电力电子装置谐波问题（精选5篇）
电力电子装置谐波问题 篇1
摘要：非线性负荷是个谐波源, 它引起电网电压畸变, 使电压中带有整数倍基波频率的分量。作为最主要的谐波源的电力电子装置主要为各种交直流变流装置 (整流器、逆变器、斩波器、变频器) 以及双向晶闸管可控开关设备等, 另外还有电力系统内部的变流设备, 如直流输电的整流阀和逆变阀等。
关键词：电力电子装置,谐波,危害,治理
1 电力电子装置———最主要的谐波源
非线性负荷是个谐波源, 它引起电网电压畸变, 使电压中带有整数倍基波频率的分量。作为最主要的谐波源的电力电子装置主要为各种交直流变流装置 (整流器、逆变器、斩波器、变频器) 以及双向晶闸管可控开关设备等, 另外还有电力系统内部的变流设备, 如直流输电的整流阀和逆变阀等。下面对其产生的谐波情况作一分析。
1.1 整流器
作为直流电源装置, 整流器广泛应用于各种场合。在整流装置中, 交流电源的电流为矩形波, 该矩形波为工频基波电流和为工频基波奇数倍的高次谐波电流的合成波形。由傅氏级数求得矩形波中的高次谐波分量In与基波分量I1之比最大为1/n, 随着触发控制角α的减小和换相重叠角μ的增大, 谐波分量有减小的趋势。
此外, 现有研究结果表明:整流器的运行模式对谐波电流的大小也有直接的影响, 因此在考虑调整整流电压电流时, 最好要进行重叠角、换相压降以及谐波测算, 以便确定安全、经济的运行方式;当控制角α接近40°, 重叠角μ在8°左右时的情况往往是谐波最严重的状态, 所以要经过计算, 尽量通过正确选择调压变压器抽头, 避开谐波最严重点。
1.2 交流调压器
交流调压器多用于照明调光和感应电动机调速等场合。交流调压器产生的谐波次数与整流器基本相同。
1.3 频率变换器
频率变换器是AC/AC变换器的代表设备, 当用作电动机的调速装置时, 它含有随输出频率变化的边频带, 由于频率连续变化, 出现的谐波含量比较复杂。
1.4 通用变频器
通用变频器的输入电路通常由二极管全桥整流电路和直流侧电容器所组成, 这种电路的输入电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗比较小的情况下, 其波形为窄而高的瘦长型波形, 反之, 当电源阻抗比较大时, 其波形为矮而宽的扁平型波形。
除了上述典型变流装置会产生大量的谐波以外, 家用电器也是不可忽视的谐波源。例如电视机、电池充电器等。虽然它们单个的容量不大, 但由于数量很多, 因此它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。
2 谐波的危害
谐波对公用电网的危害主要包括:
1) 使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗, 降低了发电、输变电设备的效率, 大量的3次谐波流过中性线时, 会引起线路过热甚至发生火灾;2) 影响各种电气设备的正常工作, 除了引起附加损耗外, 还可使电机产生机械振动、噪声和过电压, 使变压器局部严重过热, 使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短, 以致损坏;3) 会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振, 从而使谐波放大, 使前述的危害大大增加, 甚至引起严重事故;4) 会导致继电保护和自动装置误动作, 并使电气测量仪表计量不准确;5) 会对邻近的通信系统产生干扰, 轻者产生噪声, 降低通信质量, 重者导致信息丢失, 使通信系统无法正常工作。
3 谐波的管理原则
要提高电能质量, 必须加强对谐波的管理。本着限制谐波源向公用电网注入谐波电流, 将谐波电压限制在允许范围内的原则。首先要掌握系统中的谐波源及其分布, 限制其谐波在允许范围内方可入网, 未达标的必须采取治理措施, 以防谐波扩散。为此国际电工委员会 (IEC) 和美国IEEE都有推荐标准。
4 谐波的综合治理
目前, 我国电力系统对谐波的管理呈现“先污染, 后治理”的被动局面, 所以如何综合治理已经成为一个迫在眉睫的研究课题。
关于“综合”的内涵, 有人认为用范围广泛、普遍推广来描述;也有人认为用集合的、一体化的来表述更实际;笔者认为综合治理的工作应包含以下两方面:
