本發(fā)明涉及基于DSP的諧波檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著電力系統(tǒng)非線性負(fù)荷的不斷增加，電網(wǎng)中暫態(tài)諧波含量大大增加。諧波可引起系統(tǒng)的電感、電容發(fā)生諧振，使諧波放大。當(dāng)諧波引起系統(tǒng)諧振時(shí)，諧波電壓升高，諧波電流增大，引起繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)，損壞系統(tǒng)設(shè)備(如電力電容器、電纜、電動(dòng)機(jī)等)，引發(fā)系統(tǒng)事故，威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。這些暫態(tài)諧波已經(jīng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的影響。一般來(lái)說(shuō)暫態(tài)諧波的能量都是有限的、非穩(wěn)定的，分析和識(shí)別這類諧波信號(hào)時(shí)，需要了解該信號(hào)在時(shí)域和頻域的局部信息，或了解該信號(hào)的時(shí)—頻平面結(jié)構(gòu)?；诟道锶~變換的諧波分析方法建立在信號(hào)平穩(wěn)的假設(shè)基礎(chǔ)之上，不適合分析暫態(tài)諧波。小波變換具有良好的時(shí)頻局部化特性，理論上可以用來(lái)分析暫態(tài)諧波。電力系統(tǒng)諧波對(duì)人們的日常生活帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，引起了人們的廣泛關(guān)注。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于DSP的諧波檢測(cè)裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：基于DSP的諧波檢測(cè)裝置硬件主要由傳感器和調(diào)理電路、偏置電路、鎖相倍頻電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成，算法采用小波變換與傅里葉變換相結(jié)合的暫態(tài)諧波分析方法。

所述傳感器和調(diào)理電路，該電路的功能是通過(guò)電壓互感器和電流互感器，將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，并將雙極性的交流信號(hào)通過(guò)偏置電路轉(zhuǎn)換為適合A/D采樣的單極性信號(hào)。

所述偏置電路，其主要器件是運(yùn)算放大器，其功能是將互感器電路輸出的10V左右的雙極性交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合AD采樣的0～3V的單極性信號(hào)。

所述鎖相倍頻電路，方波信號(hào)送入鎖相環(huán)電路，觸發(fā)A/D進(jìn)行同步采樣，達(dá)到采樣點(diǎn)數(shù)整周期的均勻細(xì)分，實(shí)現(xiàn)快速跟蹤電網(wǎng)電壓頻率變換的目的。實(shí)現(xiàn)整周期采樣的關(guān)鍵是如何把一個(gè)完整的周期信號(hào)分成N等份進(jìn)行采樣(N為一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù))，即實(shí)現(xiàn)倍頻。

所述A/D轉(zhuǎn)換電路，諧波檢測(cè)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的精度非常高，為保證模數(shù)轉(zhuǎn)換精度，減小測(cè)量誤差，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADI公司的AD7656，它是6通道16bit逐次逼近（SAR）型高速ADC，每通道可達(dá)250KSPS的采樣率，適合多路同步采集系統(tǒng)的要求。

所述小波變換與傅里葉變換相結(jié)合的暫態(tài)諧波分析方法，結(jié)合小波變換良好的時(shí)頻局部化特性和傅里葉變換良好的頻域分析特性，提出小波變換與傅里葉變換相結(jié)合的暫態(tài)諧波分析方法。利用傅里葉變換和靜態(tài)小波變換得到被測(cè)信號(hào)的頻域特性和時(shí)域特性，再結(jié)合連續(xù)小波變換得到暫態(tài)諧波的時(shí)頻特性。

本發(fā)明的有益效果是，裝置在分析時(shí)采用鎖相倍頻電路和TMS320LF2407 中的事件管理器觸發(fā) A /D 轉(zhuǎn)換。通過(guò)FFT 檢測(cè)電網(wǎng)中的穩(wěn)態(tài)諧波成分，利用小波變換分析暫態(tài)諧波，并通過(guò) LCD 顯示檢測(cè)結(jié)果。系統(tǒng)能對(duì)穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)諧波均進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是電壓互感器圖。

圖3是電流互感器圖。

圖4是偏置電路圖。

圖5是鎖相倍頻電路圖。

圖6是數(shù)模接口電路圖。

具體實(shí)施方式

在圖1中，包括傳感器電路、信號(hào)調(diào)理電路、鎖相倍頻電路、AD轉(zhuǎn)換電路、鍵盤和

液晶顯示電路。

在圖2中，電壓互感器型號(hào)為SPT225A，額定輸入電流2mA。R6為限流電阻，無(wú)論輸入電壓多大，只要調(diào)整R6的值，使輸入電流小于2mA，就能滿足使用條件。由于互感器輸出的是電流信號(hào)，因此采用副邊電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。運(yùn)算放大器采用OP07，兩個(gè)反接的二極管起保護(hù)放大器的作用。調(diào)整圖中反饋電阻R22的值即可得到所需的輸出電壓，電容C5、電阻R14用來(lái)補(bǔ)償相移，電容C6的作用是去耦和濾波。

在圖3中，電流互感器的型號(hào)為SCT205A，額定輸入電流為5A，副邊電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算與電壓互感器電路相同。

在圖4中，LM336-510為5V電壓基準(zhǔn)，設(shè)加載在電阻R7上的信號(hào)為Vi，OP-07輸出引腳6上輸出的信號(hào)為Vo，則整個(gè)電路的運(yùn)算關(guān)系，電壓的范圍為0～10V，則電壓的范圍是0.22～2.42V，滿足A/D輸入范圍0～3V。

在圖5中，F(xiàn)FT變換在信號(hào)的一個(gè)基波周期內(nèi)采樣64個(gè)點(diǎn)，所以方波信號(hào)再送入由鎖相環(huán)芯片CD4046和計(jì)數(shù)器CD4040所構(gòu)成的鎖相環(huán)電路，將PLL信號(hào)作為CD4040的時(shí)鐘信號(hào)，CD4040的輸出連接到CD4046比較信號(hào)輸入端BIN以生成64倍基頻的采樣脈沖，觸發(fā)A/D進(jìn)行同步采樣，達(dá)到采樣點(diǎn)數(shù)整周期的均勻細(xì)分，實(shí)現(xiàn)快速跟蹤電網(wǎng)電壓頻率變換的目的。

在圖5中，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用ADI公司的AD7656，它是6通道16bit逐次逼近（SAR）型高速ADC，每通道可達(dá)250KSPS的采樣率，適合多路同步采集系統(tǒng)的要求。AD7656的6路模擬輸入分為3組，由CONVST信號(hào)控制；BUSY信號(hào)用來(lái)指示采樣的轉(zhuǎn)換情況，待BUSY信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，表示A/D采樣成功。在設(shè)計(jì)中，將A/D的三個(gè)CONVST管腳連接在一起，由鎖相倍頻電路的PLL信號(hào)啟動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)6通道的同步采樣與轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，BUSY信號(hào)變成低電平，由此觸發(fā)DSP的INT2進(jìn)入外部中斷，再由DSP得16位數(shù)據(jù)總線依次高速讀取出6通道的A/D轉(zhuǎn)換值。