1、江苏大学硕士学位论文基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计姓名：夏爱玲申请学位级别：硕士专业：农业电气化与自动化指导教师：李正明20060601江苏走擎磺士学位论文摘 要逐年来，隧麓瞧力嚷子技术懿发展，菲线瞧受载静誓毒性霸不平衡瞧使电阏魏无功损耗增蕊，丽电瓣中无功功率稳传输会造成翮络损耗以及受电端龟莲下降，大量的无功功率在电网中豹传输使电能刹用率大大辫低且严重影晌供电质量。瓣戴在电网中装设无功冬臻装置成为滤懋奄滔无功霉零抟必要手段。本文首先禽蝌了国内外无功补偿豹现状与发展趋势，分耩与研究了电鳓参数的测撼方法，利用FFT方法辩泡网谐波频谱进行了分析，并提出了基于AVR单冀枫豹低匿无功髅蛉设诗
2、方法。在投甥控铡上，采窝茏功功率控制，与常冕熬功率嚣数控制方案榴眈较，避兔了轻载振荡。在软俘上，漾爝e语言缓疆，遵循模块他设计的原则，提高了系统豹通嗣性并褐予以后的维护与升级。零装置酝合精密电源在实验塞送行授讶试验，戳中文液晶显示赛西实懿显示系统谖行情况。实验结果表明，装霪投切控制测量正确、电容器授切准确抉捷、操作方便、响应道殿快，完全满足实时控制的要求，证明了该方案的可行性。关键词：无功专偿，AVR单片季几，FFT，谐波江苏走擎磺套孥箍论文ABSTRACTWith the development ofmodem power electronic tectmol093；nonlinear lo
3、adsimpact and imbalance reduce fihe power factor蕊increase the reactive power toss。Because transmission of reactive power in electric network Can lead to network lossand step-down voltage,transmission of馥great deal of reactive power necessarilyresulted in reduction of巍嚣嚣efficiency of power energy and
4、 severely effectedvoltage qualityIt became necessary means that reactive power compensation deviceswere installed in proper position ofelectric network，FLrstIy,the developmental aetuaIity an硅trend of reactive povcer compensationsystem are introducedThere are lots ofmethods to measuring electric powe
5、r networkparameters，so燃e of them囊撵analysed and conrpared in this thesis，finally the FF警are adopted。The system adopts thyristor as switch that cormeet capacitors tO main circuit，numeralization control and Chinese menu LCD s笠reen interface displaying母stemsruntime status momentariiyTherefore actualizes
6、 the capacitors speediness,riopercussion switchingThe software design adopts the C languageWe tlse the methodof mxlularization which Call improve the universal trait of the program嚣艇mn,ptiSthe deviceS maintenance。The summary of the control system control procedure瓤carried OU in this paperFinally,the
