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CN203376400U - 一种谐波时频特性参数分析仪 - Google Patents

一种谐波时频特性参数分析仪 Download PDF

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CN203376400U
CN203376400U CN201320268261.2U CN201320268261U CN203376400U CN 203376400 U CN203376400 U CN 203376400U CN 201320268261 U CN201320268261 U CN 201320268261U CN 203376400 U CN203376400 U CN 203376400U
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CN
China
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harmonic
signal processor
digital signal
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characteristic parameter
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CN201320268261.2U
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滕召胜
姚文轩
唐求
温和
高云鹏
杨宇祥
谭霞
王康
张海焕
左培丽
何康宏
成达
李峰
吴禹
孟卓
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Hunan University
Original Assignee
Hunan University
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Abstract

一种谐波时频特性参数分析仪，包括电源模块，所述电源模块分别与模数转换器和数字信号处理器电连接，所述模数转换器分别连有电压测量信号变换电路和电流测量信号变换电路及数字信号处理器，所述数字信号处理器分别与复位模块、调试JTAG接口、同步动态随机存储器、FLASH和有源振晶电连接。本实用新型结构简单，制造成本低，布局合理，能实现基于快速S变换的谐波时频特性参数估计方法，获取谐波的时域信息，对谐波可进行准确定位，可反映谐波幅值变化过程。

