船舶电力推进系统谐波检测算法的研究与实现

发布时间：2017-09-20 04:13

  本文关键词：船舶电力推进系统谐波检测算法的研究与实现

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【摘要】：船舶电力推进技术的广泛应用得益于电力电子及自动化技术的快速发展,但各种非线性电力电子器件的使用,给船舶电力推进系统带来了大量的谐波,导致电气设备过热,可靠性降低,严重时甚至影响船舶的安全航行,因此谐波问题亟待解决。准确地检测谐波是治理谐波的前提和依据,具有重要的意义。傅里叶变换是经典的谐波分析方法,本文首先对基于快速傅里叶变换的谐波检测算法进行了深入的研究。快速傅里叶变换在运算量及运算速度上有着其他算法无法比拟的优势,但是在非同步采样时存在频谱泄漏和栅栏效应,并且传统快速傅里叶变换不能准确检测间谐波,常用的加窗插值算法计算量也较大。针对以上不足,本文提出四项Nuttall窗插值傅里叶变换方法。该方法具有谐波分析精度高且计算量小的优点,适于在工程实际中应用。其次本文设计了以DSP为核心的电能质量监测装置,详细介绍了硬件电路的功能及组成,核心处理器选用TI公司的TMS320F28335,可满足高速处理复杂算法的要求。采样芯片选用ADI公司的AD7606,可同时对8路通道进行高速采样。选用CCS3.3软件平台,采用模块化程序思想,通过C语言编程完成主程序及各子程序的编写,配合硬件平台能完成数据的采集处理,谐波含量的计算,基本电力参数的计算等功能。在实验室条件下,完成了各硬件电路的测试,并成功将四项Nuttall窗插值傅里叶变换算法在电能质量监测装置硬件中实现。测试结果表明,整个系统能准确地测量各种工况下的电力参数及谐波和间谐波含量,并兼具实时性。
【关键词】：船舶电力推进系统 谐波检测 加窗FFT DSP实现
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 谐波检测算法的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 船舶电力系统谐波问题11-12
• 1.2.2 谐波检测算法的研究现状12-13
• 1.2.3 谐波检测设备的发展现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 基于傅里叶变换的谐波检测算法16-34
• 2.1 傅里叶变换原理16-20
• 2.1.1 离散傅里叶变换16-17
• 2.1.2 快速傅里叶变换17-20
• 2.2 传统FFT的缺陷20-24
• 2.2.1 频谱混叠失真20-21
• 2.2.2 栅栏效应21
• 2.2.3 频谱泄漏21-22
• 2.2.4 间谐波影响检测精度22-24
• 2.3 加窗插值FFT算法24-33
• 2.3.1 窗函数及其算法24-26
• 2.3.2 二项系数余弦窗插值修正算法26-29
• 2.3.3 三项系数余弦窗插值修正算法29-31
• 2.3.4 四项系数余弦窗插值修正算法31-32
• 2.3.5 加四项Nuttall窗插值FFT算法32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 谐波检测算法的硬件平台开发34-50
• 3.1 硬件平台总体设计34-35
• 3.2 信号采集模块35-36
• 3.2.1 电压传感器电路35-36
• 3.2.2 电流传感器电路36
• 3.3 信号调理模块36-42
• 3.3.1 抗混叠滤波电路36-39
• 3.3.2 过零检测电路39-40
• 3.3.3 锁相倍频电路40-42
• 3.4 A/D采样模块42-45
• 3.5 DSP信号处理模块45-49
• 3.5.1 DSP外围电路45-48
• 3.5.2 频率捕捉电路48-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 谐波检测算法的软件实现50-59
• 4.1 软件开发环境50
• 4.2 系统软件总体设计50-51
• 4.3 各模块程序流程设计51-58
• 4.3.1 主程序流程设计51
• 4.3.2 A/D采样控制程序流程设计51-53
• 4.3.3 FFT算法程序流程设计53-54
• 4.3.4 电力参数计算程序设计54-58
• 4.3.5 SPI通信程序流程设计58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 系统测试结果与分析59-73
• 5.1 硬件电路测试60-63
• 5.1.1 信号采集电路测试60
• 5.1.2 信号调理电路测试60-61
• 5.1.3 过零检测电路测试61-62
• 5.1.4 锁相倍频电路测试62-63
• 5.2 软件程序测试63-72
• 5.2.1 AD7606采样程序测试63-64
• 5.2.2 电力参数计算程序测试64-69
• 5.2.3 改进FFT算法程序测试69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 附录79-81
• 致谢81-82
• 作者简介82

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本文编号：885831