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基于FPGA的新型谐波分析仪设计
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【电气论文集】
摘要：给出一种基于FPGA的新型谐波分析仪的设计方案。在该方案中，采用FPGA实现快速的FFT运算，使用实时操作系统结合Ethernet芯片实现TCP/IP协议直接接入局域网，并给出实现的设计实现。
关键词：FPGA Verilog HDL Nios 谐波分析仪 实时操作系统
引言
随着节能技术和自动化技术的推广，电力电子装置如变频设备、变流设备等，容量日益扩大，数量日益增多，使电网中的谐波污染日益严重，给电力系统和各类用电设备带来危害，轻则增加能耗，缩短寿命，重则造成用电事故，影响安全生产。因此，消除谐波污染，把谐波含量控制在允许范围内，已成为主管部门和用电单位的共同奋斗目标。
目前，电力系统中的谐波源，不但类型多，而且分布广，用户电网中的谐波电流可能来自本身的非线性设备，也可能来自外线路，如不加以区分将给谐波治理造成困难。因此进行谐波治理之前，必须要了解电网中谐波的次数及其含量，即必须进行谐波的测试。谐波测量是谐波问题的一个重要分支，它是谐波问题研究的主要依据，也是研究分析问题的出发点。
当前谐波测量的主要方式有3种。
图1
（1）采用模拟滤波器的谐波测量
最早的谐波测量是采用模拟滤波器实现的。即采用带阻滤波器将基波分量滤波，得到谐波分量；或采用带通滤波器得出基波分量，再与被检测量相减得到谐波分量。该检测方法的优点是电路结构简单，造价低，输出阻抗低，品质因素易于控制。但也有很多缺点，如精度不高、误差较大等。
（2）基于傅里叶变换的谐波测量
随着计算机和微电子技术的发展，基于傅里叶变换的谐波测量是当今应用最多也是最广的一种方法。它的核心理论建议在傅里叶变换的基础上。根据傅里叶变换理论，将模拟信号采信变成离散化数字序列信号后，输入微型计算机进行傅里叶变换，计算得到基波和频率为基波频率整数倍的多次谐波的幅值和相位，然后将计算获得的数据显示在屏幕上或存放在磁盘中供将来统计使用。
（3）利用小波分析方法的谐波测量
小波分析作为
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