基于DSP的谐波抑制

于东民

（沈阳职业技术学院，辽宁 沈阳 110000）

1 电力系统谐波简介

目前，电力系统谐波测量的常用方法有基于瞬时无功功率的谐波测量法、基于模拟带通滤波器的谐波测量法以及基于傅立叶变换的谐波测量法等。简要介绍如下：

（1）基于瞬时无功功率的谐波测量。这种方法适用于电网电压发生畸变时，或者电网电压不对称的情况，试用范围较广，而且能够测量电路的谐波含量，这些谐波主要由三相三线制对称电路引起的。该方法测量在不对称的情况下，是一种典型的测量方法，测量精度较好，误差较小，得到了广泛的认可。

（2）基于模拟带通滤波器的谐波测量。模拟滤波器是谐波测量方法中应用最早的。将放大的输入信号送入滤波器，滤波器的中心频率保持固定不变，滤波后再送至多路显示器，被测信号的谐波成份得以显示。该方法的优点是其品质因数比较容易控制，而且电路输出阻抗低，节约成本，电路结构简单。但该方法中，滤波器中心频率非常容易受外界环境影响，难以获得较为理想的相频特性和幅频特性，而且运行的损耗增大，且要求有较大容量的有源补偿器。

（3）基于傅立叶变换的谐波测量。基于傅立叶变换的谐波测量是最成熟的方法之一，应用也最为广泛。它的理论基础是广为熟知的快速傅立叶变换。该方法在测量谐波时，可以同时提取基波分量，这些分量是无功补偿需要的，而且该方法精度较高，应用广泛，功能较多。但是该方法检测时间较长，计算量较大，需要两侧转换。如果采样时，采样频率和信号频率不一致，会导致频谱泄漏，使得频率和相位等参数不准确，影响测量精度，因此需要进行必要的改善。

2 频谱泄漏效应解决方案

（1）利用加窗插值算法对快速傅立叶算法进行修正的方案。该方法对干扰的防治比较有效，包括噪声干扰、谐波干扰，可以有效减少泄漏，并且能够测量谐波电流幅值和相位，以及谐波电压的相位和幅值。实际测量时，通常选用矩形窗插值算法，这种算法稳定可靠，抑制谐波效果较好，测量精度好。

（2）修正理想采样频率法。该方法的主要思想是对每个采样点进行修正，以得到较为理想的采样值，较好的实时性，在线测量效果更好，而且不需要添加任何硬件，但只能减少50%的泄漏。

（3）利用数字式锁相器。相位比较器能够把锁相环输出的同步反馈与信号系统的电压相位和频率进行比较。当失步时，数字式相位比较器输出的电压送入滤波器，滤波后改信号可以控制振荡器频率，如果频率不一致，就进一步调整改善，调整电压值，直到二者信号频率同步为止。如果相位比较器被锁定，频率发生变化，输出信号控制加窗函数，随着输入信号频率的变化而变化，直到二者频率同步。

3 基于DSP芯片的谐波改善

DSP芯片即数字信号处理器，是特殊结构的微处理器。传统单片机控制系统的采样点较少，而且采样精度不高，这是因为受到硬件资源的限制。可见选择计算量小的算法，难以达到理想的效果，使测量精度受到了限制。随着数字信号处理器的发展，为解决电力系统谐波的改善带来了更多的方法和途径。

根据数字信号处理的要求，DSP芯片的主要特点概括如下：①一个一次加法和一次乘法，均在一个指令周期内完成；②可以同时访问数据和指令，程序空间和数据空间没有重叠；③片内RAM快速准确，能够同时访问程序和数据模块；④硬件成本低廉，尤其是指令模块；⑤支持中断处理，支持硬件I/O口；⑥支持流水线操作，能够执行取指操作，能够执行译码操作，并且能够同时操作。

4 DSP系统的特点及其在电力控制中的优势

①编程方便，DSP系统中的可编程DSP芯片，可自由修改和编程；②接口方便，DSP系统兼容性强，容易实现预定功能；③稳定性好，DSP系统以数字处理为基础，可靠性高，不易受噪声干扰，也不会受环境温度影响；④精度高，16位数字系统，可满足高精度要求；⑤速度快，更加适合于大运算量的系统和处理多数据的情况；⑥集成方便，高度的规范性，便于大规模集成。