———加强科学化、法制化管理;
———采取有效技术措施防范和抑制谐波。
4.1 加强科学化、法制化管理
主要从两个方面加强管理:
———普遍采用具有法律约束和经济约束的手段, 改变先污染后治理的被动局面, 即应该严格按照各类电力设备、电力电子设备的技术规范中规定的谐波含量指标, 对其进行评定, 如果超过国家规定的指标, 不得出厂和投入电力系统使用;
———供电部门应从全局出发, 全面规划, 采取有力措施加强技术监督与管理, 一方面审核尚待投入负荷的谐波水平, 另一方面对已投运的谐波源负载, 要求用户加装滤波装置。
4.2 采取有效的技术措施
目前解决电力电子设备谐波污染的主要技术途径有两条
———主动型谐波抑制方案即对电力电子装置本身进行改进, 使其不产生谐波, 或根据需要对其功率因数进行控制;
———被动型谐波抑制方案即谐波负载本身不加改变, 而是在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器 (PF) 、有源滤波器 (APF) 或者混合滤波器 (HAPF) 等装置, 通过外加设备对电网实施谐波补偿。
5 谐波综合治理的展望
日益严重的谐波污染已引起各方面的高度重视。随着对谐波产生的机理、谐波现象的进一步认识, 将会找到更加有效的方法抑制和消除谐波, 同时也有助于制定更加合理的谐波管理标准。加大对谐波研究的投入将会大大加快对谐波问题的解决, 当然谐波问题的最终解决将取决于相关技术的发展, 特别是电力电子技随着电子计算机和电力半导体器件的发展, 有源电力滤波器的性能会越来越好, 价格会越来越低。而用于无源滤波的电容和电抗器的价格却呈增长的趋势。因此有源电力滤波器将是今后谐波抑制装置的主要发展方向。另外, 电力电子技术中的有源功率因数校正技术也是极具生命力的。
6 结语
谐波的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作, 可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。电力电子技术的发展必须和这个工程同步, 这样才能为高效、低污染地利用电能开辟重要途径, 促进我们国民经济的发展和用电设备的革新。同时, 电力电子技术的推广和利用才能有更为广阔的发展前景。
参考文献
[1]周凌峰.现代电力电子技术的污染浅谈.电力电子技术, 2006.
[2]甄伟.谐波的治理方式.电力电子技术, 2007.
电力电子装置谐波问题 篇2
电力电子技术在电力系统中的应用不仅能够提高系统的输电能力，而且还可以在降低系统能耗的同时，改善输电质量，提高电力输送的灵活性和稳定性。
但在电力电子技术得以应用的同时，其相关设备也成为了电力系统运行当中的谐波源，并在运行过程中对系统的无功功率进行消耗，从而对电力系统的正常运行产生严重影响。
因此，加强对谐波问题和无功功率损耗问题解决方法的研究力度，已成为电力生产、输送领域需要面对和解决的主要问题。
1 配电系统中谐波与无功功率概述
对配电系统中的水泵异步电机和荧光灯与支撑计算机系统运行等负载进行分析可知，其必须消耗系统产生的无功功率方能实现正常工作。
但变频器、整流器等电力电子装置通常采用的是相控方式工作的，这种控制方式使得此类设备的交流侧电压常滞后于系统运行电压，其不仅会消耗大量的无功功率，而且在运行的同时还会产生谐波电流，从而影响电力系统的正常运行。
给出有功功率P、无功功率Q和视在功率S三者的关系式：
S2=P2+Q2 (1)
其中，P为系统瞬时功率在单位周波中积分得平均值，即系统交流平均功率，S为各类电器设备的最大可利用容量，具体来说就是电压U和电流I的有效值乘积，分别由设备的绝缘性和导线横截面积决定;Q表示具备储能性质的电气元件功率交换的幅度，通常单相电路功率互换大都发生在储能设备和电源中，而三相电路功率互换则以在具有储能性质的三相设备中的往复流动为主，需要说明的是任意时刻内，三相无功功率的和恒定为零。
2 无功功率和谐波对电力系统的影响
2.1 无功功率对电力系统的影响
(1)无功功率的加将会使得供电设备的视在功率S增加，同时，也会引发启动设备、控制设备和仪表等测量设备的尺寸与规格扩增;