7、 summ擞izafion and prospects of the research amdescribed。Athe end of the paper,test results based Oil solware slmulation andswitching capacitor in tab is also givenII shows that the control strategy and therelayprotection of capacitor work well and can satisfy the need of real”time measureand control
8、。KEY WORDS：reactive power compensation，AVR mierocontroller,FFT,harmonics墨苏太拳矮士攀燕论文独创性声明本人郑熬声聪：所燮嶷的学位论文，是本入猩导师的描姆下，独立避霞疆竞互捧嚣褒替鼹蒜暴。除文中基爱注骥萼爝羹爽枣驭舞，奉论文不包含任储其他个人溅集体已缀发表或撰鲻谶的作晶成果。对本文蕊褥究彀爨囊要菱熬憋拿天器鬟抟，鹭量在文孛骧鬓蠹方式穰溪。本人完全意淤劁本声鹈的法律结果湖本人承担。举梭论文律糟煞名： 鬓荔荔，阁期：2006筇6月学位论文版掇使用授权书Y、1013791本擎霞谵文髂卷裳垒了舞擎较蠢关捺罄、夔溪学夔谂文瀚黎蹇，嚣蠢
9、喾较绦窿莠囊鬣家蠢关鄢门残辊臻送交谂文豁簸露终裟窀予黢，兔诲论文被套辫鞠镄潮。本入授权江苏大学研以将本学撼谂文的全郝内容躐都分内容编入裔关数撼麾进行捡素，霹淤澈麓影秘、壤露姣秘撼游复剃手段保密鞠汇犏零学键论文。学囊潦文孬薯鉴京：勇骞葛搭攀鼗瓣签名：2006年6爿时苍壶D k2006年6冀阶a餐校攫零鬻满醛嚣簸军程口蜀密寮傣獠乎瀚文涂位学本江苏大擘硕士学杖论文11谍灏研究的背爨第一章 绪论逐年来，淹羞我鬓鬻琵经济GDP(嚣民生产总篷)黪不鞭堪长，我溪懿电力工业魄窝了长足豹发袋。弼时电力弼中的无功阅题也已逐渐g超人督丁的广泛关注，这是由于随着电力电子技术的飞速发展，备释毫力电子装露在电力系统、工泣
10、、交遵及家纛中的皮矮疆蕊广泛。覆太多数魄力瞧予装饕瓣功率嚣数缀爨，它们所消糕f|勺无功功牵在电力系统掰输送的电量中占有缀大的比例。无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗罐加，导致大量有功恕能损耗。同时使功率霭数镳低、系绕魄蔗下降。无功臻攀懿果不缝裁缝毒搂，溺户受蕊瑟爨鬟鹣无功功率全靠发、配电设备长距离掇供，就会使配电、输电和发电设施不能究分发挥作搦，降低发、输电的能力，镁电弼豹供电威餐恶化，严爨时可能会经系统瞧嚣囊浚，遗戎大嚣壤箨遗事酸。攒撤道，我鞫平均每年因为无功分爨过大造成的线损嵩遮15左右，折算成线损憩餐约为1200亿予瓦时。缎设全国电力网负载总功率翱数为0。85，采用无功髅装嚣
11、将功率嚣数放085爨赢弱0，95嚣孪，赠每年虿致蹲鬣线撰终240亿予瓦对。i琏年来，随篱电嬲负荷的增加，对无功功率的要求也与嚣俱增。由于无功功率潮肖功功率一榉，是保证电能质整不可分割的部分。所以在电力系统中需|；要避行无功功率羚臻，这对邀力系统安全、可靠运零亍舂黄镶蓬簧辩意义。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的，因此，为了输送有功功攀，就要求送电端秘受电端的电疆有一相位蓑，这在相当宽能范围内可以实现：丽为了输遴无功功率，瓣要求掰壤毫压有褥镶差，遮只簸在穰窄鹣蕊丽两实蕊。不莰大多数阑络元件消耗无功功率，大多数负载也需婺消耗无功功率。显然，这然无功功率如巢都要由发电枫提供并经过长距离佳送建不舍理
12、的，通常也是不可齄黪。合理豹方法痤是在需簧瀵耗无珐功率蘸地方产生无功凌率，帮无功髅。凭均补偿的作用主要有以下几点：(1)提高供用魄系统及负载豹功率医数，降低设备容鬟，减少功率损耗。(2)稳定受毫端及毫瓣静魄聪，提高供电质量。在长鞭离辕亳线串台道魏江器支攀磺士拳茬瓷文地点设嚣动态补髅凝嚣还可以改蛰输媳系统的稳定性，撼简输电能力。(3)在电气他铁邀中等三相濑虢不平衡的场合，濑过涎警的无功补偿可以早餐三囊豹鸯功及涎稳受载瑚。2无堵补僚麟究凝发襄趋势凇早期豹无躲补偿装嚣为鄹步调拥帆糊并联电容器。嗣疹调棚橇可理解为专f溪寒产生嚣凌功率激建多超辊，霹裰掇嚣簧控裂嚣步惫撬趣融滋，菠荬王撵焱漕聚疆或炙囊磁豁靛
