一种基于FPGA的电力谐波检测系统及方法技术方案

本申请公开了一种基于FPGA的电力谐波检测系统及方法，系统包括：ADC模块用于：将电力信号转换为数据序列，并输入到FIFO模块中；窗函数ROM模块用于：存储预置点数的窗函数序列；FIFO模块用于：保存数据序列，当数据序列的点数达到FFT模块的点数时对数据序列和窗函数序列进行加窗运算；FFT模块用于：对加窗运算后的数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，频谱序列包括频谱基波和频谱谐波；控制模块用于：控制FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块进行工作。本申请的电力谐波检测系统基于FFT模块运算快速的优势，并对电力信号进行加窗操作，能够简单、精确地检测出电力信号，解决了现有技术对电力谐波检测不能同时兼顾检测精确性与操作简单的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的电力谐波检测系统及方法
本申请涉及电力
，尤其涉及一种基于FPGA的电力谐波检测系统及方法。
技术介绍
随着社会的不断进步，越来越多的电子设备接入电网，使得电网谐波问题日益严重；而谐波问题会导致电网电压不稳定、电压波形畸变、无功功率增大等问题，因此，对电网中的谐波研究具有重要的意义。目前，检测电网中谐波的方法主要有：模拟滤波器法和基于神经网络的谐波检测方法。其中，模拟滤波器法主要有两种，一种是通过滤波器除去基波分量，从而得到谐波；另一种是使用带通滤波器得到基波分量，然后与原信号相减得到谐波分量；这种方法虽然操作简单，但是误差大，实时性较差；而通过人工神经网络对电网谐波进行检测虽然较为准确，但是操作非常复杂，需要标记大量样本，同时网络结构需要进行不断调整来适应电网变化。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种基于FPGA的电力谐波检测系统及方法，用于解决现有技术对电力谐波检测不能同时兼顾检测精确性与操作简单的技术问题。有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于FPGA的电力谐波检测系统，所述系统包括：ADC模块和FPGA系统，其中所述FPGA系统包括：FIFO模块、窗函数ROM模块、FFT模块和控制模块；所述ADC模块的第一端与所述FIFO模块的第一端相连，所述FIFO模块第二端与所述窗函数ROM模块的第一端相连，所述窗函数ROM模块的第二端与所述FFT模块的第一端相连；所述控制模块分别与所述FIFO模块、所述窗函数ROM模块和所述FFT模块相连；所述ADC模块用于：将电力信号转换为数据序列，并输入到所述FIFO模块中；所述窗函数ROM模块用于：存储预置点数的窗函数序列；所述FIFO模块用于：保存所述数据序列，当所述数据序列的点数达到所述FFT模块的点数时，对所述数据序列和所述窗函数序列进行加窗运算；所述FFT模块用于：对加窗运算后的所述数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，所述频谱序列包括频谱基波和频谱谐波；所述控制模块用于：控制所述FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块进行工作。可选地，还包括：上位机；所述上位机用于：对所述频谱序列进行频谱分析，得到所述频谱序列的幅值和频率，并绘制所述频谱序列的频谱图。可选地，所述窗函数序列设置为汉宁窗函数序列。可选地，所述FIFO模块具体用于：保存所述数据序列，当所述数据序列的点数达到所述FFT模块的点数时，对所述数据序列和所述窗函数序列进行乘法运算。可选地，所述所述FFT模块采用AXI数据总线，并设置所述FFT模块的点数为2048点。可选地，所述ADC模块的采样速率大于1MSPS。本申请第二方面提供一种基于FPGA的电力谐波检测方法，应用于第一方面的基于FPGA的电力谐波检测系统，所述方法包括：通过ADC模块将电力信号转换为数据序列，并输入到FIFO模块中；所述FIFO模块对所述数据序列进行保存，当所述数据序列的点数达到所述FFT模块的点数时，对所述数据序列和窗函数序列进行加窗运算，所述窗函数序列存储于窗函数ROM模块中；通过FFT模块对加窗运算后的所述数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，所述频谱序列包括频谱基波和频谱谐波。可选地，所述通过FFT模块对进行加窗运算后的所述数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，所述频谱序列包括频谱基波和频谱谐波，之后还包括：通过上位机对所述频谱序列进行频谱分析，得到所述频谱序列的幅值和频率，并绘制所述频谱序列的频谱图。可选地，所述对所述数据序列和窗函数序列进行加窗运算，具体为：对所述数据序列和所述窗函数序列进行乘法运算。可选地，所述通过ADC模块将电力信号转换为数据序列，并输入到FIFO模块中，具体为：通过采样速率大于1MSPS的所述ADC模块将所述电力信号转换为所述数据序列，并输入到所述FIFO模块中。