Description

一种谐波时频特性参数分析仪
技术领域
本实用新型涉及一种电力系统分析仪，尤其是涉及一种谐波时频特性参数分析仪。
背景技术
谐波是电能质量问题的主要根源，其时频特征参数的准确分析是研究电网谐波问题的重要内容，是谐波潮流计算、谐波电能计量、绝缘设备监测、谐波补偿与抑制的最关键依据，对确保电 网安全、经济运行具有重要意义。
现有的谐波分析仪主要以基于FFT插值为测量算法，仅能获得平稳谐波信号的幅值、相角等频域信息，无法获取谐波的时域信息，包括谐波发生的起止、突变时刻、瞬时频率、瞬时频率，无法对谐波进行准确定位，对于非平稳谐波信号，获得谐波幅值为一段时间内的平均值，无法反映谐波幅值变化过程。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能获取谐波的时域信息，对谐波可进行准确定位，反映谐波幅值变化过程的谐波时频特性参数分析仪。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种谐波时频特性参数分析仪，包括电源模块，所述电源模块分别与模数转换器（ADC）和数字信号处理器(DSP)电连接，所述模数转换器（ADC）分别连有电压测量信号变换电路和电流测量信号变换电路及数字信号处理器(DSP)，所述数字信号处理器(DSP)分别与复位模块、调试JTAG接口、同步动态随机存储器（SDRAM）、FLASH和有源振晶电连接。
所述模数转换器（ADC）采用TI公司生产的ADS8364。
所述数字信号处理器(DSP)采用TI公司生产的TMS320VC6745，主要参数选择如下：
（1）采样速率：8kHz
（2）电网基波频率：在50Hz左右波动；
（3）FFT运算数据长度：N=2048。
所述信号数据长度N是进行一次快速S变换的数据长度，根据谐波检测精度和计算机或嵌入式系统设备的运行速度综合考虑确定,采样长度N由以下公式确定:
由谐波次数h确定谐波分析采样频率fs，
fs≤2×h×50;
由采样频率和频谱分辨率B确定采样长度N，其具体公式为
N=2y≥fs/B（式中y为正整数,5<y<20）；
保证DSP计算时间小于一个工频电压周期，DSP计算时间为
t=qN×cycleFFT/fcore；
（式中q为特征频率点数，cycleFFT为DSP进行一次FFT的时钟周期，fcore为DSP内核主频）。
本实用新型结构简单，制造成本低，布局合理，能实现基于快速S变换的谐波时频特性参数估计方法，能获取谐波的时域信息，对谐波可进行准确定位，反映谐波幅值变化过程。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
参照附图，本实施例包括电源模块1，所述电源模块1分别与模数转换器（ADC）2和数字信号处理器(DSP)3电连接，所述模数转换器（ADC）1分别连有电压测量信号变换电路4和电流测量信号变换电路5及数字信号处理器(DSP)3，所述数字信号处理器(DSP)3分别与复位模块6、调试JTAG接口7、同步动态随机存储器（SDRAM）8、FLASH9和有源振晶10电连接。
所述模数转换器（ADC）2采用TI公司生产的ADS8364。
所述数字信号处理器(DSP)3采用TI公司生产的TMS320VC6745，主要参数选择如下：
（1）采样速率：8kHz
（2）电网基波频率：在50Hz左右波动；
（3）FFT运算数据长度：N=2048。
信号数据长度N是进行一次快速S变换的数据长度，N根据谐波检测精度和计算机或嵌入式系统设备的运行速度综合考虑确定，采样长度N由以下公式确定：
由谐波次数h确定谐波分析采样频率fs，
fs≥2×h×50;
由采样频率和频谱分辨率B确定采样长度N，其具体公式为
N=2y≥fs/B（式中y为正整数,5<y<20）；
保证DSP计算时间小于一个工频电压周期，DSP计算时间为
t=qN×cycleFFT/fcore；
（式中q为特征频率点数，cycleFFT为DSP进行一次FFT的时钟周期，fcore为DSP内核主频）。
工作时，被测信号输入，经模数转换器（ADC）2高速模数转换，将被测信号（电压或电流信号）转换为数字信号；电压测量信号变换电路4和电流测量信号变换电路5对转换好的被测数字信号中高频信号进行滤波算法滤除，根据模数转换速率和谐波分析要求，确定被测信号进行谐波分析的最高次数和低通数字滤波器的最高谐波次数、截止频率、RC滤波电阻电容取值，对被测数字信号进行低通滤波处理，以消除高次谐波对谐波分析结果的影响；采样好的谐波电压和电流信号送入数字信号处理器(DSP)3进行快速S变换，得到各次谐波时频参数分析。
基波与谐波参数检测误差结果如下：
表1  基波~21次谐波幅值相对误差(%)
谐波次数 1 2 3 4 5 6 7
误  差 2.1E-3 3.7 E-4 9.3 E-3 2.7 E-4 6.1 E-2 9.8 E-5 2.1 E-4
谐波次数 8 9 10 11 12 13 14
误  差 1.8 E-4 3.1E-4 6.0 E-4 8.1 E-4 1.4 E-4 2.7 E-3 2.3 E-5
谐波次数 15 16 17 18 19 20 21
误  差 6.8 E-3 2.9 E-3 2.1 E-4 6.8 E-3 4.4 E-5 6.9 E-4 1.8E-3
表2   基波~21次谐波初相位相对误差(%)
谐波次数 1 2 3 4 5 6 7
误  差 2.1-5 1.2 E-8 2.9 E-6 2.8 E-6 2.1 E-7 2.3E-8 2.9E-7
谐波次数 8 9 10 11 12 13 14
误  差 1.6-7 5.3E-6 1.9 E-7 1.3 E-5 7.7 E-6 1.5E-5 1.3 E-6
谐波次数 15 16 17 18 19 20 21
误  差 2. 7E-6 3.5 E-6 1.5E-6 2.3E-6 4.4E-5 -2.4E-5 6.9 E-7

Claims (3)

1.一种谐波时频特性参数分析仪，包括电源模块，所述电源模块分别与模数转换器和数字信号处理器电连接，其特征在于，所述模数转换器分别连有电压测量信号变换电路和电流测量信号变换电路及数字信号处理器，所述数字信号处理器分别与复位模块、调试JTAG接口、同步动态随机存储器、FLASH和有源振晶电连接。
2.根据权利要求1所述的谐波时频特性参数分析仪，其特征在于，所述模数转换器采用TI公司生产的ADS8364。
3.根据权利要求1所述的谐波时频特性参数分析仪，其特征在于，所述数字信号处理器采用TI公司生产的TMS320VC6745处理器，主要参数选择如下：
（1）采样速率：8kHz；
（2）电网基波频率：在50Hz左右波动；
（3）FFT运算数据长度：N=2048。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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