带有电网谐波分析功能的智能多电源监控系统

持系统的正常运转；在交流电压异常以及切换过程中，后备电池临时为系统供电，直至新的合格交流电源接入。

光电隔离器以外的放大器和RS485通信芯片的电源采用了DC-DC隔离电源与光电隔离器配合使用，可实现被测信号、通信总线与系统内部电路之间的良好隔离。

3 软件流程

考虑到系统时效性和灵活性的需要，整个程序采用汇编语言完成。其中，#N控制单元子程序除对常用电源电压质量进行监测、记录和判断外，还作为整个系统的主程序（流程图见图3），完成监控系统的动作逻辑和通信线路检测、参数设置、记录打印输出以及故障处理等。其它控制单元子程序在此基础上取消了通讯线路检测以及组织动作逻辑的功能。#J控制单元程序还省去了信号检测部分程序。

4 谐波分析

谐波分析的基本方法是对同步采样结果进行离散傅立叶变换分析。为了减小泄露效应引入的误差。本系统对同步采样结果进行了插值预处理。根据单片机主频及实际需要，该系统所处理的最高谐波次数为13次。

根据采样定理，设fs为采样频率,fh为待采样信号的最高频率，当满足fs>2fh时，就可以根据采样值准确复现波形，也就可以计算出信号的各次谐波分量。计算公式如下：

设以T为周期的电压信号javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>，在[t0,t0+T]上等间隔采样N次，则：

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um即为m次谐波电压的幅值Am。在本系统中，为方便利用FFT进行计算，N的取值为32。

4.1 采样过程中信号零点的确定

片内10位A/D的基准电压采用了正电压。为保证采样信号的动态范围，采样信号的零点电压应位于参考电压UREF一半附近，但由于硬件电路很难确保证交流电压为零时的A/D输入为1/2UREF，故设A/D满量程的一半为零点时的信号采样结果是不准确的。为得到准确的零点电压采样值，可在设计硬件参数时，使A/D输入电压大致为1/2UREF，同时在系统初始化过程中对输入信号为零时的A/D输入信号采样，采样结果即为准确的零点值。

4.2 采样值的预处理

实际信号不一定是严格的50Hz，为保证在一定频率变化范围内仍能采得整周期信号，需按照理想采样间隔多采若干点（实际中采样36点）。为得到实际信号的32点等间隔采样值，需先算出实际信号按理想时间间隔采样一周期的点数，然后用内插法算出实际信号一周期内均匀的32个采样点值。

4.3 电压谐波畸变率（THDu）的计算

利用基-2的FFT算法，可通过实际的32个采样点求得基波和各次谐波电压分量的均方根值Um，然后将其结果每5次取一次算术平均值作为测量的结果，进而可以算出总的（2～13次）谐波含量UH和电压总谐波畸变率THDU。THDU为：

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当然，由于精度和测量范围的限制，这种算法不适用于负荷变化快的测量场合。

该系统能比较准确地测量各相电压参数，并可根据测量结果产生相应的执行动作，需要时还可以扩展为对电流和各种功率参数进行测量和计算。整个系统经过运行检验，工作稳定可靠。虽然系统本身并不作为测量仪器使用，但通过与标准仪器的测量结果进行比对，可看出其对电压幅值和低次谐波的测量精度达到设计要求。

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