一種基于dsp的諧波檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電能質(zhì)量檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP的諧波檢測裝置結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，自動化技術(shù)的推廣，各種非線性電力電子裝置如變流設(shè)備、變頻設(shè)備等，容量日益擴大，數(shù)量日益增多，其對電力裝置的影響的直接表現(xiàn)是電流和電壓波形產(chǎn)生周期性畸變，也就是產(chǎn)生所謂的電力諧波，諧波可使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低；使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至可引起電力裝置局部產(chǎn)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器設(shè)備燒毀。
[0003]因此，諧波治理顯得日益重要，而諧波檢測是解決諧波問題的基礎(chǔ)，因為電力裝置中諧波源的類型多、分布廣，如果在諧波治理之前，對各次諧波的分布、含量和其發(fā)生的起止時刻都能夠清晰掌握，從而可以加以區(qū)分地對諧波進行治理，將降低治理的難度，除此之外一些其他因素如無功功率等也在影響著電能利用率的提高。
[0004]但是經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)諧波檢測儀如進口的FLUKE、德州儀器等品牌及國產(chǎn)的如長沙威盛、致遠電子等品牌價格昂貴，芯片運彳丁效率有待提尚，算法不足以實現(xiàn)更尚精度的諧波檢測，且與上位機交互效果不夠穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于DSP的諧波檢測裝置及其檢測方法，檢測更精確、識別定位快速、與上位機交互穩(wěn)定，以克服現(xiàn)有技術(shù)問題的不足。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種基于DSP的諧波檢測裝置，包括用于電流電壓信號采集的數(shù)據(jù)采集模塊、用于諧波分析的DSP芯片、用于輔助DSP芯片的CPLD芯片，用于本地顯示數(shù)據(jù)的人機交換模塊和遠程實時監(jiān)測采集數(shù)據(jù)的上位機，所述CPLD芯片上連接有DSP芯片、人機交互模塊以及通過以太網(wǎng)通訊接口單元連接的上位機，所述DSP芯片還連接有數(shù)據(jù)采集模塊，并連接有電源模塊。
[0007]優(yōu)選的，上述數(shù)據(jù)采集模塊包括依次連接的電壓電流互感器、低通濾波器、信號調(diào)理器以及A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器與方波發(fā)生器并聯(lián)，通過該連接結(jié)構(gòu)將電流電壓信號轉(zhuǎn)換成DSP芯片能夠處理的穩(wěn)定可靠信號，并且DSP芯片可根據(jù)方波發(fā)生器輸入的脈沖信號，得出信號的頻率。
[0008]優(yōu)選的，上述DSP芯片采用TMS320F28335芯片，該芯片具有32位浮點運算功能，負責實現(xiàn)對諧波進行分析的功能。
[0009]優(yōu)選的，上述人機交互模塊包括液晶顯示屏及按鍵，分別連接到CPLD芯片，將數(shù)據(jù)顯示到液晶顯示屏上，通過操作按鍵實現(xiàn)指定數(shù)據(jù)的處理和傳輸顯示，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和維護。
[0010]優(yōu)選的，上述CPLD芯片采用EPM3064ATC100-10N芯片，該芯片具有編程靈活、集成度高、設(shè)計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設(shè)計制造成本低、對設(shè)計者的硬件經(jīng)驗要求低、標準產(chǎn)品無需測試、保密性強、價格大眾化。
[0011]優(yōu)選的，上述以太網(wǎng)通訊接口單元采用RTL8019AS芯片實現(xiàn)上位機與諧波檢測儀的通訊功能，芯片通過PH163539芯片構(gòu)成電路實現(xiàn)其與RJ45相連，通過CPLD芯片與DSP通訊。
[0012]一種基于DSP的諧波檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
(O首先通過數(shù)據(jù)采集模塊進行信號采集，將A、B、C三相的電流、電壓信號，分別接入電流互感器、電壓互感器，將信號轉(zhuǎn)換成DSP芯片能夠接受的信號，并接入信號調(diào)理電路，對信號進一步調(diào)理；
