[发明专利]一种基于ADC与Rife-Vincent窗三谱线插值FFT的谐波电能表

说明书

一种基于ADC与Rife‑Vincent窗三谱线插值FFT的谐波电能表，所述谐波电能表包括信号调理部分、数据处理部分和数据管理部分。所述信号调理部分，包括ADC转换器、电阻分压网络和CT电阻取样网络；所述数据处理部分，包括DSP处理器；所述数据管理部分，包括MCU芯片、实时时钟、SDRAM与FLASH存储器、通信接口电路、图形点阵液晶。本发明不受专用计量芯片性能和功能的限制，可基于自身开发的优良算法，精确定量地测量电力系统中谐波电压、电流的动态特性，实现更高次的谐波分析和更高准确度的电能计量。

技术领域

本发明涉及一种基于ADC与Rife-Vincent窗三谱线插值FFT的谐波电能表，属电能表技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展，非线性设备在电力系统中得到广泛应用，非线性设备带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成的威胁日趋严重。基波与谐波的精确测量可为电网电能计量、谐波潮流计算、设备入网检测、电力系统谐波补偿与抑制等提供科学依据。

基波与谐波分量检测技术一般有：(1)基于频域分析的FFT方法，其特点是电网频率波动时，检测精度较低；(2)滤波器检测谐波方法，其特点是难以获得理想频率特性；(3)基于瞬时无功功率理论的方法，其特点是计算量大，处理复杂；(4)基于神经网络理论和小波变换的方法，其特点是计算量大，难以在嵌入式系统中实现。

基于FFT的基波、谐波分析算法，易于在DSP(数字信号处理器)上实现，是当今应用最广泛的一种谐波分析方法。在电力系统中，电网电压、电流畸变导致基波频率变化，由于非同步采样造成FFT算法存在频谱泄露和栅栏效应等问题，使得基波与谐波检测的精度受到影响。减少FFT算法的频谱泄露和栅栏效应影响、提高电测量中基波和各谐波检测精度是电测量信号分析和电能质量管理中的难题。

已有专利文件公开号CN1611953公开了“测量工厂谐波的方法和测量仪”；公开号CN1245897公开了“电力系统谐波定量计量方法和计量仪”；公告号 CN2798102公开了“电力线高次谐波分析计量仪”；公告号CN101701985公开了“定频变点电网谐波检测方法及其测量仪”。其发明的目的是精确定量地测量电力系统中谐波电压、电流的动态特性。已有技术的不足之处是：已有技术提供了一些基波与谐波测量的电气设备设计方法，但由于谐波具有多样性、随机性和多态性等特征，基波频率波动造成的频谱泄露和栅栏效应依然存在，因此实时、高精度的基波与谐波测量分析难以实现。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，本发明公开一种基于ADC与 Rife-Vincent窗三谱线插值FFT的谐波电能表。

本发明实现的技术方案如下，一种基于ADC与Rife-Vincent窗三谱线插值 FFT的谐波电能表，包括信号调理部分、数据处理部分和数据管理部分。

所述信号调理部分，包括ADC转换器、电阻分压网络和CT电阻取样网络；信号调理部分将系统中额定值为220V和1.5A的压电流模拟信号，通过电阻分压网络和CT电阻取样网络，变成≤2.5V的交流信号送入高精度8通道同步采样 ADC。

所述数据处理部分，包括DSP处理器；采样数据通过专用接口SPI接口送入DSP数据处理部分，经过主瓣窄、旁瓣低且跌落速度快的Rife-Vincent窗对信号进行加窗、离散傅里叶变换、三谱线插值FFT运算处理、多项式拟合技术检测被测信号中的基波和各谐波量，计算出频率、幅值、相位、功率、谐波畸变率等参数，并将处理后的数据发送给MCU进行存储、通信和显示等处理。

所述数据管理部分，包括MCU芯片、实时时钟、SDRAM与FLASH存储器、通信接口电路、图形点阵液晶，由MCU为核心管理基波和各谐波量，采用图形化点阵液晶显示谐波柱状分析图。