(2)无功功率的增加必将使得电力系统设备与线路损耗更加严重，缩短电气设备寿命;
(3)无功功率增加将会引发变压器与线路压降的扩大，从而使电网电压产生剧烈波动，影响电力系统的稳定性。
2.2 谐波的主要危害
(1)变频器和整流器等所产生的谐波将引起电气设备附加谐波的损耗，同时，使得供配电设备的工作效率下降;
(2)谐波对各类电气设备的影响也较为严重，例如，引起系统的过电流和过电压，从而增加变压器的负担，引发电缆过热和绝缘装置老化;
(3)谐波的另一危害体现在对公用电网的影响上，由于电网中的电流大都是以正弦的形式存在的，而谐波的产生会导致非正弦电流电路的功率因数增加，从而在电场中产生非正弦电流，导致公用电网的局部谐波被进一步放大，甚至将会导致串、并联谐振，增加电力设备的安全风险。
3 电子电力技术的应用现状
由于电子电力技术在无功功率补偿和谐波抑制方面具有较为鲜明的作用，故对电子电力技术的应用情况进行了解是极为必要的。
3.1 高压直流输电技术――HVDC
此项技术对容量较大且距离较远的电力传输工作而言具有较强的优越性。
由于在输电过程中，基于HVDC技术输电时产生的电能损耗要远低于以传统交流输电技术为主所产生的电能损耗，且HVDC在支持电力传输时所需的传输线缆更少，在减少占地的同时，也省去了传统交直流输电转化所需的特殊设备，故而在远距离传输时具备良好的经济性。
现阶段，全球HVDC工程拥有50余个，技术支持的总设备容量达到了3.6×104MW，考虑到我国的地域辽阔且能源分布不均等情况，加大对HCDC技术的研发和投入力度极为必要。
3.2 静止无功补偿器――SVC
将以晶闸管为基础元件的固态开关取代原有的机械开关，通过对抗电器与电容器进行控制，从而实现快速且频繁地对输电系统导纳功能进行改变的目的。
通常，SVC由固定或可变电容器支路同系统中的可控支路并联组成，分为TCR、TCT以及TSC和SSR四种类型，其中，TCR型SVC的反应速度最快，可达5-20ms，且不仅运行可靠，而且在分相调节和价格与使用范围方面也具有较大的优势。
目前，全球已拥有220余套配置SVC的输配电系统，总容量已达到3.5×104var，随着SVR优势的进一步普及，其在输配电领域和工业用电方面必将得到全面的发展和推广。
4 无功功率补偿与谐波抑制现状
电力系统中的无功功率补偿方法主要包括了同步发电机、调相机、电动机的引用补偿和并联电容器与SVC补偿，由于多数工程供电系统中，阻感性负载占据绝大部分，使得总等效负载呈现感性，故而可采用并联电容器的方式对无功功率进行补偿，从而提高功率因数。
根据电容器在系统中安装位置的差异，其并联补偿方式主要包括以下几种：
(1)将电容器组集中安置在电源母线上，从整体上提高变电装置的功率因数，降低馈出线路的无功损耗。
(2)分区补偿。
在功率因数较低区域的母线上分别装置电容器组，以此来增强无功功率补偿的效果，但缺点是同集中补偿相比，分区补偿的范围有所减小。
(3)就地补偿。
对异步电动机等感性设备进行功率补偿时，将电容器组安置在负载设备周边进行无功补偿，在提高用电设备在供电回路功率因数的同时，改善用电设备的电压质量。
供电系统谐波抑制的方式主要有两种，一种是利用无缘LC滤波器或是有源电力滤波器对系统运行过程中所产生的谐波进行过滤;另一种是对谐波源进行改造，例如将变流器的相数提高或更换具有较高功率因数的整流器等。
其中，LC无源滤波器抑制谐波的方法较为常见，采用电力电容器以及电抗器电阻对具备某一特征的次谐波进行抑制，在次谐波频率下滤波器的逐鹿进行串联谐振，同时，写成具有较低阻抗的通路，从而使次谐波电流尽可能少地流入到电网当中，最大限度地降低谐波对电网的影响。
5 结论
本文通过对配电系统中的谐波和无功功率产生的原因进行分析，在结合无功功率以及谐波对电力系统影响的基础上，从电子电力技术应用现状的角度出发，提出了无功功率补偿和谐波抑制的相关方法。
可见，未来加强对电子电力技术以及无功功率补偿与谐波抑制方法的研究和应用力度，对于促进电力产业的健康、稳定发展具有重要的现实意义。
参考文献
[1]李志远.无功补偿装置SVG技术研究及应用[J].科技风，，10(12)：70.
[2]张生龙.浅谈电力系统中无功补偿的重要性和其主要方式[J].科技创新导报，2014，02(23)：76-77.