13、态下，获嚣蕊蠢太夸不露魏吝整袋黎浚纛功璇率，嚣蓖懑寥落棒辊可对琴绫溺功避行动态臻。德熬它属于旋转设铸，遮行中的损耗和嵘声粼比较大，运行维护凝杂，成本高，熊晌J激速度慢，难以潲怒快速动态补偿的鬻蕊。并联电容嚣镩攀燃济，灵活方便，德葵嫩抗霾定，不能羰瓣爨耱玉功嚣求的燮化簿季蓑凄嚣对嚣功珐率爨凄悫孝楼。疆藿奄宓懿予授零戆发震，避惩霉爨瑗了多释魄力蘩绒笼功章镖耩技术。憩力电子技术媳笼功偿技术的基础，憩力电子器l牛向快速、肖电压、大功率徽殿，使采用奄力泡予器牛的无功豁德从凝本上改变了交流输电嬲过去基本只傲黥帆藏囊、後逮、灏黪觳季穰辏薮整戮熬麓鬣，获瑟叠交滚稔爨鼹餐袭了窆藜嫒遽、连襞器靖稳蕊捺浚戮获傣稼溪
14、法璃零鹣簇力。隧餐蕊鸯奄予器捧魏蕊震，薰翡替偿控制嚣程麓槛溉和功能上也浅溅不同的发展滁段。涎功补偿控制器爵幽蕊予SCR的静止巍劝$b髅器(Static Var CompensatorSVC)、菇阉管控制串联魄辫祷嫠爨(Thyrister Controlled Series CompensatorTC$O发嶷蘩墓予G弼越簿壹乏费爱垒器(Static Var Generator-SVG)、黪蹙瓣黟霉袋餮嫠器(StaBieSynchoronous Series Compensator-SSSC)、统一潮流拣臻器(Unified&wer Fio档ControllerUPFC)、可转换静止补偿嚣(Con
15、vertible Static CompensatorCS等。I、势盘嚣袋楼器(SVC)翠精静静止嚣功补馁装嚣蕊稳辩耱靛器(Saturated Reactor-SC)謦，1967年英国GEC公间制成了全氆界上鹪批饱和电抗器澎SVC。饱和电抗嚣舄俐拶谶鞠辊裙比，熟拇静止燮的侥点，蛹感滤发状，瞧因其铁心潞磁化到拖和状态，戳慈豢糕雾臻声舔镶犬；恧曼毒奁鼗臻浚惫鼹魏一壁褥豫怒遮，溪骥素瑟占攒静蹙2江苏欠拳磋士学位论文无功补偿装置的主流。1977年茭溺GE公司首次在实际电力系统中运行了使用晶阉管豹黪脊装饕，1978年美弱鹾瀑公司裁造豹使用照潮罄的静幸装嚣投入实际运行。随后，毽券备大电气公司郡竞稆推出了备
16、舆特色钓系列产赭。宙予使用龋阐管的SVC具有优良的性能，_|萝以十多年来占据了静止凭功偿装嚣的主导地往。戮鼗，SVC般专撂使用菇阕警豹静羚装鬟。SVC是利用晶潮管作为阉态开关来控制按入系统的电抗器和电容器的容量，从丽改变输电系统的导纳。按控制对象和控话方式不同，分别称之为晶嘲管控制亳挠嚣(姆ri髓or Control Reactor-TCR)，鑫阕管羧凌毫容器(Thyristor SwitchCapacitor-TSC)及这两者的混合装霆(TCR+TSC)，TCR与固定电容器(FixedCapacitorFc)配合使用豹静止燹功补偿器(TCR+FC)和TCR与枫械投切电容器(Mechanica
17、lly Switch ea辨囊隧一Msc嚣合使瘸豹装置(TCR+MSC)渤。2、静止无功发，主器(SVG)羚止无功发生器(SVG)氇称为赘盎穗撵撬(Static Condenser-STATCON)，静止嗣步枣偿器(St8tic Synchronous CompensatorSTATCOM)1、新懋静止无功发生器(Advanced Static Var Generator-ASVG)。其分为电压黧桥式电路和曦流登褥式电爨秀穆类鍪。电压型桥式电路，其直流侧采用电容作为储能元件，交流侧通过串联电抗器并入嗽隧：毫流型榜式电路，蠢濂侧采用电感作为储能元4簪，交流侧并联E毫容器嚣羧入电弼。迄今投入实爱豹
18、SVG大都采爝窀匿墼轿式电路，透j磁SVG往往专指聚用自换相的电压型桥式墩黯彳乍为动态溅功补偿豹装鼹。与SVC稳魄，SVG爨有以下5令霞点：调节速媵怏。SVC内部的电力电子开关元件多为晶闸管，龉阍蛰导通期闻处予失控状态，使SVC每步补偿时润闯隔至少约为工频的半个周期，两SVG采髑GTO搏为开关元诲，GTO霹在O,001s髓阗发舂关群，蔽嚣萁枣耧速度受浃；运行范围宽。在欠疆条件下，SVG研通过调节其变流器交流侧电蕊的幅僮窝穗谯，健其繇麓提供的簸大茏凌电流绫掩不变，莰受葵惫力半导体嚣霉懿毫流爨黻涮。雨SVC系统，由予所能提供翡激大电流受其并联龟抗器的融抗特性汪芬太学礤毒喾往论文戳翎，嚣蔼辕饕憩蕊的
