基于DSP的諧波抑制

于東民

（沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110000）

1 電力系統(tǒng)諧波簡介

目前，電力系統(tǒng)諧波測量的常用方法有基于瞬時無功功率的諧波測量法、基于模擬帶通濾波器的諧波測量法以及基于傅立葉變換的諧波測量法等。簡要介紹如下：

（1）基于瞬時無功功率的諧波測量。這種方法適用于電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變時，或者電網(wǎng)電壓不對稱的情況，試用范圍較廣，而且能夠測量電路的諧波含量，這些諧波主要由三相三線制對稱電路引起的。該方法測量在不對稱的情況下，是一種典型的測量方法，測量精度較好，誤差較小，得到了廣泛的認(rèn)可。

（2）基于模擬帶通濾波器的諧波測量。模擬濾波器是諧波測量方法中應(yīng)用最早的。將放大的輸入信號送入濾波器，濾波器的中心頻率保持固定不變，濾波后再送至多路顯示器，被測信號的諧波成份得以顯示。該方法的優(yōu)點(diǎn)是其品質(zhì)因數(shù)比較容易控制，而且電路輸出阻抗低，節(jié)約成本，電路結(jié)構(gòu)簡單。但該方法中，濾波器中心頻率非常容易受外界環(huán)境影響，難以獲得較為理想的相頻特性和幅頻特性，而且運(yùn)行的損耗增大，且要求有較大容量的有源補(bǔ)償器。

（3）基于傅立葉變換的諧波測量。基于傅立葉變換的諧波測量是最成熟的方法之一，應(yīng)用也最為廣泛。它的理論基礎(chǔ)是廣為熟知的快速傅立葉變換。該方法在測量諧波時，可以同時提取基波分量，這些分量是無功補(bǔ)償需要的，而且該方法精度較高，應(yīng)用廣泛，功能較多。但是該方法檢測時間較長，計(jì)算量較大，需要兩側(cè)轉(zhuǎn)換。如果采樣時，采樣頻率和信號頻率不一致，會導(dǎo)致頻譜泄漏，使得頻率和相位等參數(shù)不準(zhǔn)確，影響測量精度，因此需要進(jìn)行必要的改善。

2 頻譜泄漏效應(yīng)解決方案

（1）利用加窗插值算法對快速傅立葉算法進(jìn)行修正的方案。該方法對干擾的防治比較有效，包括噪聲干擾、諧波干擾，可以有效減少泄漏，并且能夠測量諧波電流幅值和相位，以及諧波電壓的相位和幅值。實(shí)際測量時，通常選用矩形窗插值算法，這種算法穩(wěn)定可靠，抑制諧波效果較好，測量精度好。

（2）修正理想采樣頻率法。該方法的主要思想是對每個采樣點(diǎn)進(jìn)行修正，以得到較為理想的采樣值，較好的實(shí)時性，在線測量效果更好，而且不需要添加任何硬件，但只能減少50%的泄漏。

（3）利用數(shù)字式鎖相器。相位比較器能夠把鎖相環(huán)輸出的同步反饋與信號系統(tǒng)的電壓相位和頻率進(jìn)行比較。當(dāng)失步時，數(shù)字式相位比較器輸出的電壓送入濾波器，濾波后改信號可以控制振蕩器頻率，如果頻率不一致，就進(jìn)一步調(diào)整改善，調(diào)整電壓值，直到二者信號頻率同步為止。如果相位比較器被鎖定，頻率發(fā)生變化，輸出信號控制加窗函數(shù)，隨著輸入信號頻率的變化而變化，直到二者頻率同步。

3 基于DSP芯片的諧波改善

DSP芯片即數(shù)字信號處理器，是特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。傳統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)的采樣點(diǎn)較少，而且采樣精度不高，這是因?yàn)槭艿接布Y源的限制。可見選擇計(jì)算量小的算法，難以達(dá)到理想的效果，使測量精度受到了限制。隨著數(shù)字信號處理器的發(fā)展，為解決電力系統(tǒng)諧波的改善帶來了更多的方法和途徑。

根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片的主要特點(diǎn)概括如下：①一個一次加法和一次乘法，均在一個指令周期內(nèi)完成；②可以同時訪問數(shù)據(jù)和指令，程序空間和數(shù)據(jù)空間沒有重疊；③片內(nèi)RAM快速準(zhǔn)確，能夠同時訪問程序和數(shù)據(jù)模塊；④硬件成本低廉，尤其是指令模塊；⑤支持中斷處理，支持硬件I/O口；⑥支持流水線操作，能夠執(zhí)行取指操作，能夠執(zhí)行譯碼操作，并且能夠同時操作。

4 DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)及其在電力控制中的優(yōu)勢

①編程方便，DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片，可自由修改和編程；②接口方便，DSP系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能；③穩(wěn)定性好，DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，可靠性高，不易受噪聲干擾，也不會受環(huán)境溫度影響；④精度高，16位數(shù)字系統(tǒng)，可滿足高精度要求；⑤速度快，更加適合于大運(yùn)算量的系統(tǒng)和處理多數(shù)據(jù)的情況；⑥集成方便，高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。