新型电力谐波监测装置的研制 篇3
在现代电力系统中, 大型的发电厂往往远离负荷中心, 发电厂发出的电能、一般要通过高压或超高压输电网络送到负荷中心, 然后在负荷中心由电压等级较低的网络把电能分配到不同电压等级的用户。这种在电力网中主要起分配电能作用的网络就称为配电网络。
配电网相对于输电网来说, 其电压等级低, 供电范围小, 但与用户直接相连.是供电部门对用户服务的窗口, 因而决定了配电网运行有如下特点和基本要求。
1) 随着铁路电气化和用户电子设备的大量使用, 配电网运行中有大量的谐波源、相电压不平衡、电压闪变污染等, 因而要求准确测量与计算配电网中的谐波分布, 采取效措施抑制配电网运行中的谐波危害;
2) 随着用户对供电可靠性和电压质量指标要求的提高, 仍靠人工操作已无法适应.要求现代配电网运行不断提高自动化、智能化水平;
3) 由于“电能”作为商品将进入市场竞争, 要求各电力公司能降低配电网运行的线损和年运行费用, 提高运行的经济性, 从而降低配电成本, 同时.积极协助用户优化用电计划、节约用电。推行战略节电和战略负荷开拓等积极措施, 进一步提高对用户的服务质量。
2 本文的研究目的和意义
电力系统波形畸变并不是一个新的问题, 国内外己经研制成功的各种谐波测量分析使用的仪器性能和测试目的大致分为三类:一是用于谐波日常监测工作的监测仪或报警仪, 该类仪器测试功能简单, 但是精度不高;二是专门测试谐波用的高性能谐波分析仪和频谱分析仪;三是用于谐波和其他电能质量综合测量的分析仪。上述谐波监测仪器分析原理大多基于快速傅立叶变换, 工作过程大致为:被测信号经采样/保持、AD转换、计算机傅立叶计算输出结果。但同时, 现有的谐波监测产品也存在以下问题:
1) 处理功能相对较弱, 可扩展存储空间比较小, 运算速度较慢, 难以运用精确严格的算法进行大量的实时数据处理, 不能完全满足电力系统谐波监测实时性的要求;
2) 功能较单一, 或是仅仅有采集、分析数据, 不具备远程通讯功能;或是具备采集、传输数据, 但自身无法实现数据的处理分析能力。而当今对谐波监测要求趋势是多样化, 多功能方向发展, 因此, 对具有集采集、分析、处理、远程传输功能于一体的这样的监测系统的需求就显得尤为必要;
3) 对于器件的选型, 不能完全做到性能和价格上的最优, 虽然有的产品直接引进了国外的技术模块, 功能强, 可是价格较高, 可维护性不强, 且不完全适合我国市场。此类产品如果保证了监测数据的准确和及时性, 则价格将会十分昂贵;但同样的, 低廉的产品也是以牺牲了产品性能为代价的;
4) 有的产品无通讯和控制输出功能, 不满足电力系统网络化、自动化的发展方向。
3 本文所做的工作
基于工程实践, 故主要侧重点在系统的各部分功能实现上, 将从监测系统的硬件设计、软件设计、算法等角度进行研究, 并且以数据采集、监测为重点。主要完成下面的工作:
1) 对近几年国内外相关研究工作和科研文献进行了大量的查阅, 总结已有的谐波监测系统的优点, 并指出存在的不足;
2) 设计了监测系统的硬件和软件部分, 硬件部分包括信号采集、信号计量、信号分析、通讯等功能单元。软件实现功能包括电压、电流、相序、频率、功率等的计量, 数据通讯, 重点实现谐波的各次分析和谐波功率, 电能的计算。并针对现场环境中的干扰, 提出了软硬件抗干扰措施, 使系统更好的满足实时信号准确处理的要求。
3.1 谐波监测系统的设计
数据采集部分安装在配电变压器现场, 主要用于采集低压配电线路的各种信息;数据分析电路包括计量芯片和单片机, 电能计量芯片ATT7022B可直接测量:电压、电流的有效值、功率因数等参数, C8051F020则实现谐波分析和谐波电能计量功能;数据通讯部分将实现数据的远程传输。
监测系统的硬件设计原则围绕其功能进行, 同时要求遵循以下准则:
1) 合理增强软件功能
系统的软硬件功能分配要根据系统的要求而定, 提高硬件功能的比例可以提高速度、减少所需的存储量, 有利于监测和控制的实时性。相反, 提高软件功能的比例可以降低硬件的造价, 提高灵活性和适应性, 但相应速度要下降, 软件设计费用和所需的存储器容量要增加。划分的原则是在满足系统实时性及可靠性的前提下, 系统功能尽可能用软件来实现。