19、降低甭减，j、；可戮在疑戆拣剽客燕靛熬个藏嚣中避器违绥秘蠢翁调节：SVG不篱大骞黧煞毫容、魄感譬麓娆元箨，葵蠢滚灏辫壤瓣翁遵摭嚣裁避察元咎瓣餐爨逡蹴SVC巾蹙耀熬枣，毽大大缝枣装鐾熬髂较帮成本谐波禽戳小。SVG在袋淑多鬟化技洙、多魁平按港或PWM技术等措施菇，饔大文减少枣臻彀滚孛麓谴波食爨嘲。耱鼹激漶嚣进嚣茏穗於臻豹瑗埝孚寝2转遣纪瓣每鼗羧澄漱G姆g舜b穗窿。1980年雾零醋剿壤筵螽采爱强造按褥繇式激瞻静筠Mvar SVG驻蘩，避器嚣戮毙相衣他镊域开展研究。1986年燕霪研制爨基予GTO豹1 Mvar SVG，1991霉与1994每爨搴鞍美蠢势爨辑貘懑暴鬟GTO羚80撼v嚣帮100 Mvar
20、SVG，1997年薏溪磅蠲惠慕掰GTO鹣8Mvar sv&，995颦清华夫攀与蓠囊密魄力爨共鞫疆铡逝袋颡蒋台露为工选试验装麓熬妻300 kvar SVG，1999年清华大学糍游离镬电力简礤戳蠡其奄工监廉翔水平的慕用GTO静20MvarSVG嚣势鼹成臻。簿凑舞霹SVG瓣建摸、较裁攘戴、缍橡竣诗甜张不瓣舔控铡驰1等馓了缀多瓣磷究，穗羰嚣还蠢缀多褰谂耨实鞲运臻懿淹繇瀵褥簿姨。3、统潮流控制瓣(UPFC将SVG中姆电掰并联盼滚掇器蔑为与电阚审联的燕艇器，就成为静止辩步零鼗蛰罄嚣(Static Synchomnous SeriesCompensator-SSSC)19l，玄麓宾瓣瓣线然滚滚麴浚逮拣麓。熬
21、一套SVG与一套SSSC辩蕊流铡逶潼囊滚逛嚣藕合，赣褐成了统潮瀛控灏嚣UPFC，SVG与SSSC襞磷醮含搜援毽熊耩狭立逛行。囊予SVC，STATCOM只能控制笼璃渤率戬调节系统宅压，如莱燕翁策赫粼瀚冀砉袁多耱黉求，溉需要在该楚竣餮意种装藿。遮瓣大了安装、调试鼹王器璧，弱对设蔷鲍投资遵攘辫霹凌。UPFC戆基本恿怒爱愚鼹一释蘸一鹣毫兔亳予艇赣裁嚣，裁遵遮控制筑德翡交张，簸靛辩线黼奄鍪、鞭菝、穗证镣奄力装绫蒸本参数褥瑟送行狳糕，双焉熊势裂戴鬻瓣安聪劳联蛰戆、宰瓣罄、移藕等A辩不鬻熟凌能，与燕它无功孙偿装驻鞠魄，UPFC控刳菠戮城大，控制方式嶷为涎活。缱一灏浚攘秘器懿凝念整蠹美辫疆霪辩渡中心麓Gyug
22、yi瓤子1992每掩窭瑟苏太擘磺士擎赣论文的，被认为是无功偿装嚣中袋鼠代表穗的装掇。世界上许多国家都在开腿这方瑟翡醭究工佟。美溜、法嚣帮在翔紧实际装置鹃疆究，美黧tnez交惫蛞嚣予t998年在138 kV系统上安装了UPFC。我篱也开鼹了UPFC的研究，但大多数仅限于理论研究和数字仿囊研究以及物理模型的建立。霹、可转换静定祷德器(CSC)|蠹纽约毫力髑NYPA与EPRI专家共同建议，并联台瑙羼公司和PTI合作研究数霹转换静止补偿嚣(CSC)楚强功辘耨型控裂器。正在安装孛的美遴Marcy变电鹚中豹CSC溺多个弱步电蘧源逆交器鞫成，毒嚣对控制2条戳上线路潮流(有功、无功)、嘏溢、阻抗和榴角，并能实
23、现线路闻功率转换。其实攒是一种UPFC的多重组合。露霹CSC舆蠢4硬功剿201：静止无功发生器的并联无功补偿功能；静止同步串联补偿器的功耗；综合潮流控潮器韵功能；控制2条线路以上潮流的线闻潮流控制功能。CSC被认为怒最薪一代静无功补蟹装黉，嚣兹饺雀美溪Marcy交穗菇中安装了此装霆。其中作为SVG运行的两台100Mvar弗联部分已于2000年分别在孵条线路上安装宽警，两台作为SSSC运行的串联帮分尚未安装完毕。内于无功补偿技术及其控制器发展迅猛，些耨的装鼹不断被开发出来，使雩寻无功偿控制器中的颓|日装鬟出现并存发腱的局面，无功补偿控制器中的无功羚镁装嚣SVC，SVG，UPFC及CSC骚羲一魄楚
24、予这群一转发震餐嚣。作为较早浅现的无功b偿装嚣SVC，由予采用的是佟缆的半控型器串SCR，成本低，量技术成熟，邋此是融翦广泛使用酶无功於偿装鼹。国前对SVC的磷究主臻集中在控销策路上。搂糊控翻、天王棒经潮臻彝专家系统等餐筑控懿手段被g入SVC控制系统，使SVC系统的赣能燹加提。琵SVG，UPFC及CSC爨瓣懿应建纹菊黻予个爨工程，滏无法大规模痰攒，一方顽是由予这黧甄功补偿装嚣霈大量借助予全控器释，两全羧器警嚣前价格非5江茹太拳筷士学娃卺文常昂贵，使得瓣莉该类无功毒偿藕鬣的工程造价比SVC谢：另一方箍，就擞涎功偿装置的技术还不完善，有许多搜术闯题尚待解决。缎大功率电力电予器件投术本赛发震迅速，表
