采用DSP的諧波控制器的設計方案

2 諧波控制器的軟件設計
軟件設計的核心就是對信號中的諧波分量進(jìn)行分析，DSP在兩個(gè)信號周期采樣128個(gè)點(diǎn)，基于這些采樣點(diǎn)進(jìn)行快速付里葉變換(FFT)運算，從而分析得到信號中諧波的含量。諧波分量的分析精度取決于FFT的精度和同步采樣。當采樣頻率是信號頻率的整數倍時(shí)，即實(shí)現同步采樣，采用矩形截斷，并用FFT算法進(jìn)行頻譜分析，不會(huì )產(chǎn)生任何泄漏現象，可以精確重現信號頻譜。如果能自動(dòng)達到同步采樣，對算法本身的要求就不需要太高，因為，同步采樣后采用矩形窗進(jìn)行FFT，矩形窗就意味著(zhù)采樣的數據可以直接作為FFT子函數的輸入。過(guò)零檢測電路就是為了實(shí)現同步采樣，DSP捕獲方波電路產(chǎn)生的方波上升沿，可以求出方波頻率即信號頻率。根據此頻率可確定采樣時(shí)間和兩點(diǎn)間的采樣間隔時(shí)間(兩次AD轉換之間的時(shí)間)，通過(guò)這個(gè)方法就叮以實(shí)現同步采樣，獲得精確的頻譜。每次FFT運算前都會(huì )重新根據實(shí)際電網(wǎng)情況改變采樣策略，在幾個(gè)周期內對電網(wǎng)頻率的變化迅速作出反應，這樣提高測量的可靠性和實(shí)夾浴
交流電壓u(t)及電流信號i(t)每個(gè)周期進(jìn)行N次采樣，測得的離散值為u(n)、i(n)，得到的離散化電壓、電流有效值和有功功率計算公式為(N為采樣點(diǎn)數)

根據P=UIcosθ可以求出功率因數，進(jìn)而求得無(wú)功。根據FFT的結果可以得出各次諧波的含量，經(jīng)計算可以得到總的諧波畸變率(THD)，為DSP控制繼電器投切濾波器提供了依據。
圖5為DSP進(jìn)行數據分析的流程圖。

3 抗干擾設計
干擾主要有傳導型和輻射型兩大類(lèi)，前者表現為干擾電流和電壓，后者表現為干擾電場(chǎng)和磁場(chǎng)。影響智能脫扣器的干擾源有用電設備的浪涌電流；對講機、手機等產(chǎn)生的射頻輻射；智能脫扣器內部的開(kāi)關(guān)電源和斬波釋放電路等。這些干擾源的存在導致程序死掉，將干擾信號引入電流電壓，從而使數據分析結果與實(shí)際差距較大，引起繼電器誤投切。為了減少千擾的影響，需要在硬件和軟件上采取相應措施。
3.1 硬件抗干擾
采取的措施有：
1)合理布線(xiàn)，使數字電路地和模擬電路地共點(diǎn)接為懸浮工作方式，即系統各回路的基準電位互相連接在一起而不與大地相連，這樣系統有較強的抗干擾能力；
2)模擬電路地和數字電路地分開(kāi)接地，最后再匯合到一點(diǎn)；斬波泄放電路在啟動(dòng)工作后，出現很高的瞬態(tài)干擾，把邏輯地(主機)和模擬地(A/D)分開(kāi)后，這種干擾就降到很低；
3)線(xiàn)路板和元器件表面噴絕緣層，這不僅是防潮和絕緣的需要，而且對防電磁千擾也有很重要的作用；在機殼內涂金屬屏蔽層，形成等電位屏蔽，對電磁干擾也有很大的屏蔽作用；
4)在穩壓電源、隔離變壓器后側安裝濾波線(xiàn)路，這個(gè)濾波線(xiàn)路能使火線(xiàn)與零線(xiàn)中的千擾電流得到衰減；
5)弱電和強電之間常常需要隔離，常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等；本系統中采用光耦器件817對DSP輸出的弱電控制信號與繼電器強電進(jìn)行隔離，由于光電隔離保證了DSP與繼電器間無(wú)電的直接聯(lián)系，從而保證了信號的正常傳遞，保證了DSP的安全。
3.2 軟件抗干擾
軟件上抗干擾的方法有以下幾種：
1)為了防止裝置收到干擾進(jìn)入“死機”狀態(tài)，在程序中加入一些監控措施 利用看門(mén)狗(watchdog)對程序進(jìn)行死鎖檢測，在必要的時(shí)候自動(dòng)復位；在未使用的中斷向量區、空白程序區設置軟件陷阱，強迫程序跑飛以后能夠回到正常軌道上來(lái)；在必要的地方寫(xiě)入冗余指令，以調整指令長(cháng)度，防止程序混亂；
2)對采樣信號進(jìn)行數字濾波 首先對每一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行判別，讓其與相鄰值、前次值以及增值最大值進(jìn)行比較，根據對稱(chēng)檢測法、限幅檢測法來(lái)判斷是否為干擾信號；對最近采樣的點(diǎn)進(jìn)行FFT計算得到的數據與前幾次的數據求平均值，舍去“異類(lèi)”。
此外，在數據處理的算法上進(jìn)行改進(jìn)，也能大大提高系統的抗干擾能力，但是，這往往是以犧牲代碼長(cháng)度為代價(jià)的，至于如何取舍視實(shí)際項目要求而定。
3.3 其他措施
在本系統中，DSP芯片除了進(jìn)行數據采集和分析以外，還要實(shí)現對鍵盤(pán)和液晶顯示的控制，這樣DSP的工作量十分繁重，設計稍不全面就會(huì )出現中斷沖突現象，為調試帶來(lái)很大的困難。為此，可以采取在系統中添加一塊單片機51芯片，用于管理鍵盤(pán)和液晶顯示?，F在單片機51芯片的價(jià)格十分便宜，系統中引入5l芯片不會(huì )導致成本過(guò)高。由于在正常運行時(shí)候，DSP和單片機通過(guò)雙口RAM進(jìn)行數據交流，其他內部的程序都不會(huì )相互干擾，因此，給調試帶來(lái)了極大的方便，同時(shí)，最大可能地降低了程序跑飛的可能性。

4 結語(yǔ)
無(wú)源濾波器是抑制諧波的重要手段，它被廣泛應用于電網(wǎng)的諧波抑制中，目前無(wú)源濾波器主要靠手工進(jìn)行投切，這樣既浪費人力，又達不到理想的效果，不能滿(mǎn)足電能質(zhì)量日益提高的要求。根據誰(shuí)污染誰(shuí)治理的原則，諧波污染也要由用戶(hù)自己消除，因此，研制一種能對諧波進(jìn)行監測控制的裝置既方便了用戶(hù)，又有廣闊的市場(chǎng)前景。