基于DSP的谐波检测装置的制作方法

本发明涉及基于DSP的谐波检测装置。

背景技术：

随着电力系统非线性负荷的不断增加，电网中暂态谐波含量大大增加。谐波可引起系统的电感、电容发生谐振，使谐波放大。当谐波引起系统谐振时，谐波电压升高，谐波电流增大，引起继电保护及安全自动装置误动，损坏系统设备(如电力电容器、电缆、电动机等)，引发系统事故，威胁电力系统的安全运行。这些暂态谐波已经对电网造成严重的影响。一般来说暂态谐波的能量都是有限的、非稳定的，分析和识别这类谐波信号时，需要了解该信号在时域和频域的局部信息，或了解该信号的时—频平面结构。基于傅里叶变换的谐波分析方法建立在信号平稳的假设基础之上，不适合分析暂态谐波。小波变换具有良好的时频局部化特性，理论上可以用来分析暂态谐波。电力系统谐波对人们的日常生活带来了严重的影响，引起了人们的广泛关注。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明设计了基于DSP的谐波检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于DSP的谐波检测装置硬件主要由传感器和调理电路、偏置电路、锁相倍频电路、A/D转换电路组成，算法采用小波变换与傅里叶变换相结合的暂态谐波分析方法。

所述传感器和调理电路，该电路的功能是通过电压互感器和电流互感器，将强电信号转换为弱电信号，并将双极性的交流信号通过偏置电路转换为适合A/D采样的单极性信号。

所述偏置电路，其主要器件是运算放大器，其功能是将互感器电路输出的10V左右的双极性交流信号转换成适合AD采样的0～3V的单极性信号。

所述锁相倍频电路，方波信号送入锁相环电路，触发A/D进行同步采样，达到采样点数整周期的均匀细分，实现快速跟踪电网电压频率变换的目的。实现整周期采样的关键是如何把一个完整的周期信号分成N等份进行采样(N为一个周期内的采样点数)，即实现倍频。

所述A/D转换电路，谐波检测对采样数据的精度非常高，为保证模数转换精度，减小测量误差，A/D转换芯片采用ADI公司的AD7656，它是6通道16bit逐次逼近（SAR）型高速ADC，每通道可达250KSPS的采样率，适合多路同步采集系统的要求。

所述小波变换与傅里叶变换相结合的暂态谐波分析方法，结合小波变换良好的时频局部化特性和傅里叶变换良好的频域分析特性，提出小波变换与傅里叶变换相结合的暂态谐波分析方法。利用傅里叶变换和静态小波变换得到被测信号的频域特性和时域特性，再结合连续小波变换得到暂态谐波的时频特性。

本发明的有益效果是，装置在分析时采用锁相倍频电路和TMS320LF2407 中的事件管理器触发 A /D 转换。通过FFT 检测电网中的稳态谐波成分，利用小波变换分析暂态谐波，并通过 LCD 显示检测结果。系统能对稳态及暂态谐波均进行准确检测。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是系统结构框图。

图2是电压互感器图。

图3是电流互感器图。

图4是偏置电路图。

图5是锁相倍频电路图。

图6是数模接口电路图。

具体实施方式

在图1中，包括传感器电路、信号调理电路、锁相倍频电路、AD转换电路、键盘和

液晶显示电路。

在图2中，电压互感器型号为SPT225A，额定输入电流2mA。R6为限流电阻，无论输入电压多大，只要调整R6的值，使输入电流小于2mA，就能满足使用条件。由于互感器输出的是电流信号，因此采用副边电路将电流信号转换为电压信号。运算放大器采用OP07，两个反接的二极管起保护放大器的作用。调整图中反馈电阻R22的值即可得到所需的输出电压，电容C5、电阻R14用来补偿相移，电容C6的作用是去耦和滤波。

在图3中，电流互感器的型号为SCT205A，额定输入电流为5A，副边电路的设计及参数计算与电压互感器电路相同。

在图4中，LM336-510为5V电压基准，设加载在电阻R7上的信号为Vi，OP-07输出引脚6上输出的信号为Vo，则整个电路的运算关系，电压的范围为0～10V，则电压的范围是0.22～2.42V，满足A/D输入范围0～3V。

在图5中，FFT变换在信号的一个基波周期内采样64个点，所以方波信号再送入由锁相环芯片CD4046和计数器CD4040所构成的锁相环电路，将PLL信号作为CD4040的时钟信号，CD4040的输出连接到CD4046比较信号输入端BIN以生成64倍基频的采样脉冲，触发A/D进行同步采样，达到采样点数整周期的均匀细分，实现快速跟踪电网电压频率变换的目的。

在图5中，A/D转换芯片采用ADI公司的AD7656，它是6通道16bit逐次逼近（SAR）型高速ADC，每通道可达250KSPS的采样率，适合多路同步采集系统的要求。AD7656的6路模拟输入分为3组，由CONVST信号控制；BUSY信号用来指示采样的转换情况，待BUSY信号变为低电平时，表示A/D采样成功。在设计中，将A/D的三个CONVST管脚连接在一起，由锁相倍频电路的PLL信号启动，就可以实现6通道的同步采样与转换。数据转换完成后，BUSY信号变成低电平，由此触发DSP的INT2进入外部中断，再由DSP得16位数据总线依次高速读取出6通道的A/D转换值。