25、寒熬功率嚣绺开关鸯萋会逐步增大，徐格粼援皮下辩，j琏：类豁GTO等蓊型全控嚣转羹接心静燹凌癸蟹装雾籀逵狯会逐步癸鼹。嚣舔大魄黼会议罄展开眷关SVC与SVG的谯徐皖黪讨论，不少专家认为，出予SVG不需采用大量豹魄裙嚣裁可以实现无功的快速调节，琵电餐器的价格多年来比较稳定，不可能大娲艘下簿；辐爱，电力电子器件的价格会不断下辩，故预计SVG会跑SVC更骞竞争杰，蠹噩乏嚣翼，聪辫逶输浆洚繇郛鼗零静宠蓦，在不嚣翡蒋浓SVQ，UPFC及CSC褥成舞秀臻钤髅羧零戆发震方蠢。1。3本文的研究糊的与意义供毫系统鬻辔予感整囊鼗过重，远戏黪鳇差凌建大，魄靛溪羹下舞，襄率觳羧蓬低。为提蠢憩察溪薰窝臻率鬣激，维护奄力系
26、巯轰龛、豫定谶运蠢，鬻辩裁低嚣例装设无功傣装鬣。本文针对鞲辩无功补偿控螽4器及糊关技术进行了较为淤入酌研究，在此蕊础上，聚臻ATMEL公落雍窭辩AVR系裂荤冀蕊透露嚣功替绥控麓器魏设诗野餐。AVR系囊擎片桃其有速度谈(大多数攒令撬行辩凌凳罄个礁镑两麓，够遮剿1MIPSMHz豹性能)，内存丰富(内谶EEPROM与ADC)，价位低等优点，髓剥用AVR孳片槐的摭捉功能可以嬲单、准确的计算出电嗣的闽期和频率。竣薯十上采爱鬣动耗CMOS按零，囊萎在鞔转上囊毅支持c赫缴滔言(臻IA翌系绕魏Icc90c骧译器缡译)及茳绽谗言(鼹AVR挺壤器编译。辫藏选矮淫赞眈较巍的AVR单片枫累别中静ATmegal6米进行
27、低压无功补髅控黼器的设计，蹲憔了仪表的成本，便予该仪表的推广利用，从聪可以更大范围的提离电网的供电艨嫩。t4本文瓣奎甏互擘本文的主褥王佟安排如下：1、研究当瓣电力参数测量豹几种塑装方法，并简嚣的分析了各种方法的优缺点。在对各耱魄力参数测董方法避行分褥迎较嚣，选撵键髑实羯、准确粒FFTS汪蓁大擎硕士学拄论文方法来遴行测量。拣准确测量电力参数的基础上，确定秃确偿方法及补偿控制鳖。2、数字式溅囊冀疆在避嚣稷缝鑫虢浚爨馨雪，多采鼹寨载壤开，巅悉繁琐熬浮点数诗冀方式寒遗霸鼗馕运舅，计算鳖大，釜式菱杂。洚了悫鞭这释弊溃，零文所提出一种简单的极性自动识羽方法，该方法巧妙的利用了数学公式来进行计算，使用篱单的
28、窥点数郊可完成，斛魏大大降氐了处理潞的计算薰。3、采嚣AVR焱甍擎冀辊孛懿ATmegal6受瑟鹫棱心，溪缝宅设谤了低燕笼臻於惩系统，黠该系统裙应静硬箨了设诗，莠最器系统要浓及系统懿硬鼗绪褥缀霹程序，以准确的实现系统所要求的性能。4、最厝，对黻缆进行了测试，撼零达到预期弱标，搏搬避了需遴一步深入嫒嚣熬袁褰，对令愿逛力蓉绫测控装爨菠藤方巍进牙了骚艇。乍江苏大学硕士学位论文第二章电网参数测量算法与无功补偿的研究2。1概述电网参数的测薰是本课题设计的一个重要组成部分，准确、快速测量是低压无功补偿控制器设计的基础，对于实现电网调度自动化、保证电网安全与经济运行具有十分重要豹意义。本章在简要介绍分析各类电
29、网参数测爨方法层，采用技术比较成熟的傅立时变换来计算备电网参数，在准确i519屡电网参数的基础上，对无功补偿的驭理及方法遴季亍了简述。22毫弼参数测量算法研究电力系统蒸本电阏参数的测量主要包括：电流衣效值、电压有效僮、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率。根据被采集信号的不同，数据采集可分为直流采样和交流采样两大类。蹇流采样是把交流电压、电流信号转化为O5V的蠢流电压，这秘方法的主要优点是算法篱单，便于滤波，但投资较大，维护复杂，无法实现实时信号采集，因而在电力系统中的应用受到限制。交流采样是把交流电压、电流信号转亿为5V(或0SV)豹交流毫压进行采集，主要优点跫实时生好，相位失真小，
30、投资少、便于维护，其缺点是算法复杂，精度难以提高，对AD转换速度要求较高。隧着微机技术的发展，交流采样以其优异的性能价格比，有逐步取代壹流采样的趋势。交流采样的应用范围非常广泛，搬据应用场合不同，其算法也有很多种，按照蒸模型函数的不同，大致可分为正弦模型算法、非正弦摸型算法。正弦模璺算法主要有：最大值算法、单点算法【111、半周期积分算法、两点算法、导数算法和快速三点算法。其中，最大镄算法测爨电压、电流的商效值误差大小与AD的位数和采样周期有关，AD的位数越商、采样周期越小，则误差越小，测量精度越高；如果采集三楣对称正弦信号，单点算法不失为理想算法，对采群时刻没有要求，甄准确又挟捷，弗且可以同
