面向智能建筑的电力谐波分析装置设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着电力电子设备在智能建筑中越来越多元化的接入，大量非线性电荷涌入整个智能建筑的电力系统中，智能建筑中存在的谐波污染与日俱增，从很多方面影响了整个智能建筑带给住户的智能化体验，对于谐波的分析更加深入具体到智能建筑这一环节，存在一定的实用价值，也是智能建筑更加智能化，更加稳定，更加让人信任的一个必由之路。

早在18，19世纪，谐波的数学分析已经有了良好的基础，傅里叶等人的谐波分析方法仍被广泛使用。而电力系统的谐波问题更是在20世纪20年代就引起了人们的重视，1945年j.c.read发表的有关变流器谐波的论文更是早期有关谐波研究的经典论文。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分的关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

谐波引起的铜损，在总谐波畸变系数很低的情况下，大概会使输入的基波损失9%，而与之相比，对哪怕是基波影响不大的铁损，在谐波电流通过变压器时，变压器的铁芯损耗大幅度增加，变压器出现过热现象，使用的寿命减少很多。

2. 研究内容和预期目标

预期目标：设计一个基于单片机的智能建筑的电力谐波分析装置，拥有LCD屏幕，单片机控制系统，AD转换器，具备初步的通信能力。能够处理一些典型的信号，并且将其谐波强度通过计算有呈现。

研究内容一：通过阅读文献，选择出适合智能建筑谐波分析的算法，将其通过matlab仿真，对典型的正弦余弦信号进行计算。总结出合适的呈现方式，用以评价谐波水平。要求选取的谐波次数在2到11次之间，以奇次谐波为主，信号的频率也应该在合适的区间。

研究内容二：通过微处理器，处理信号发生器发出的典型信号，用c语言录入算法，最后通过LCD屏幕显示结果，还能通过通讯接口传输结果。要求微处理器拥有至少12位的AD转换器，并且成本应该尽可能的降低，来实现分析装置的普及以及经济价值。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：通过快速傅里叶来分析

步骤：先用matlab，产生经典的波形，然后对采样信号进行处理，再用fft法识别采样信号的基波频率，分别用调制信号a（t）和b（t）对采样信号进行调制，用其他法对调制后的信号进行分解得到vhcosθ和vhsinθ，然后计算谐波的幅值和相位，再乘上修正系数得到正确的谐波幅值。

选择合适的微处理器，进行相关的学习，了解其通讯标准，ad转换，数据处理的方法。

4. 参考文献

[1] 顾定军. 谐波引起的电能损耗分析.[a] 舟山电力局. 2010.

[2] 王业铨. 低压配电网谐波分析与三次谐波抑制研究[d]. 北京化工大学, 2015.

[3] 任志莲. 电力系统的谐波分析算法及负荷谐波建模[d]. 北京交通大学, 2009.

5. 计划与进度安排

（1）2022-02-24～2022-03-08 查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告；

（2）2022-03-09～2022-03-22 结合总体架构，完成换道设计方案、系统硬件功能分析和设计；

（3）2022-03-23～2022-04-19 完成硬件设计，编写系统软件程序；