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本申请提供了一种基于FPGA的电力谐波检测系统，包括：ADC模块和FPGA系统，其中FPGA系统包括：FIFO模块、窗函数ROM模块、FFT模块和控制模块；ADC模块的第一端与FIFO模块的第一端相连，FIFO模块第二端与窗函数ROM模块的第一端相连，窗函数ROM模块的第二端与FFT模块的第一端相连；控制模块分别与FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块相连；ADC模块用于：将电力信号转换为数据序列，并输入到FIFO模块中；窗函数ROM模块用于：存储预置点数的窗函数序列；FIFO模块用于：保存数据序列，当数据序列的点数达到FFT模块的点数时，对数据序列和窗函数序列进行加窗运算；FFT模块用于：对加窗运算后的数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，频谱序列包括频谱基波和频谱谐波；控制模块用于：控制FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块进行工作。本申请的基于FPGA的电力谐波检测系统，通过ADC模块将电力信号转换为离散序列，利用窗函数ROM模块对离散序列进行加窗操作，有效地改善了频谱泄漏现象，从而减少了检测误差提升了系统的检测精确性，并使用FPGA作为硬件平台，基于FFT模块的并行运算能力强的优势，使得系统能够快速的对离散序列进行变换得到电力信号的频谱序列，同时能够与ADC模块进行通信而且操作简单；从而使得本系统能够精确地、简单地对电力信号进行检测，解决了现有技术对电力谐波检测不能同时兼顾检测精确性与操作简单的技术问题。附图说明图1为本申请实施例中提供的一种基于FPGA的电力谐波检测系统的实施例结构示意图；图2为本申请实施例中提供的一种基于FPGA的电力谐波检测方法的实施例的流程示意图。具体实施方式本申请实施例提供了一种基于FPGA的电力谐波检测系统及方法，解决了现有技术对电力谐波检测不能同时兼顾检测精确性与操作简单的技术问题。为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。请参阅图1，本申请实施例提供的一种基于FPGA的电力谐波检测系统的结构示意图。本实施例提供的一种基于FPGA的电力谐波检测系统，包括：ADC模块和FPGA系统，其中FPGA系统包括：FIFO模块、窗函数ROM模块、FFT模块和控制模块；ADC模块的第一端与FIFO模块的第一端相连，FIFO模块第二端与窗函数ROM模块的第一端相连，窗函数ROM模块的第二端与FFT模块的第一端相连；控制模块分别与FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块相连。ADC模块用于：将电力信号转换为数据序列，并输入到FIFO模块中。可以理解的是，ADC模块用于将连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的电力谐波检测系统，其特征在于，包括：ADC模块和FPGA系统，其中所述FPGA系统包括：FIFO模块、窗函数ROM模块、FFT模块和控制模块；/n所述ADC模块的第一端与所述FIFO模块的第一端相连，所述FIFO模块第二端与所述窗函数ROM模块的第一端相连，所述窗函数ROM模块的第二端与所述FFT模块的第一端相连；所述控制模块分别与所述FIFO模块、所述窗函数ROM模块和所述FFT模块相连；/n所述ADC模块用于：将电力信号转换为数据序列，并输入到所述FIFO模块中；/n所述窗函数ROM模块用于：存储预置点数的窗函数序列；/n所述FIFO模块用于：保存所述数据序列，当所述数据序列的点数达到所述FFT模块的点数时，对所述数据序列和所述窗函数序列进行加窗运算；/n所述FFT模块用于：对加窗运算后的所述数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，所述频谱序列包括频谱基波和频谱谐波；/n所述控制模块用于：控制所述FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块进行工作。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的电力谐波检测系统，其特征在于，包括：ADC模块和FPGA系统，其中所述FPGA系统包括：FIFO模块、窗函数ROM模块、FFT模块和控制模块；
所述ADC模块的第一端与所述FIFO模块的第一端相连，所述FIFO模块第二端与所述窗函数ROM模块的第一端相连，所述窗函数ROM模块的第二端与所述FFT模块的第一端相连；所述控制模块分别与所述FIFO模块、所述窗函数ROM模块和所述FFT模块相连；
所述ADC模块用于：将电力信号转换为数据序列，并输入到所述FIFO模块中；
所述窗函数ROM模块用于：存储预置点数的窗函数序列；
所述FIFO模块用于：保存所述数据序列，当所述数据序列的点数达到所述FFT模块的点数时，对所述数据序列和所述窗函数序列进行加窗运算；
所述FFT模块用于：对加窗运算后的所述数据序列进行快速傅里叶变换，得到频谱序列，所述频谱序列包括频谱基波和频谱谐波；
所述控制模块用于：控制所述FIFO模块、窗函数ROM模块和FFT模块进行工作。


2.根据权利要求1的所述基于FPGA的电力谐波检测系统，其特征在于，还包括：上位机；
所述上位机用于：对所述频谱序列进行频谱分析，得到所述频谱序列的幅值和频率，并绘制所述频谱序列的频谱图。


3.根据权利要求1的所述基于FPGA的电力谐波检测系统，其特征在于，所述窗函数序列设置为汉宁窗函数序列。


4.根据权利要求1的所述基于FPGA的电力谐波检测系统，其特征在于，所述FIFO模块具体用于：保存所述数据序列，当所述数据序列的点数达到所述FFT模块的点数时，对所述数据序列和所述窗函数序列进行乘法运算。


5.根据权利要求1的所述基于FPG...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖勇，李博，尹家悦，曹敏，林伟斌，王恩，胡珊珊，唐标，翟少磊，魏龄，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44