2) 简化设计
硬件设计时尽可能选用集成电路, 这样有利于提高系统的集成度, 减少元器件之间的连线、接点和封装数目, 从而大大提高系统工作的可靠性。
3) 模块化设计
硬件设计根据预期实现的功能划分为若干功能模块, 尽可能选用模块化结构的典型电路。
4) 防干扰设计
测控单元工作现场环境比较恶劣, 在硬件设计时必须具体分析可能的干扰来源, 并采取相应的硬件抗干扰措施来抑制干扰, 以增强自身工作的稳定性。
3.2 谐波监测系统的性能指标
本系统对三相交流电压、电流能实现对现场电压电流数据的同步采样, 并能通过FFT数字信号处理分析得到基波和谐波的各参数值, 还要实现数据的远程通讯。本系统主要性能指标为:
1) 同步采集电网三相电压、电流信号;
2) 6路被测电网信号基本电力参数的实时计量, 包括:电流有效值、电压有效值、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电压相位、电流相位;
3) 6路被测电网信号参数的实时分析, 基波和各次谐波分量的分解, 采用FFT变换完成包括:各次谐波幅值和相位的判定、第n (n=3, 5, 7, 11, ……21) 次谐波电压 (或电流) 含有量和含有率测量、谐波功率方向的判定;
4) 6路被测电网信号能量计算, 包括:基波电能计算、谐波总电能计算、各次谐波电能计算;
5) 具备远程通讯功能, 通过单片机C8051F020与RS232串口的连接与控制, 实现远程实时数据GPRS通讯。
3.3 谐波监测系统的构成及工作原理
从TV/TA (电压互感器/电流互感器) 上采集的六路电网信号经电压传感器和磁平衡电流传感器转换为低电压、小电流信号, 该传感器具有精度高、线性度好、响应快及过载能力强等特点, 可以最小失真转换原始信号。数据采集及前置单元:对传感器变送来的信号进行预处理, 主要是针对不同电压等级的芯片进行放大。信号分别送入C8051020和计量芯片ATT7022B进行数据处理。计量芯片的功能主要测量的是信号的电压、电流和谐波功率等数值, C8051020则是用于谐波分析, 包括谐波的次数, 谐波电压含量, 谐波电压的总谐波畸变率。且单片机也负责对GPRS数据传输的程序控制。当计量芯片和单片机之间的通过SPI接口进行数据交换后, 再通过RS-232串口连接到GPRS无线模块, 将数据打包, 通过GPRS空中接口接入到GPRS网络或Internet网络后, 送达数据监控中心。
4 结论
随着社会的不断的发展, 各种不同的用电负荷越来越多的接入电网中运行, 其中不乏大量的非线性负荷设备, 因为它们的存在, 谐波的危害也日益成为人们关注的问题。本文首先阐述了谐波的测量和分析对于电网质量分析的意义, 在介绍了国内外电力谐波监测发展现状后, 指出了现今谐波监测所采用的部分技术及其各自的优劣点, 综合考虑后选用了一种集AD转换器、多路开关、SPI通讯接口等为一体的新型单片机C8051F020和多计量功能计量芯片ATT7022B设计了一种集谐波测量、分析和远程通讯为一体的多功能谐波监测系统。通过研究工作, 主要取得了如下的成果:
1) 参与总体方案的设计、制定。工作包括从整个系统的器件选型到硬件、软件的设计、开发;
2) 系统用高精度、高集成、扩展性强的器件设计了信号采集、分析和通讯等硬件电路, 并加入了抗干扰措施。硬件电路结构简单, 稳定性强, 精度高, 扩展性强;
3) 设计了信号采集、分析和通讯等单元的软件功能实现。能实现对谐波达21次的实时在线监测分析。同时, 整个编程过程采用了模块化结构的设计理念, 使得软件的使用和调试方便快捷, 便于今后功能的扩展;
4) 本系统设计采用了低电压 (3.3V) 的设计方案, 绝大部分功能模块采用了低电压、低功耗的芯片, 降低了系统的功耗, 以满足低功耗的设计要求;
5) 使用C和汇编语言对AD采样、FFT计算、SPI通讯、GPRS通讯等模块进行了程序编写, 为今后的开发工作提供了良好的基础。
