电力谐波检测系统硬件设计(2)
3.5 模数转换电路设计 12
3.6 通信模块电路的设计 14
3.7 外部存储器的扩展 16
3.8 本章小结 17
结 论 18
致 谢 19
参考文献 20
附 录 21
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义背景
近几年来,由于电力电子技术的迅速发展导致工业、农业和生产生活中开始使用大量的非线性电子器件包括开关电源、各类电机、民用家电等等，这使得电网中产生了大量谐波，造成电网电压和电流信号波形严重畸变，会影响到很多精密仪器的正常使用，降低电能质量，严重的甚至能造成重大的灾难或者经济损失[1]。因此,为了减少或者避免类似问题，谐波的检测和消除问题已经成为相关的电力部门关注的问题。为了提高电能质量，保障电力设备安全可靠的运行必须想方设法地了解谐波产生的原因，检测和去除电力系统中的谐波。
在现在的研究中，谐波问题已经可以分为以下三个方面[2-3]：
(1)谐波的来源、定义与危害；
(2)谐波的标准与测量；
(3)谐波的管理、消除与控制；
谐波会使电网电压和电流波形产生畸变，会破坏电力设备，降低电力系统运行可靠性，同时谐波会反馈到电网中，产生谐波污染，对电气设备产生严重的干扰，破坏设备。因此使得研究谐波以及谐波检测更有意义。
1.2 国内外研究现状
1.3 本文的工作
电网中由于各种电力设备设施较多，其中的电压电流信号比较复杂，正是由于它的复杂性使得我们无法考虑到方方面面，要考虑的因素太多无法精确分析因此需要我们在实际测量时必须要更加的准确精确度要高，误差要小。而电网中的高次谐波的准确次数和含量无法判断出，比较复杂，这就需要实际测量。而测量的方法手段需要我们去实现保证其正确性，准确性和可靠性，在上述基础上，本文包括了以下几个内容：
(l)电网信号的精确采集以及变换使得符合后面的信号范围内；
(2)重新改进串口通信实施数据监测传输；
(3)选择合适的DSP芯片进行信号处理并进行相关接口电路的设计；
(4)通信模块的设计与改进。
因为本文做的是电力谐波检测硬件设计，根据需求分析，本文所需要做的整体包含以下3个部分：数据采集、DSP信号处理和通信接口模块。根据查阅相关资料进行对比，最终选择采用采用TMS320F2812作为整个硬件系统的核心芯片处理信号，并且使用AD8364芯片作为模数转换芯片同时设计了其他的辅助电路完成整个电路的设计。
因为本论文采用的是2812作为主信号处理芯片而其内部的AD采样精度只有12位远远不能满足之前分析的对电能质量的精度要求，所以本文经过比较最终决定采用在2812外接AD8364作为模数转换芯片来提高精度。而它的精度可以高达16位，足以完成电压信号和电流信号的精度要求，减少测量检测误差，最后通过内部处理把数据通过串口传输出去,使得后续设备能够正常方便的使用这些数据。
本文所设计的电路设备共有2个接口，一个CAN接口一个是SCI串行接口，通过CAN接口与外部以方便与外部设备进行数据交换。因此，本文设计的谐波检测装置操作灵活方便，可以很好地将不同时段和地点的监测数据进行比较分析。
2 谐波分析与检测
2.1 谐波的定义与危害
将周期性电信号的非正弦分量进行傅里叶变换，将信号进行分解，得到无数个频率为基波整数倍的波形分量，这些分量统称为谐波[7]。在理想状况下电网中的信号一般为标准正弦波，然而因为电网中大量的非线性设备的存在使得波形发生畸变不再是正弦波，这些设备便是谐波产生的主要来源。