可編程交流電源輸出信號質(zhì)量分析系統(tǒng)的設(shè)計

　　式(1)~(7)中，V是電壓有效值， I是電流有效值， CF_V是電壓峰值因素，V_peak是電壓峰值，CF_i是電流峰值因素， I_peak是電流峰值，S是視在功率，P是有功功率，PF是功率因素，v(n) 、i(n)為離散時刻電壓電流的采樣值，N為采樣的點(diǎn)數(shù)。

　　頻域分析

　　可編程交流電源輸出信號分析中的頻域分析主要就是指諧波分析?？焖俑盗⑷~運(yùn)算(FFT)具有簡單和易于工程實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，在諧波分析中使用廣泛。但在進(jìn)行實(shí)際諧波分析時很難做到同步采樣和整數(shù)周期截斷，由此會造成頻譜泄露和柵欄效應(yīng)，影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于頻譜泄露的問題，采用性能優(yōu)良的窗函數(shù)可以減少由此造成的誤差。對于柵欄效應(yīng)，可以采用插值方法對FFT計算結(jié)果進(jìn)行插值修正，減少柵欄效應(yīng)引起的誤差。本系統(tǒng)采用文獻(xiàn)^[9]中基于Nuttall窗雙譜線插值FFT算法來分析可編程交流電源的諧波，該算法簡單、容易實(shí)現(xiàn)，且不需要實(shí)現(xiàn)同步采樣，采樣頻率設(shè)置靈活。通過加窗插值FFT運(yùn)算后就可以計算出電源輸出信號的基波和各次諧波含量。

　　軟件設(shè)計

　　本設(shè)計中DSP處理器主要完成AD轉(zhuǎn)換器的控制和數(shù)據(jù)的分析處理。如圖4所示，信號質(zhì)量分析模塊啟動后，程序先完成一系列的初始化操作。初始化工作完成后，DSP首先控制數(shù)據(jù)采集模塊以較高的采樣速率快速地預(yù)采集一些樣本數(shù)據(jù)，通過FFT算法粗略地計算出信號的頻率，然后根據(jù)分析到的信號頻率及時調(diào)整AD轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，正式采集數(shù)據(jù)。當(dāng)采集到足夠的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)分析任務(wù)就會啟動。通過時域分析和頻域分析，得到電壓有效值、電流有效值、電壓峰值因素、電流峰值因素、視在功率、有功功率、功率因素及基波、諧波、相位等參數(shù)。其中，時域上的電參量可以快速地反映出電源輸出的異常情況。因此，在進(jìn)行完時域分析后，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常，立刻反饋給電源的控制模塊。如果分析結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，則進(jìn)行下一步的頻域分析。同樣的，如果頻域分析發(fā)現(xiàn)結(jié)果有異常，也把異常結(jié)果反饋給電源控制模塊。若分析的結(jié)果都沒有問題，則把分析得到的相關(guān)參數(shù)保存到存儲器當(dāng)中，等待其他模塊的調(diào)用。存儲器中的數(shù)據(jù)在下一次計算結(jié)果到來之前都不被覆蓋，以便隨時查看和調(diào)用。

　　結(jié)論

　　本文設(shè)計基于DSP的可編程交流電源輸出信號分析模塊，充分發(fā)揮了浮點(diǎn)型DSP TMS320F28335強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以實(shí)時準(zhǔn)確地分析電源輸出信號的電壓有效值、電流有效值、電壓峰值因素、電流峰值因素、視在功率、有功功率、功率因素及基波、諧波、相位等參數(shù)。模塊結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，并且可以通過串口與可編程交流電源中其他模塊互連，可以很方便地嵌入到可編程交流電源系統(tǒng)中完成信號分析任務(wù)。

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