摘要：随着社会技术和经济的发展, 电网谐波的问题日益严重, 对电网和电力设备造成严重危害。由于电能质量要求的提高, 相应的谐波监测的重要性也显得尤为突出。所以, 研制一种集测量分析和通讯于一体的新型电力谐波监测系统, 具有极高的社会和经济效益。本文研究了国内外电力谐波监测系统的发展现状, 在总结其发展成果的基础上, 根据工程实际的要求, 提出了监测系统的设计方案。开发一种具有可编程、自动化测量、智能分析、数字通讯等功能为一体的谐波监测装置。它使测量过程及数据分析处理实现自动化, 减少人为失误。该系统能够实时监测配电网系统中的三相电压、电流、频率、功率、功率因数、谐波、谐波畸变率 (THD) 等基本电量参数, 并能通过单片机实时分析出各次谐波功率、电能和判定谐波源, 监测配电网系统的运行状态。
关键词：电网谐波,监测,单片机
参考文献
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电力电子装置谐波问题 篇4
1 硬件电路设计
1.1 信号调理电路
信号调理电路的主要作用是, 保证电压、电流互感器传输出的强电信号可以通过转变的方式变为采集卡可以接收的弱电信号。其内部构成要素主要包含互感器、放大线路等。互感器的主要作用是转换信号, 而辅助测量放大电路的主要工作就是将电流信号转变成电压信号, 并且要将转化后的信号通过一定的比例放大。因为电压互感器具有一定程度的隔离作用, 所以, 它可以保证外部干扰不会对系统产生实质性的影响。但是, 在设计过程中, 必须考虑到其对谐波信号带来的负面影响。因此, 在调理电路的过程中, 要避免电容, 减少滤波和相移。信号调理电路如图1所示。
1.2 过零检测电路
为了保证主芯片的同步采样工作可以顺利完成, 有效提升数据处理工作的真实性, 在电路中要融入一些过零检测电路。这一措施对谐波分析同步采样工作造成了巨大的影响, 可以通过其将电压信号转换成相同频率的方波信号, 再让DSP获取方波信号, 从而跟踪电网频率。具体的过零检测电路如图2所示。
1.3 锁相倍频采样电路
在处理电力信号的过程中, 先要完善频谱泄露问题。如果出现频谱泄露的情况, 必然会影响测量的精确度, 并且所有的采样周期、采样间隔都需要通过电网基波频率来设定, 利用该方式可以有效控制频谱泄露所产生的误差。锁相倍频测量是与硬件设备同步进行的一种测量方式, 通过锁相环带来的频率对其进行采样, 当锁相环产生一个上跳变时, 就会采集一次数据。
1.4 采样电路
利用DSP多通道缓冲串口接收传入其中的信号数据。由于TMs320vc5402有高速全双工串行口, 所以, 可以与系统中其余的期间和编码器等实现接口对接。从整体结构上看, Mc BS还可以划分成数据通道和控制通道, 详细的Me Bsp硬件结构如图3所示。
数据通道可以发送和接收数据, 全方位地掌握通道内完成的任务, 包含时钟的产生和产生的同步信号灯, 并且信号控制程度可以通过多通道来选择。同时, 它还控制通道中所诞生的中断信号, 并将其送至CPU, 进而产生同步控制器。CPU和DMA可以从数据寄存器当中读取部分数据, 也可以编写待发送的数据。从RD端口接收到的数据可以通过位移寄存器这一设备将其复制到缓冲器中, 再复制到DRR中, 最终利用CPU和DMA读取得出结果的数据。这种利用多缓存方式得到的内部数据搬移和相应的数据通信都可以通过相同的方式完成, 从而控制通道内部任务的稳定性。
2 软件设计
软件系统设计共分为DSP初始化处理、Mc BSP处理和AD处理, 并且可以通过DSP和PC串口通信、并行的方式来完成程序引导。初始化处理属于面对相关量的一种设置方式, 在处理采集到的数据时, FFT是核心的算法。工作人员可以通过对Mc BSP和AD73360进行初始化设置, 这样便可以保证其相互通讯。待后者初始化设置之后, 已经打开串口的接收便会被中断, 相应地中断服务程序, 并接收由A/D转化而来的数据。这表明, 软件系统设计是正确的, 它可以在数据采集过程中起到正面、积极的作用, 能够有效保证后续数据分析的准确性。在进行谐波计算之前, 要先计算FFT数据, 然后从所有谐波有效值和含有率方面入手进行后续的计算。数据传输工作主要包含了串口初始化和数据的接收、发送等。