31、时测量得到电压、电流、有功功率和无功功率，僵这种算法对采样信号要求较高，硬件较为复杂；半周期积分江苏大学硕士学位论文算法的数据窗长度虽然要半个周期，但它的运算量l常小，只涉及加减运算，可以用非常简单的硬件实现。另外它有一定的滤除高频允量的能力，因为叠加在基波成分上的幅度不大的高频分量在半周期积分中其对称的正负半周期相互抵漓，剩余未被抵消的部分所占豹魄熏就减少。但是该算法不能季印制支流分量。因此对予要求不离的电压电流保护功能可以采用此类算法。菲正弦模型算法主要有：有效值算法、均方根算法【l孤、傅立时及改进的傅立时算法、最小=乘算“法(Least error square algorithm)t靶
32、、卡尔曼滤波算法(Kalman filteralgorithm)【碰17】【18】、小波变换算法【191等。其中，有效傻算法的计算精度与采样点数N和采样的同步度有关，在系统允许的前提下，可以增加采样点数来提高运算精度。该算法实时性好、简单，能够计及信号中的离次港波的影响，在不需要测量基波和各次谐波参数的情况下，可以选用此方法；均方根算法能计及高次谐波的影响，劳且随着每周采样点豹增多，可以提高采集精度，但采样点太多必然降低采集速度，增加了运算爨，因而需要在糖度和速度之闻作出适当的选择；傅立时及教进豹傅立叶算法是目前应用最多的箨法，可以一次算出傣号中所翔谐波，应用方便，已经在电力系统测量中得到了长
33、久的应用；小波变换算法因其在时频域都具夯较好的分辨率，褒电力系统测量中肖很好的研究价慎。2。3基于FFT的毫网参数测量考虑到数字信号处理在电力系统测量方愿豹优势及FFT算法的成熟程发，本系统采用传统的FFT算法来进行毫网参数的测量。231 FFT的基本原理离散傅里时交换(DFr)广泛用予离散信号的数字信号处理，它宪成离散时域信号到频域的转换。直接的DFT运算需要约2次操作，其中，为采样的时间序列的长度。60年代由Cooley和Tuckey提出豹快速傅墨叶变换(FFT)可以明显的降氐运算量(只需约娄l。g：次乘法操作)，成为信号处理的基本工具和迅速发展的动力。非周期连续时间信号x0)的傅里叶变换
34、可以表示为：9江苏大学硕士学位论文x(国)=x(f1“dt (21)通过上式计算出来豹憩信号x(f)的连续频谱。但是，在实际豹系统中能得到的是信号z(f)的离数采榉值x(nT)(T是采样周期)。因此以离散信号x(nT)来计算其频谱具有实际意义。不失一般经，设采样得到T N点采样值f工(睁，)，n。o，l，N1)，那么其频谱驭榉的谱阔距是峨=斋，这样一来霹接得式(2。I)的离散形式为：x(慨)：笼x讽一r N-!=Zx(nT)e_ (22)x(慨)=x(nr啦啊 。面” (22)2令=P1百并省略和r，则上式可写为一爿(豇)=x(竹肘k=0,1，N-1 (23)式中X(k)是时闻序列x(n)豹频
35、谱，称为蝶形因子。对予点时域采样值，经过式(23)的计算，就可以得到个频谱条，这就是离散傅里时变换(DFT)。可以番出，DFT需要计算约2次乘法程2次加法，当较大对，这个计算量难以承受。仔细考察DFT的运筹就会露到，充分利用蝶形因子纾0下列圈有特性，即可改善DFT的运算效率。的对称性：嘭“卅=陈“=(时)+的周期性：时=孵“”)=嘴“p利用的对称往和周期性，将N点的DFT分解为两个N2点的1)FT，这样二个2点的DFT总的计算量只是原来的半(2)2+(2)2=22)。这样的分解可以继续下去，将N2点的DFT在分解为4豹DFT，等等。最小的分解点数称为基数(radix)，基2的FFT就是凝小变换
36、为2点DFT。对于N=2”点的DFT都可以基2的F订米实现，这样计算爨可减为(2)log；个加乘运算，这比O器蠢交警鼷壹攀肇垂囊_”_H“_-H*H_。“_一”_一DFT的诗算鬟太太撼减轻。下薅给国一静FFT箨法酌窝勰t辩闻抽取(DIT)鹩FFT算法毅浚亨嬲并蓐授受N=2”，群受黎数，将N-28匏旁列扣髂垂，1一，萨l，援嚣蕊瀑靛黎器鼗勇鸯翁缀，器令嚣=塞r没m2rl，r：O，1一，彬2一l，予是DFT瓣嫩按式写先：，2rx=刘(2r)孵“ 3b 箨f知 、舅耩*舅妨笋瞎e玲每警箨磐“砖，：“l 地*。x(2棚焉2十噼兰(2r+1)嘴z (24)式串霉：。毒=；。q暴。嚣滚，专弦，扣l墨*嚣x
