基于DSP的FFT算法在无功补偿控制器中的应用

　　根据周期信号无功功率的原理，介绍以TI TMS320F2812 32位定点DSP作为控制器的处理器，基于交流同步采样和傅里叶算法的三相功率计算方法。
　　正弦，固定采样点并及时测量频率周期，自适应调整采样间隔，解决了同步采样的问题。用快速傅里叶算法实现对无功功率和有功功率的精确测量，准确跟踪系统无功功率的变化，并对系统无功功率进行实时动态补偿。电力系统中，无功功率是影响电压稳定性的重要因素，无功补偿是确保电力系统高效可靠运行的有效措施之一[1]。了获得最佳的无功补偿效果，必须准确测量有功和无功[2]。文基于非正弦周期信号的无功功率理论，采用快速傅立叶算法来测量有功功率和无功功率，精确的计算可以有效提高开关精度，简化了无功功率控制策略。换，但缺点是计算量大，单芯片系统的计算速度远远不能满足要求，但DSP的应用解决了计算量大，运算速度慢的问题。立叶变换基于同步采样。要求整个周期以严格相等的间隔截取信号并进行采样。

　　此，应保证采样信号与实际信号严格同步，即采样频率为信号频率的整数倍，否则会出现频谱。漏会导致傅立叶变换结果出错，并影响测量的准确性[3]。
　　于电网的频率通常具有较小的波动，因此当使用固定的采样频率时，上述现象是不可避免的。项采用改进的软件锁相方法来减少定时误差，即固定采样点，DSP会及时测量工频周期，并进行调整。适应采样间隔。系统频率变化不是很快，为了随着系统电源频率的变化及时调整采样频率，计数器值对应于该频率的前一个周期可以先测量系统的周期（在DSP定时器的时钟周期单元中），然后根据周波的采样点数N来测量每个采样间隔都是随时间计算的，并以TS为周期执行采样，以实现对采样频率的及时监控。了实现此过程，首先将工频电压形成一个方波，然后发送到TMS320F2812捕获单元的CAP1捕获引脚。
　　获单元捕获方波的上升沿或下降沿，恒温阀芯并测量每个中断两次转换之间的时间差。在正确的时间获取工频周期计数器的值。算采样间隔后，以Ts为时间间隔，调整定时器周期寄存器的值，更改下一个周期的采样间隔，设置软件定时器中断并预置下一次进入中断的时间。软件定时器中断中执行数据采集控制，以完成监视和采样。进的方法易于实现，具有速度快，应用范围不受限制以及工作量极低的优点。进后的方法应用于无功补偿控制系统，实现了软件锁相，无论电网频率的波动如何，都可以在一个完整的周期内完成64点采样。而减少漏电误差，保证了计算精度，有效降低了电力系统频率变化对测量精度的影响。过测量信号波形的连续零交叉之间的时间来计算频率的方法可以通过TMS320F2812提供的硬件功能方便地执行。DSP捕获单元无需处理器干预即可自动记录过渡时间，它具有很高的实时性能和很高的记录精度。

　　是这种方法对谐波和随机干扰很敏感。虑到电力系统中大多数谐波是整数谐波，并且对零交叉点影响很小，因此该系统使用这种频率测量方法。
　　速傅立叶变换用于实时检测和处理电气参数，以获得最佳的无功补偿效果。制器使用三相电压和三相电流的同时采样，并使用快速傅里叶变换（FFT）算法实时测量电网的电气参数。只需要3个FFT即可计算出三相电压和三相电流。FFT结果[4]。中：・ X（K）和X*（N-K）分别是x（n）和x*（n）的DFT变换。数据处理过程中，系统首先对等式（2）进行FFT变换以获得X（K），然后可以得到X（NK），最后使用式（4），得到电压和电流的频谱（5）其中：XR（K）和XI（K）分别是X（K）的实部和虚部，和XR（NK）和XI（NK）分别是X（NK）。实部和虚部。
　　公式中：·L = N / 2-1，·这样，系统得到该相的参数，其他两相的参数处理方法相同，以上是单相功率的计算方法，电压和电流的计算包括平方，求和，在TMS320F2812的指令系统中，求和很容易实现；对于乘法，TMS320F2812具有一个乘法专用硬件，乘法指令的有效执行时间为1个CPU时钟周期。于除法，没有单周期除法指令。可以分解成一系列的减法和偏移量，可以通过子程序执行，对于公式，DSP库函数可以在汇编程序中直接调用[6]。据上述公式，可以计算出实时电压和无功功率。为全面调节电压和无功功率提供了基础。

　　上面的数据处理过程中，我们可以看到，在使用FFT算法将直流分量和谐波与交流分量分开之后，在处理过程中仅考虑了交流分量。
　　据，消除了测试电路中直流漂移对测量精度的影响。（1）快速傅立叶变换（FFT）用于信号分析，以处理时域中的复杂信号，以获得频域中更清晰的信号。工程应用中，它具有简单，精确和速度快的特点。DSP控制芯片凭借其自身的流水线操作和高速度已成为FFT执行的首选处理器。（2）快速傅立叶变换是一种比普通傅立叶变换优越的数据处理方法。本文中，将电压视为实部，将电流视为虚部，然后用公式将频率的两个部分分开。
　　算速度加倍，并节省时间。（3）傅里叶变换中所需的变换量只是整个周期，否则将降低变换后数据的精度。于该算法，快速傅里叶变换具有频率混叠现象，经过N组FFT数据后，获得了N / 2个频率量，而N / 2个量实际上是频率的重复。前的频率量[7]。过使用电压和电流矢量及其频谱之间的关系，可以获得电压的初始相位角和电流的初始相位角。系统利用基波电压（K = 1）与电流a1，b1的初始相位角之间的关系为开关电容器的标准提供了依据[8]。着电力电子和微电子学等先进科学的发展，无功补偿技术在电力系统领域取得了长足的进步。
　　本文中，DSP用于FFT的操作，并且跟踪和测量输入信号的频率。

　　于实际频率的采样周期计算算法解决了同步采样的问题，而没有增加硬件投资。种改进的软件锁相方法易于实现，实时性高，计算量少。绍了一种基于交流采样和傅里叶算法的三相功率计算方法。
　　方法可以有效消除三相功率测量中谐波引起的误差，提高测量精度。无功补偿控制系统的设计中，采用软件方法实现了同步采样，简化了硬件结构，降低了成本。
　　本文转载自
　　恒温阀芯 https://www.wisdom-thermostats.com