此次设计使用了实数FFT算法, 原始实输入序列可以构成N点复序列, 再计算复序列N点FFT, 之后通过N点复数输出将其拆散成2N点复数序列, 该序列和原始2N点序列DFT输出是相同的。使用该方式来完成组合输入和组合拆散输出, FFT运算量会减少50%, 所以, 如果在实际运算过程中妥善地使用该方式计算实输入序列DFT, 那么, 计算效率是常规方法的2倍。同时, 可以利用这种方式来提升系统的实时性。从转换结果入手进行傅里叶变换FFT, 使用变换结果计算所有谐波幅值, 从而得出最终的电力参数。在谐波计算过程中, 可以明确所有谐波的实部和虚部, 计算相角正切函数的精准函数值, 也可以将其变换使用, 计算对应相角。
为了让系统可以脱离仿真器正常的加载程序, 要在系统中添加并行自举引导程序。在CCS环境的影响下, PC机完全可以通过JTAG电缆目标系统中存在的DSP通信完成调试。当软件编写完成以后, 可以脱离CCS环境, 要求目标系统在连接电路后, 自动执行代码完成谐波采集和谐波测量等工作。由于系统执行代码储存均在外部, 不能将其存到储存器内, 所以, 当系统通电时, 可以利用Bootloader将储存在外部储存器中的代码转移到内部储存器中, 进而构成自启动基本条件。电压、电流模拟信号为今后的采样工作和相应谐波的计算打下了坚实的基础, 它能有效保证谐波测量装置的正常运行。
3 结束语
近年来, 随着经济的高速发展, 它为电力系统带来了巨大的挑战, 所以, 必须要通过不断完善电力系统的方式让电力系统更好地为社会发展服务。本文从谐波测量的角度入手, 阐述了脱离仿真器自行加载程序谐波测量分析装置的设计模式, 并且实现了通过串口和PC机来传输相关数据, 进一步提升了数据传输效率和储存效率。使用小波变换的方式计算特定时间频率, 能够有效地保证谐波分析的准确性和科学性, 为日后电力系统更好的发展提供前提条件, 进而提升国家经济发展的速率。
摘要：要想保证监测电力系统谐波的准确性, 就要先掌握电网中谐波的存在情况, 进而研发一些能够满足测量需求、具有实用性的电力参数监测设备。从基于DSP的电力系统谐波测量装置在我国的发展情况入手, 详细分析了该装置设计过程中存在的难点, 进而优化设计流程。
关键词：DSP,电力系统,谐波测量,测量装置设计
参考文献
电力电子装置谐波问题 篇5
1 变频器和电力计量装置的现状
从目前我国的电力情况来看, 我国对谐波影响电力的问题非常重视, 相关部门领导为了更好地解决变频器谐波影响电力计量装置的问题, 利用现在专业人才大力研究这方面的问题, 目前变频器的研究已进入了一个崭新阶段, 在新科技的背景下研究出了一种变频器产生谐波少的、对电力计量装置影响少的设备。随着社会的发展, 我国对电力需求量的不断增大, 对变频器的要求也越来越高, 我国十分重视变频器产生的谐波对电力计量装置的影响, 对变频器的研究取得了一些成就。我国人口基数大, 对电的需求量太大, 造成电力线路过于复杂、变频器的工作比较繁重等问题。复杂的电力系统需要足够的计量装置来对电路进行保护, 大量复杂的电路在一起工作, 就会相互产生严重的影响, 产生的谐波也对电路产生了影响, 带来了产热增高、环境温度过高停电等一系列的问题。
2 谐波的定义及产生过程
我们要彻底了解变频器产生的谐波对电力计量装置的影响, 就必须对变频器产生谐波的原理进行探究, 对变频器产生谐波的条件、什么是谐波等进行研究。只有了解清楚谐波, 才能研究出变频器谐波对电力计量装置产生的影响以及减少变频器谐波对电力计量装置影响的方法。
2.1 谐波的定义
在我国的供电系统当中, 谐波的定义是:对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解, 会得到和电网基波频率相同的分量, 还会得到一系列大于电网基波频率的分量, 这部分电量就是谐波。在谐波当中, 谐波频率与基波频率的比值 (n=fn/f1) 被称为谐波次数。但是在电网当中, 有时也存在非整数倍谐波, 被称为非谐波或分数谐波。谐波实际上就是一种干扰量, 会使电网受到干扰。