37、p)嚼：，2一lX=x(2r+I)u,2k-0,I,，凇一 懋轴-0,t,，Iv2-1 2醅)颦客x(k)m置(蓐十嘭而() k一馥1，一，N2一l (2，6a)蜀(秘，爿2(移榔怒影2点DFT，窍燃表示靛是DFTx(功j靛射半。爿(神魁臀蠡DFT，鬻魏攀藤窑。酝衰暴髫鳓并罩褰全；餐蕊熬上复蓑甏惑凳整遗表示菇馥)，辩黼拳瓣DFTx痨j淹：x(k+_=N了)并l()一班，；x2(露) 詹=o，l，Ar2l (2，8b)萎蛰，萎爨努蔫羹台数(艘慧蛰装，蛰霹羧上避骞法爨续进l爹努瓣*夸r=2L芦窑势lt I=0，lt努4一t鼷五承霍聂女)琵势露衰示凳；N，4-*l N“一x；I女)一x(4f)蝶轰+
38、Xx(4+2)W嚣m汪苏太擎硕士霉簋论文令“一l N，4一l=x(41)Wff。十暇，。x(4l+2)W?k：4 (27)知0 扛ON，#一X，；()一x(4)嘴：4一l爿12(膏)ix(4Z+2)W嚣4臻么墨(的一X)+蝶，：Xl：(女) 肛o，i，#4一txl(七十iN)黼搿(七)一W舢k x12(站)肛O，l，肜4l同理，令(29a)(20b)t4-1盖2固一x(4t+1)W,vt：2 k=0，l，“，嬲一1 犯10a)?=0N，4一lX22()=x(4l+3)W；tka，mO夔|j竭淡褥戮：x2)一X2l十孵，2马。(玲 k=O，t，”，鹏一l (21la)X2(七十譬)一X2l()一
39、噼，2X22(东)k=0，1，“，N4l (21lb)按上述方法继续分鼹下去，囊麓到两点的DFT为止。肖上述推导过程t可找赘FFT浆一羧瓣簿。“级”的概念。上述过程，将点DFT先分勰为隧个N2点OFT，辩是四个4点OFT，进丽八个彤8患DFT，惫至N2个黼点D心。每分次称为一“级”运算。豳为掰=l092N，所以彤点OFT分必彭级ei蝶影肇元。在FFT运麟中饪大量的如图21所汞的运算结构，由予该运算结构的几何形状像蝴蝶，放称“蝶形运算单元“，在第m级有x“(力=Xr,(力黟笛国)矗苏走学硕士擎位论文Xm+l(q)*x。(p)一薛公x。(g) (212)荔q楚参予本蝶形运算的上、下节点的净号。很明
40、显，第掰级序号为P，口熬强点只参子这一个蠛形蕈元熬运葵，焚埝出在繁捃+j缀。爨这一蝶影摹元氇不褥涉及剐的点。由予这一特点，在编程辩，可以将蝶形单元瀚输出仍敖在输入数组中，这一特点称为“团址运算”。x赢彩x。fq)图21第m缀蝶澎运募擎元pq蠹子每一缀舔含霄影2令臻形攀元，每一令螵形鼙元又哭嚣簧一凌复数黍，两次复数加，那么，党成肘2 logz N缀凝需要的复数乘法_删2次，复数加法廊次，在第饼级，上、下节点P、印之间麴距离为：q-p=2”“臻”静壤念每一级的2个蝶形单元可分为游干维，每一组商榴阍的结构及髓衩因予。如第廊级分成了套妥组，m=0，l，萨l。麴较嚣子W的分鸯从式(24)副(21Ib)西
41、以发现，第次将点DFT分成两个肜2点的OFT时，W因子是：暇，严o，l，N2一l。再往下分时，依次是，教每缀箨墨必子分礤鹣筑律：iiFO级，疆；，俨l级，孵，=Or=0，1墨蓦太擘硬士擎主语文胪2级，暇，扩妒1级，滞， r=O，1，2，2一t嚣照，霹蒽缭躺渺嚣予势京戆般规律楚蓁麒缀静瓣投藩予秀：挣鼍。，r=O，“L餐淳葵漆臻必交于对x(n)遂彳亍了按奄、满分解翡操作，交攘矮斡输辩滓瓣x(醇依照琵序排列，但输入挎削x(n)的次序不弭髓爆来的自然顺序，褥按码位倒置的顺窿排列，简称为倒j擎。假设采样数据放列数缀float dataR1283中，将下标i波示舞(b5b4b3b2bIbO)，翔穿毒教魏是
42、褥甄寒第i令谴饕鲮元素存靛戮(bOblb2b3b4b5)懿经嚣上。是予C语言懿蓉掇律麓力穰强，胃馥劳凳蓑墩爨b5、b4、b3、b2、bl、bO，孬菱新缀含量bO、bl、b2、b3、b4、b5，即是侧序豹位置。程穿羧如下(假设64点FFT)：*i为甄始存款健矍，最瑟豹invertpos海塑穿存敷毪鼙搴Jnt bO=bt=b2=b3=b4=b5=O；bO=i&Ox01：bt=(i2)&OxOl；b2=(i4)&Ox01；b3=(i8)&OxOt：b4=(it6)&Ox01：b5=i露2x洮：序以上语句用予提载等tB特静8、1德女invertpos。bO32十bl16+b2$8十b3$4+b442+
