基于dsp对电力系统的谐波测量及数据分析.doc

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摘要

本文首先回顾了国内电力系统谐波监测装置的现状，分析了数字信号处理芯片（DSP）在电力系统中的应用前景。然后，介绍了谐波的基本概念、衡量指标和数学分析方法。最后针对电力部门和实际应用的需要，提出了以AD73360和数字信号处理芯片TMS320C5402构成的硬件系统设计构想。
论文完成了基本的硬件电路设计和软件算法设计。
硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计信号的多通道同时采样，A/D和DSP芯片的处理速度快的优势，满足了实时性的要求。
软件算法方面，系统采用传统的快速傅立叶变换（FFT），对采集的电压和电流信号进行频谱分析。论文中还详细分析了信号的采样问题。初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法，实现了对谐波的测量功能。
本装置可以进行快速的信号采集和实时的谐波分析。

关键词：数字信号处理器（DSP），谐波，McBSP

Abstract

By loking back on the present situations of the electric harmonic monitoring equipments, the prospect of the pracitical appliication of Digital Signal Processor (DSP) in the electric power system is discussed in this paper. This paper briefly analyzes the concepts of harmonic and then proposes the hardware structure made up of AD73360 (A/D) and TMS320C5420 (DSP) at the demand of practical applications of power department.
The design of both hardware and software is finished.
A real-time high-speed multi-channel, synchronous data sampling and processing system is designed based on DSP. AD73360 is directly connected to Multi-channel Buffered Serial Port (McBSP which is a kind of six-wired synchronous serial port) on DSP for data exchange.
The sampled voltage and current signals are harmonic analyzed by DSP using the fast Fourier transform (FFT) algorithm. Some considerations conceming about the signal samnling are also discussed..
The equipment can provide high-speed signal sampling and real-time harmonic analysis.


keywords: DSP (Digital Signal Processor), Harmonic, McBSP (Multi-channel Buffered Serial Port)

目 录
摘 要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT……………………………………………………………………………………愀

1 绪论……………………………………………………………………………………………1
1.1问题的提出…………………………………………………………………………………1
1.2国内电能质量监测的现状…………………………………………………………………
1.3DSP技术的发展………………………………………………………………………………
1.4课题的研究任务……………………………………………………………………………
2 电能质量参数的测量和计算公式…………………………………………………………
2.1基本模型……………………………………………………………………………………
2.1.1有功功率的计算………………………………………………………………………
2.1.2无功功率的计算………………………………………………………………………
2.1.3视在功率的计算………………………………………………………………………
2.1.4功率因数的计算………………………………………………………………………
2.2谐波测量原理………………………………………………………………………………
2.2.1谐波的概念……………………………………………………………………………
2.2.2谐波的计算……………………………………………………………………………
2.2.3谐波的分析……………………………………………………………………………
2.3信号的采样和频谱分析
2.3.1周期信号的采样………………………………………………………………………
2.3.2采样数据的计算方法…………………………………………………………………
2.4利用快速FFT算法进行频谱分析…………………………………………………………
2.4.1蝶形运算………………………………………………………………………………
2.4.2码位倒序………………………………………………………………………………
3 硬件设计………………………………………………………………………………………
3.1硬件设计总体方案…………………………………………………………………………
3.2 DSP部分……………………………………………………………………………………
3.2.1 DSP系统的构成………………………………………………………………………
3.2.2 DSP芯片的选择依据…………………………………………………………………
3.2.3 TMS320C54xx具有以下硬件优点……………………………………………………
3.2.4 TMS320C54xx DSP芯片的硬件结构…………………………………………………
3.2.5存储器映射寄存器…………………………………………………………………
3.2.6灵活多样的寻址方式………………………………………………………………
3.2.7 二次开发扩展子板接口……………………………………………………………
3.2.8 DSP的多通道缓冲串口(McBSP) …………………………………………………
3.3 A/D部分…………………………………………………………………………………
3.3.1.A/D的选择AD73360…………………………………………………………………
3.3.2 模拟输入通道的电路设计…………………………………………………………
3.3.3 时钟信号的选择……………………………………………………………………
3.3.4 电源和接地…………………………………………………………………………
3.3.5 与DSP的接口电路设计……………………..