基于DSP的电力谐波检测设计

摘 要：快速、准确地检测电网中谐波含量，具有重要的现实意义。本文应用TMS320LF2407A芯片，周密地设计了电力谐波检测系统的硬件电路，引入了加窗插值FFT算法，并采用Matlab对其进行了仿真分析，验证了该算法的正确性与易实现性。

关键词：谐波检测 DSP 加窗插值

目前，采用快速傅立叶变换（FFT）进行电力系统谐波检测，FFT方法存在频谱泄露问题，很难做到同步采样和整周期截断，导致谐波检测结果误差较大。加窗插值FFT算法具有良好的时频局部化特性，克服了傅立叶变换无局部化特性的缺点，提高了谐波检测的精度，具有一定的实用价值。

一、插值FFT算法

设一信号r（t）经加窗w（n）后的频谱表达式为：

该方法为单峰谱线修正算法，即仅利用幅值最大的一条谱线进行修正。算法能够在一定程度上补偿短范围泄漏造成的影响，从而改善分析误差。但也存在易受到频谱泄漏和噪声干扰的缺点，因此可采用两根谱线加权平均来修正幅值。

（6）

对两根谱线采用的权重与它们各自的幅值成正比。

二、系统硬件设计

谐波检测硬件电路，以TMS320LF2407A为中心，在其扩展数据和程序存储器。主处理芯片采用TI公司的16位定点DSP芯片TMS320LF2407A，它有丰富的片内存储器和41个可编程的多路复用I/O引脚，还有10位A/D转换器。我们选用Maxim公司的14位高速A/D芯片MAXl25作为外部模数转换器。其输入信号范围±5V，通道最大承受过压可达±17V，简化了信号调理电路。液晶显示电路采用内置T6963C控制器的液晶显示模块，具有独特的硬件初始值设置功能，驱动传输的字节数/行及字符的字体选择等均由引脚电平设置，这样T6963C的初始化在通电时就已经基本设置完成，便于编程显示。

三、系统软件设计

本系统利用TI公司推出的集成开发环境CCS（Code Composer Studio）进行软件编程设计。在编写系统软件程序时我们采用了三种不同方法的模块编写：C语言编程，汇编编程及C语言与汇编语言混合编写。主程序采用C语言编写，以子程序形式调用各功能模块。涉及的主要软件功能模块有数据采集模块、数据处理模块、数据通信模块及显示模块等。A/D子模块除了产生工作控制信号之外，还产生送往A/D转换结果保存模块写地址输入的基址对、多路开关控制和选择信号及专用芯片总体控制逻辑的半周期写标志。在同步采样时将6路输入模拟量分成2组，利用控制多路开关的输出选择端实现6路的顺序采样（见图1）。

四、仿真结果与分析

从仿真结果可以看出，经过插值FFT修正后对电力谐波的检测，比修正前精确度有明显的提高，证明了此方法有较好的谐波检测能力（见图2、图3）。

参考文献：

[1]任震.小波分析及其在电力系统中的应用[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]陈小勇.基于dsp的电力系统谐波检测[J].微计算机信息，2010（26）.

[3]杨福生.小波变换的工程分析与应用[M].北京：科学出版社，2000.

[4]安婷婷.城市电网的谐波污染与治理[M].仪器仪表技术。2006，13（5）：14～15.

（作者单位：黄金阳，济宁职业技术学院；

李兴鹏，济宁市技师学院）