8

第3章 监测仪的硬件设计 9

3.1 系统电源设计 9

3.2 电能计量芯片电路设计 10

3.3 STM32F103RBT6外围电路设计 13

3.4 通信电路设计 14

3.5 显示和按键电路设计 15

3.6 本章小结 16

第4章 软件设计 17

4.1 谐波分析算法-FFT 17

4.1.1 傅里叶级数 17

4.1.2 离散傅里叶变换 18

4.1.3 FFT 19

4.2 程序软件设计 19

4.2.1 主程序设计 19

4.2.2 采样子程序设计 20

4.2.3 通讯接收中断子程序 21

4.2.4 周期数据处理子程序 22

4.3 本章小结 22

第5章 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 展望 23

致谢 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1 谐波的基本概念及危害

谐波是指电流中所含有的频率是基波的整倍数的电量。通常是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其中大于基波频率的电流产生的电量就是谐波。

我们使用的交流电理想中应该是标准正弦信号的电量，现实中供用电电器使用的电量是不标准的，含有很多高于工频的信号，即电量含有很多的谐波。从分析来看，非线性负载的大量使用了导致谐波大量产生。具体原因是当非线性负载上流经电流时，非线性负载上的电压和电流不成线性关系，即电流为非正弦，产生了谐波。很多元件具有非线性的特性，比如半导体晶闸管的开关操作、二极管和半导体晶闸管的非线性特性等。这些电气元件大量出现在电力线路里，造成了大量谐波的产生，研究得到谐波电流的产生还与功率转换器的脉冲数相关。

如今电网中电能质量下降有很大的比重是由于电网中的谐波含量的增加，电网里谐波增加会带来很多的危害。具体来讲就是谐波可以造成传输电路上的损耗增加，损害线路。由于本身谐波的特性，特别容易造成电力系统谐振的发生，一旦出现谐振，将造成很大的危害。而且信号中谐波含量较高，会造成自动装置判断出现偏差甚至是错误。谐波将对电感性负载造成很大的威胁，据实践知道电容性器件的损坏很大程度上与谐波含量的增加有关。

1.2 国内外谐波研究现状