DSP在諧波分析實驗中的應用

熊雋迪，崔世海，涂雪芹

（1.重慶電力高等專科學校，重慶 400053；2.長安福特汽車有限公司，重慶 401120）

1 利用DSP中AD7606芯片進行諧波分析實時仿真實驗時存在的問題

進行諧波分析實時仿真實驗時，利用C語言編寫FFT算法，并將程序下載至DSP芯片。運行結果顯示，信號采樣頻率設置較低時，可以準確分析諧波的幅值、頻率信息；信號采樣頻率設置較高時，采樣獲取的波形出現畸變，無法分析信號內包含的信息[1]。經分析發現，由于編寫的FFT算法運行效率較低，AD7606芯片兩次采樣期間，第一次采樣所得的信號信息還在進行傅里葉分析時，第二次采樣已經完成，造成第一次部分采樣點信息被覆蓋，導致采樣波形畸變[2-3]。

2 利用專用FFT庫函數進行諧波分析實時仿真實驗可得到較理想效果

為了提高信號采樣率，筆者決定利用TI提供的DSP芯片專用FFT庫函數進行實驗[4]。利用信號發生器產生1、3、5和7次奇次諧波信號，設置信號的采樣頻率為2 560 Hz，采樣點數為512個，分辨率為5 Hz。諧波信號波形如圖1所示，諧波信號模型為：

其中，基波頻率f為50 Hz。

DSP中利用FFT分析計算得到的諧波信號頻譜如圖2所示。由于頻譜的分辨率為5 Hz，因此信號中除基波外，還有3、5、7次諧波[5]。由于是實時采樣分析，且程序運行效率較低，若程序中直接加入計算采樣電壓實際幅值的代碼，就會導致采樣波形與實際輸入波形不符[6]。利用圖中數據整除采樣點數，通常為256，計算得到取樣后基波及各次諧波的幅值，分別為3.04 V、2.02 V、1.01 V和0.50 V。

圖1 諧波信號波形

3 實時分析鐵路線變電站的電流信號

隨著經濟的發展，我國鐵路建設速度進一步提高，由鐵路引發的電能質量問題吸引了越來越多科技工作者的關注。與電網中其他電氣設備不同，電氣化鐵路牽引裝置具有隨機波動性和單相不對稱性的特點，能夠產生大量諧波并注入到電網中，對電網及其他電力用戶造成巨大影響。當前，我國鐵路負荷品質及管理水平較低，負序、諧波等會嚴重影響電力系統的電能質量。筆者結合當前研究工作，采集了某鐵路線變電站的電流信號，如圖3所示。

利用所設計的電能質量檢測系統進行諧波分析，得到電流信號的諧波信息。信號的采樣頻率為5 120 Hz，采樣點數為1 024，頻譜分辨率為5 Hz。信號頻譜信息如圖4所示。

圖2 信號頻譜信息

圖3 電鐵電流信號波形

由圖4（a）信號頻譜圖可知，電鐵電流信號中主要包括3、5、7和9次諧波，可以直接得出基波及各次諧波的實際幅值，分別為2.721 9 V、0.186 V、0.214 2 V、0.083 3 V和0.103 0 V。

4 結 論

本次實驗利用信號發生器實現了含諧波信號的實時檢測，并且分析了某電鐵的電流信號，成功得到了其所含諧波次數及各次諧波的幅值，為利用信號發生器實現含諧波信號的實時檢測提供幫助。但是，進一步的研究中還存在以下幾點問題：（1）沒有得到基波及各次諧波的相位信息；（2）對采樣信號只是簡單加矩形窗截斷，沒有進一步做加窗插值處理，實際電網實驗會存在泄漏效應和柵欄效應；（3）信號采樣率低，采樣點數不足，導致分辨率較低，需優化程序，使其運行更加高效，提高分辨率。

圖4 電鐵電流信號頻譜信息