DSP架構應對電網諧波污染分析的挑戰(zhàn)

頂層DSP架構

上述DSP模塊已添加到一個根據基本公式計算總RMS值和功率的現(xiàn)有架構。我們還加入了一個用于計算多個電源品質因數的元件。首先，我們計算諧波失真(HD)，以便根據基波RMS值歸一化所有諧波RMS值。然后，利用總RMS值和基波RMS值，我們根據標準定義計算總諧波失真加噪聲(THD+N)。最后，根據有功功率與視在功率的比值，提取所有功率因數。三個相位并行執(zhí)行所有這些信號處理，但諧波分析模塊是例外，任一給定時間只能將該模塊分配給某一相位。

通過計算諧波功率因數，可以找出電網中的諧波源。雖然業(yè)界仍然對查找主要諧波源的最佳方法存在爭議，但是其中一種傳統(tǒng)方法是基于“有功功率的流動方向”。這相當于確認該特定諧波頻率在系統(tǒng)某一點或多個點上的有功功率符號。在失真電壓下工作時，線性負載會針對每個諧波產生有功功率，而且如果客戶端存在非線性元件，該功率會進入網絡。通過測量污染諧波電壓和電流的相位角度，然后計算其差值，可以確定該值。而在此架構中則不必如此，因為諧波功率因數可以提供該信息。

這種DSP架構已在三相電能計量器件上成功實現(xiàn)，它具有如下硬件資源：單MAC架構，工作時鐘頻率為16 MHz，信號采樣速率為8 kHz，具有1k字的數據存儲器。所有三相的基波測量結果連續(xù)計算，諧波分析儀則能從給定相位（A、B或C）連續(xù)提取三個隨機諧波值。該架構是可擴展的，某些性能參數已根據已知的電網工作條件進行了優(yōu)化。

雖然不能一次性提供所有諧波值看起來像缺點，但我們要記住，電網中的諧波污染最重要的影響還是在于準穩(wěn)現(xiàn)象。實際上，對于工業(yè)和商用負載，建議分析至少一周內的諧波污染，而應避免任何零星的測量。在上述前提下，憑借該架構的多功能性，用戶可以通過掃描所有三相上的所有可用諧波內容來獲取近似FFT的結果。

結束語

在過去，諧波分析儀不僅非常昂貴，而且難以集成到大規(guī)模制造的電表中。因此，對電網進行諧波污染分析是一件非常困難的事情，只能偶爾由專業(yè)操作員在某些特定位置進行。將更多信號處理功能集成到小型且經濟的芯片中將徹底改變這一現(xiàn)狀，為更有效地理解和使用電網打開方便之門，讓電力公司和消費者均將從中獲益。本文介紹的DSP架構現(xiàn)已集成到ADI公司的一款器件中，該器件是ADI電能計量部門針對多相市場推出的最新器件 (ADE7880) 之一。