(2)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入DSP芯片；
(3)通過DSP芯片對諧波進行分析處理，使用加窗值FFT聯(lián)合小波包變換作為諧波分析算法，將采集到的信號采用加窗值FFT算法對信號進行檢測，得出各次諧波的幅值大小，根據(jù)幅值大小，選擇出大于基波幅值百分之一的諧波信號，用小波包變換進行分解與重構(gòu)；
(4)使用小波包變換分解時使用濾波排序法，使每次分解得到的信號遵循低頻在左、高頻在右的原則排列，之后將信號再進行重構(gòu)運算，最后得出其各次諧波電壓、電流有效值，高頻瞬態(tài)信號則繼續(xù)由小波包變換進行重構(gòu)計算，得出其各次諧波電壓、電流的有效值；
(5)經(jīng)過綜合檢測算法檢測出各次諧波含有量以及電流、電壓畸變率，并由DSP芯片輸出給CPLD芯片，通過CPLD芯片進行人機交互及與上位機的通訊，CPLD芯片將數(shù)據(jù)輸出給液晶顯不屏顯不，并且能通過按鍵切換液晶顯不屏的顯不界面，同時CPLD芯片通過以太網(wǎng)通訊接口單元將數(shù)據(jù)傳輸給上位機；
(6)上位機組態(tài)界面能夠顯示實時波形、電壓畸變率、電流畸變率以及各次諧波含有量等數(shù)據(jù)，能夠通過查看歷史數(shù)據(jù)形式從數(shù)據(jù)庫調(diào)用以往的諧波數(shù)據(jù)。
[0013]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，效果如下:
Cl)本發(fā)明采用DSP芯片為主和采用CPLD芯片為輔的數(shù)據(jù)處理裝置，通過CPLD芯片做中間橋梁，DSP芯片僅需將命令發(fā)送給CPLD芯片，待CPLD芯片完成任務(wù)后再將數(shù)據(jù)交由DSP芯片，減少了 DSP芯片的等待時間，提高了 DSP芯片的運行效率，并且能有效利用DSP芯片引腳的復用功能，從而有效提高了裝置運行速度，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的計算，有效解決了現(xiàn)有的技術(shù)中存在的運算量大造成的識別定位速度慢的問題，提高了準確度及實時性，并具有結(jié)構(gòu)簡單的特點；
(2)使用加窗值FFT算法對信號進行檢測，得到各次諧波的幅值，根據(jù)各次諧波的幅值大小，選擇出需要分析的諧波，用小波包變換進行分解重構(gòu)，小波包變換使得檢測準確度增加，并選擇大于幅值百分之一的數(shù)據(jù)進行諧波分析，減少了運算量，提高了運算速度；
(3)相比以往對單純的諧波檢測儀，現(xiàn)有系統(tǒng)通過添加包括CPLD控制器的人機交互模塊對諧波檢測裝置進行數(shù)據(jù)圖像監(jiān)測，提高了諧波檢測儀與上位機的匹配度；
(4)小波包變換(包含分解與重構(gòu)兩個方面)的分解環(huán)節(jié)，在每次分解總是使分解得到的信號幅值大小排序為左低右高，避免了在分解過程中高頻信號映射到低頻信號中造成信號混疊。
【附圖說明】
[0014]圖1諧波檢測裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2設(shè)計方法實施例硬件裝置結(jié)構(gòu)圖；
圖3以太網(wǎng)接口單元電路原理圖；
圖4人機交互功能模塊電路原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及具體的實施例對發(fā)明進行進一步介紹。
[0016]如圖1~圖4，一種基于DSP的諧波檢測裝置，包括用于電流電壓信號采集的數(shù)據(jù)采集模塊、用于諧波分析的DSP芯片、用于輔助DSP芯片的CPLD芯片，用于本地顯示數(shù)據(jù)的人機交換模塊和遠程實時監(jiān)測采集數(shù)據(jù)的上位機，所述CPLD芯片上連接有諧波檢測的DSP芯片、人機交互模塊以及通過以太網(wǎng)通訊接口單元連接的上位機，所述DSP芯片還連接有數(shù)據(jù)采集模塊，并連接有電源模塊。
[0017]優(yōu)選的，上述數(shù)據(jù)采集模塊包括依次連接的電壓電流互感器、低通濾波器、信號調(diào)理器以及A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器與方波發(fā)生器并聯(lián)，通過該連接結(jié)構(gòu)將電流電壓信號轉(zhuǎn)換成DSP芯片能夠處理的穩(wěn)定可靠信號，并且DSP芯片可根據(jù)方波發(fā)生器輸入的脈沖信號，得出信號的頻率。
[0018]優(yōu)選的，上述DSP芯片采用TMS320F28335芯片，該芯片具有32位浮點運算功能，負責實現(xiàn)對諧波進行分析的功能。
[0019]優(yōu)選的，上述人機交互模塊包括液晶顯示屏及按鍵，分別連接到CPLD芯片，將數(shù)據(jù)顯示到