基于FPGA的新型谐波分析仪设计

1、基于fpga的新型谐波分析仪设计随着节能技术和技术的推广，装置如变频设备、变流设备等，容量日益扩大，数量日益增多，使电网中的谐波污染日益严峻，给电力系统和各类用电设备带来危害，轻则增强能耗，缩短寿命，重则造成用电事故，影响平安生产。因此，消退谐波污染，把谐波含量控制在允许范围内，已成为主管部门和用电单位的共同奋斗目标。目前，电力系统中的谐波源，不但类型多，而且分布广，用户电网中的谐波可能来自本身的非线性设备，也可能来自外线路，如不加以区别将给谐波治理造成困难。因此举行谐波治理之前，必需要了解电网中谐波的次数及其含量，即必需举行谐波的测试。谐波测量是谐波问题的一个重要分支，它是谐波问题讨论的主要

2、依据，也是讨论分析问题的动身点。当前谐波测量的主要方式有3种。（1）采纳模拟的谐波测量最早的谐波测量是采纳模拟滤波器实现的。即采纳带阻滤波器将基波重量滤波，得到谐波重量；或采纳带通滤波器得出基波重量，再与被检测量相减得到谐波重量。该检测办法的优点是结构容易，造价低，输出阻抗低，品质因素易于控制。但也有无数缺点，如精度不高、误差较大等。（2）基于傅里叶变换的谐波测量随着计算机和微技术的进展，基于傅里叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广的一种办法。它的核心理论建议在傅里叶变换的基础上。按照傅里叶变换理论，将模拟信号采信变成离散化数字序列信号后，输入微型计算机举行傅里叶变换，计算得到基波和频率为基

3、波频率整数倍的多次谐波的幅值和相位，然后将计算获得的数据显示在屏幕上或存放在磁盘中供未来统计用法。（3）利用小波分析办法的谐波测量小波分析作为调和分析的重大发展，克服了傅里叶变换的频域彻低局部性，而在时域彻低无局部性的缺点，即它在频域和时域同时具有局部性。通过对含有谐波的电流信号举行正交小波分解，利用多辨别的概念，将低频段（高尺度）上的结果看作不含谐波的基波重量。基于这种算法，可以利用软件构成谐波检测环节，同时因为其计算速度快，能迅速跟踪谐波的变幻。小波变换应用在谐波测量方面尚处于初始阶段。目前市场主流的谐波测量仪器均基于迅速傅里叶变换理论基础。将输入的模拟量电流通过a/d采样环节变换成离散的

4、数字量，然后举行迅速傅里叶变换，计算获得基波和各次谐波的复数值，然后按照国家标准计算相应的谐波指标并显示终于结果。基于fft的谐波时域测量仪器普通采纳两种实现方式：用法工业pc机或者采纳高档系统。两类实现方式性能牢靠、运算迅速、技术成熟，是目前市场的主流产品。其缺点在于成本过高、难以扩展输入通道数、运算时消耗系统资源大。就广阔电力系统用户而言，对成本低廉、运算迅速、易于举行通道扩展的谐波分析仪有剧烈的市场需求。本文给出了种基于的新型谐波测量仪，该仪器集成了a/d采样单元、fft运算处理单元、显示单元和网络通信单元。系统用法fpga内部实现的处理器nios作为系统的嵌入式处理器，来控制14位高速a/d采样芯片、fft运算核和实现网络通信功能、显示功能。其fft运算处理单元核心为基于fpga的fft运算核，采纳先进的多层并行流水线技术，可以在200s内完成1024点的标准单精度浮点数fft运算，理论上可以实现8路工频输入信号的fft运算处理；a/d采样单元用法14位高速a/d采样芯片实现8路信号扫描采样功能，并利用锁相环实现同步采样；显示单元为显示屏；网络通信基于ethernet和rs485，用法rfc 1600规范。该系统成本低廉，易于扩展、处理能力强大、可测量