在谐波检测的过程中,一般以谐波电流为目标进行检测。目前谐波电流检测的方法主要来源于基于模拟滤波器理论、瞬时无功功率理论、傅里叶变换、自适应控制理论、神经网络理论以及小波变换理论6种。其中,基于傅里叶变换的谐波检测方法,基于无功功率理论的谐波检测方法和基于神经网络的谐波检测方法都可以满足电弧炉对谐波检测的相关要求,例如实时性好,能满足精度等。

由于使用无功功率理论的谐波检测理论能够直接得到谐波信号的瞬时分量,更适合于直接补偿谐波分量以改善电网电力质量。相比之下,构造检测并显示谐波参数的环节更多采用基于快速傅里叶变换理论的方法,这里提出一种采用基于傅里叶变换的谐波检测方法进行检测仪的设计。该仪器以MSP430系列单片机为主要核心进行相关软硬件部分的设计,主要功能包括计算并显示电弧炉三相谐波电流的基波与各次谐波、功率因数、有效值以及有功无功功率等各项参数。

1 主要原理

要在电路中获得可以通过单片机计算的电流信号,必然先经过采样,变换为离散的数字信号。设有周期函数:

其中:Ω为频率;X为幅度;周期为T。以x(nT,)作为周期信号x(t)的抽样,每个周期内抽样N点,即T=NT,经傅里叶变换后形成变换对,简化后可表示为:

其中:,n∈(-∞,+∞),k∈(∷∞,+∞);X(k)的物理意义是序列x(n)第k次谐波分量的幅度。

在使用计算机或者单片机做信号处理方面的工作时,要求信号在频域和时域都是离散的,且都是有限长。离散傅里叶级数满足离散要求,但是在时域、频域虽然都是周期函数其也都是无限长的,所以在时域、频域中各取1个周期,可以得到傅里叶变换对: