DSP架構(gòu)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)諧波污染分析的挑戰(zhàn)

頂層DSP架構(gòu)

上述DSP模塊已添加到一個(gè)根據(jù)基本公式計(jì)算總RMS值和功率的現(xiàn)有架構(gòu)。我們還加入了一個(gè)用于計(jì)算多個(gè)電源品質(zhì)因數(shù)的元件。首先，我們計(jì)算諧波失真(HD)，以便根據(jù)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(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義計(jì)算總諧波失真加噪聲(THD+N)。最后，根據(jù)有功功率與視在功率的比值，提取所有功率因數(shù)。三個(gè)相位并行執(zhí)行所有這些信號(hào)處理，但諧波分析模塊是例外，任一給定時(shí)間只能將該模塊分配給某一相位。

通過(guò)計(jì)算諧波功率因數(shù)，可以找出電網(wǎng)中的諧波源。雖然業(yè)界仍然對(duì)查找主要諧波源的最佳方法存在爭(zhēng)議，但是其中一種傳統(tǒng)方法是基于“有功功率的流動(dòng)方向”。這相當(dāng)于確認(rèn)該特定諧波頻率在系統(tǒng)某一點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)上的有功功率符號(hào)。在失真電壓下工作時(shí)，線性負(fù)載會(huì)針對(duì)每個(gè)諧波產(chǎn)生有功功率，而且如果客戶端存在非線性元件，該功率會(huì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)測(cè)量污染諧波電壓和電流的相位角度，然后計(jì)算其差值，可以確定該值。而在此架構(gòu)中則不必如此，因?yàn)橹C波功率因數(shù)可以提供該信息。

這種DSP架構(gòu)已在三相電能計(jì)量器件上成功實(shí)現(xiàn)，它具有如下硬件資源：?jiǎn)蜯AC架構(gòu)，工作時(shí)鐘頻率為16 MHz，信號(hào)采樣速率為8 kHz，具有1k字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所有三相的基波測(cè)量結(jié)果連續(xù)計(jì)算，諧波分析儀則能從給定相位（A、B或C）連續(xù)提取三個(gè)隨機(jī)諧波值。該架構(gòu)是可擴(kuò)展的，某些性能參數(shù)已根據(jù)已知的電網(wǎng)工作條件進(jìn)行了優(yōu)化。

雖然不能一次性提供所有諧波值看起來(lái)像缺點(diǎn)，但我們要記住，電網(wǎng)中的諧波污染最重要的影響還是在于準(zhǔn)穩(wěn)現(xiàn)象。實(shí)際上，對(duì)于工業(yè)和商用負(fù)載，建議分析至少一周內(nèi)的諧波污染，而應(yīng)避免任何零星的測(cè)量。在上述前提下，憑借該架構(gòu)的多功能性，用戶可以通過(guò)掃描所有三相上的所有可用諧波內(nèi)容來(lái)獲取近似FFT的結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)

在過(guò)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(duì)電網(wǎng)進(jìn)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(jìn)行。將更多信號(hào)處理功能集成到小型且經(jīng)濟(jì)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(wǎng)打開(kāi)方便之門，讓電力公司和消費(fèi)者均將從中獲益。本文介紹的DSP架構(gòu)現(xiàn)已集成到ADI公司的一款器件中，該器件是ADI電能計(jì)量部門針對(duì)多相市場(chǎng)推出的最新器件 (ADE7880) 之一。