2.2 谐波的产生过程
变频器谐波产生的原因主要是电力工作过程当中非线性的负载工作导致的, 在非线性负载工作的时候, 电流经过电力电路当中, 会出现电流与电压不成线性关系的情况, 最终导致电路当中产生了正弦波, 电路当中的正弦波会随后产生谐波, 对电力计量装置产生影响。根据法国科学家傅立叶的研究可知, 任何正弦波都可以分解成基础波, 对电力计量装置产生很大影响。谐波是属于正弦波的一种, 根据正弦波的性质可知, 谐波可以分解成偶次性谐波和奇次性谐波两种性质的波, 这两种波在三相系统当中是对称关系, 偶次性波会被消除, 这样在谐波当中就会只有奇次波的存在, 变频器当中只存在奇次性波。在三相系统当中, 奇次性波比偶次性波的危害更大, 对电力计量装置的影响也更大。
3 变频器谐波对电力计量装置的影响
在电力工作当中变频器和电力计量装置都是非常重要的设备, 这两个装置在电路上缺一不可, 电力系统要想更好的运行和工作, 我们就必须了解变频器在工作的时候对电力计量装置产生哪些影响, 在运行过程当中会出现哪些严重的问题。只有这样, 才能研究出更好的变频器, 解决谐波对电力计量装置的影响。
3.1 谐波对变压器产生的影响
在电力工作过程当中, 一般变压器和变频器都是在一起工作的, 变频器在工作时有电流通过就会产生谐波, 这种谐波在一定程度上会影响到变压器的正常工作。在电力工作的时候, 变频器产生的谐波严重时会导致变压器工作中断。在电力工作当中, 电流通过各个设备的时候在各自的设备中都会产生磁场, 两个相连的设备就会产生不同的磁场, 在电力工作时, 这两个磁场就会相互叠加和干扰, 造成变压器工作不稳定, 导致变压器当中的电流波动, 导致变频器产生更严重的谐波, 严重影响到了变压器的工作环境, 会让变压器的环境温度上升, 严重缩短了变压器的使用寿命。
3.2 谐波对电流表产生的影响
在电力工作当中, 谐波的产生最主要的是变频器谐波。变频器在电力设备当中是产生谐波最严重的一个设备, 逆变器产生的谐波对电力计量装置当中不同的测量仪表有着不同的影响, 同时也影响了电力当中的电力稳定性。在电力工作的时候, 对电力计量装置影响较大的是电流表。电流表在电力工作测量数据的时候用的是正弦波, 变频器在电力工作时候产生的谐波也是正弦波, 这两种波在工作的时候会相互干扰, 造成电流表测量数值不准确, 严重影响到了电力工作中数值测量工作的进行, 所以为了保证电流测量值的准确性, 我们就应该对变频器进行更好的改进和研究, 保证变频器不会对电流表产生影响。
3.3 谐波对电能表产生的影响
现在我国所用的电能表还是以前比较传统的产品, 传统电能表主要是根据基波的原理设计的。传统电能表除了基波, 还配置有高次的电压和电流。这两个设备产生波的原理不同, 变频器产生的是谐波, 电能表产生的是基波, 这两个设备相互影响比较严重。电流工作当中, 变频器在工作的时候, 电压和电流的铁芯部分是非线性的, 非线性的铁芯会改变波形, 但是铁芯的磁通并没有随之改变, 在变压器当中, 巨大的电压和电流流经电能表的时候, 会出现电磁转矩和平均功率不能保持正比关系的情况。简单来说, 就是电能表在变频器产生谐波工作的时候, 电能表不能把不同频率的电压和电流产生的电磁矩进行有效叠加, 电能表不能进行有功电能的计算, 所以造成电能表测量时的误差, 同时在电能表工作的时候产生过多的热量, 影响了电能表的使用寿命。
4 结束语
本文分析了变频器的谐波对电力计量装置的影响, 大致叙述了变频器产生谐波的原理及过程, 但是要更好地解决变频器谐波问题, 仍需要我们投入更多的资金与精力, 为电力事业作出贡献。
摘要：在电力运行当中, 变频器容易产生谐波, 对电路上的电能表、电压表、电流表等设备带来很大的影响。下面根据谐波产生的原因以及对电力计量装置产生的影响进行叙述, 希望可以给电力计量装置的维护提供参考。
关键词：变频器,谐波,计量装置,电流表
参考文献
[1]林海燕.变频器谐波产生的原因与抑制措施[J].江西科学, 2012 (02) :238-239, 248.