43、b5：与褰土DSP据令孛嚣臻爱避霞黪方法秘魄鞍嚣喜，该算法蹇分鬻爱了e谖誊4汪蓦走攀鹾毒孝穰釜麦的位操作髓力，非常辫舄理解丽恩撼绦作的速艘根快。囊曼2鏊予F辨嚣薅装瓣鼹黎寒秀参数漳瓣谐波计算鑫鬻黼遽露繁波劳褥，黎燕辩溪弹萤号嚣潲燮蔹翥，耱褥霹蓊藩喾鞭谱用寒计算备次谐波分燃。假设采样长液为N，样频率为s，辩褥剽的某个分爨鲢鼗率爨$，臻么只霭农FFT戆缨暴侉菇上，摄联蠢*s+NS魏舅，霪予膏为复数，瓣慕取稹菰樽副了频率为s的谐波势蛰瀚幅箍。魄雁电流的省敝值毫錾懿京效篷定义瓷迄莲謦篱黪禽蛊涟、基波辩萎馥鬻浚邀鹰奏效蹙懿懿方稂。骰谶电压僖譬鳓下：“=战十2瓯s赫(唧+纯+2sin(毡f+姨)牛瑟邀爨霄
44、麓魏蠹：U Pmse一U：七Uj斗U；却 t214)摄褛黼爵鞋诗鼙餐裂毫篷藩譬壤鸯耋蒗、鏊波黎轰敬谴滚邀藤嚣接鏊瓯，粥窀瑟有散值为：。m承瓯箩+(强y+(姣)2+-)声 憾黔箨壤蕃褥壤漉嚣奏效蘧凳葵攀器羧k*承厶)2+(。)。一*(“)户 (2，18)一般测黛功率潮数的办法是袋勰电压和电流的t升沿，辩j嗣泡噩毫淡上辨沿黠窝之嫠谤翼功率因数。这饕方法哭逶矮于电疆鞠寒流为拣攥匿蘩波薅熬渗豢，藿姿毫纛帮窀嚣含蠢谗液霹，这瓣诗簿方法荠蔽辫挹谐渡嚣繁考虑在蠹，楚不罐确的。翡攀懑羧定爻蠢誉凌磅搴与筏霞磅率魏爨蕊江苏大学硕士学位论文2-一P：U11 costpl：了11 cos纯 (217)S UI ， ”
45、式中：，基波电流有效馕；仍基波功率因数；所以可以通过谐波计算中所得豹基波分薰来计算功率因数。有功功率有功功率P为：P=bTcos够 (2。18)所以有功功率可以通过已l计算出的电压，电流有效镶和功率因数来遴行计算。233 FFT算法的非同步采样误差“1由予实际电网信号的频率通常会在额定频率附近波动，因此很难保证对信号的阉步采样，即要求采样长度与信号周期成整数倍关系。因此在使用FFT进行谐波分析时，会存在泄漏现象稠栅栏效应，使算出豹信号参数即频率、幅值和相位不准确，尤其是相位误差很大，无法满足准确的谐波测是的要求。在实际谐波测爨中，所要处理的信号均是经过采样和AD转换褥到躲有限长的数字信号，这相
46、当于对原始信号乘以一个矩形鬻进行阶段。同步采样和肆同步采样豹离散频谱如图22，2。3所示。江器太棼硕士霉最镣囊羹美2舞多采褥筑颡灌鹫。3嚣溪多群毅赣避出黻32，23可以瓣出；网步粼榉肘，采样黪列的DTFT谱怒单的位乎薤黎落绫嚣嚣多暴褥簿，菝谗囊藏了鏊崧。舞串t麓、蒸影羧淹纛蘩莠逐灏囊减的谱线，这就是说信母颇谱的频辫从船。“泄满”副其他频攀处。“淹漏”_=：事玲蒙蟪谈凝了黠窝丞数经鼷裁采撵藏溪器，塞子羚段塞发不必寇滔攫嚣黪熬数稼，被戴颧髂毫添德曝始浠耪爨端怒苓逶续赘，疆潦藏藩寒蔽涮程菜蒙攀浆潮内的能壁扩展到该频攀辩围以步卜，憾将频率产生失真飘象。魏努，褰婺嚣步祭器薅，窦嚣；痿跨麓鑫袭灌渡势羹莠寒
47、戆渗磐藩褒豢攀努瓣点上，搿怒落在菜2个焱率分辨点岂湖。因为DFT计算频谱时只黻制为基颤麴憋数镱，不自#懑接褥到各敬谐波分量的凇磷餐，聪哭髓强簸返的频率分捺点鲍德米逐蘩戴蘩，这羲霆运鬻繇谎翁赣誉效盘。江苏走擎颈壶学位论文频谱失真会带来附加的直流分薰帮颧馕较高的谐波分鬃，特剐是基波分析的泄漏会馊相邻谐波分爨产生很大的误差，围j屹利用FFT算法进行电网参数测量时为了数据分橱韵猴确瞧，毖须僳证系统豹阍步采撵，从露从源头上避免误差的产生。2+04掰步采样与歇捧涮鞭交流电量的测擞主要眷间步采样和准同步粟样甄种方法。准同步采样心麴袋棒爝赣不要隶与袋榉接号强多，不嚣受瓣步繇节，毽它器要通过增热爱撵瘸麓个数与每
48、髑期的采样点数著运用迭代运嚣的方法来消除丽步误差，箕诗算量运大于同步采样。同步深栉法是指采样时闷闯隔Ts与被测交溅信号周期T及一个周期内采样点数N之阐满足关系式T=NXTs。同步袋样法又被称作等间隔熬周期采榉戏等灞麓均匀袋梯，它需要缳聂采榉截凝嚣阉正好等予狻溅信号餍焱豹整数镶。疆蓠竣计中广泛采霜露步采样。同步采样法啦2豹寅现有两种方法：种是硬传同步采样法；二是软牛弼步采样法。疆辞弱步采撵法程采释诗篓法发震鹣秘期被骜逮采霜。这耱方法露采爱镜裰环采构成频率跟踪激路实现两步等阀隔聚梯。如DPLL，它怒基予铬频嚣的同步采样脉冲发生装罄，能蠢动跟踪信号揍颧，并产生新的与信号基频间步的脉冲，从而消除泄漏误差的根源。但其硬件结构羧复杂。软黪同多袋群渤戳冀疆孛缝鞫麓攀，蔼鼗广泛疲爆。这张方法是建测爨被溯信号的瓣弱f，糟该周鬻僮T除黻一周期内戆采样点
