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

1、隨著電力電子器件和沖擊性非線性設(shè)備的廣泛應用，電力系統(tǒng)中諧波問題也日漸嚴重。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)備帶來嚴重危害。對諧波進行檢測和治理，是電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟運行的前提，準確的電能計量是保障電力部門合理收費的依據(jù)。
　　本文開篇概述諧波的基本概念及其主要來源，介紹諧波對電力系統(tǒng)和用戶產(chǎn)生的危害，以及對電力部門電能計量的影響，并分析當前諧波分析方法和電能計量方法的優(yōu)缺點。
　　針

2、對電網(wǎng)頻率波動導致的非同步采樣、信號截斷引起的頻譜泄露以及電力參數(shù)計算復雜等問題，本文建立一種基于4項1階萊夫-文森特(Rife-Vincent，RV)窗三譜線插值FFT諧波分析改進算法。通過分析窗函數(shù)的指標，選擇旁瓣性能較好的4項RV(Ⅰ)窗對信號進行截斷處理，減少非同步采樣和信號截斷產(chǎn)生的頻譜泄露誤差;采用三譜線插值算法對計算結(jié)果進行修正以減少柵欄效應產(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方運算，降低運算的

3、復雜度。仿真結(jié)果表明，該方法能有效克服頻率波動和白噪聲的影響，對諧波幅值、相位等參數(shù)的測量以及諧波有功電能計量具有較高的計算精度。針對功率三角法等計量無功不準的問題，研究一種基于Hilbert變換的無功功率計量算法，通過設(shè)計一種線性相位FIR型Hilbert數(shù)字濾波器，將各次諧波進行90°移相，進而采用有功功率的計算方式實現(xiàn)無功的準確計量。經(jīng)過仿真驗證，本文設(shè)計的FIR型Hilbert濾波器能保持幅值不變的前提下將各次諧波準確移相90°

4、，從而實現(xiàn)無功功率的準確計算。
　　在本文研究的基于4項RV(Ⅰ)窗三譜線插值FFT諧波分析改進算法和FIR型Hilbert變換無功計量算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計一款基于ADC+DSP構(gòu)架的諧波電能計量裝置。按照模塊化設(shè)計流程完成系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并詳細介紹信號調(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，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)計流程。最后，對系統(tǒng)測