国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

01.引言

    隨著電力系統(tǒng)新型負(fù)荷及非線性負(fù)荷的大量增加，電力系統(tǒng)的電壓和電流波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，從而給電力系統(tǒng)帶來(lái)很大的“電網(wǎng)污染”。特別是用戶內(nèi)部短路以及開(kāi)關(guān)操作、變壓器或電容器組投切時(shí)的短時(shí)中斷均會(huì)引起電能質(zhì)量擾動(dòng)問(wèn)題。同時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波成份也越來(lái)越復(fù)雜，嚴(yán)重的電力“污染”對(duì)某些行業(yè)（如醫(yī)院的精密儀器、微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及智能電子、工業(yè)過(guò)程控制中的微處理器等）構(gòu)成了巨大的威脅，甚至造成“瀑布”式的連鎖反映，從而引發(fā)電網(wǎng)崩潰的事件。所以，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)數(shù)據(jù)的精確采集、故障判斷、數(shù)據(jù)處理已成為電網(wǎng)正確運(yùn)行的焦點(diǎn)。

    因此，在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)諧波、負(fù)荷電流水平和功率因數(shù)等電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行合理的估算，并采取相應(yīng)的措施(如加設(shè)濾波和無(wú)功補(bǔ)償裝置)是非常必要的。隨著微處理器技術(shù)的快速發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，為本系統(tǒng)的成功研制提供了前提條件。本設(shè)計(jì)的研制主要針對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)供配電的實(shí)際情況，通過(guò)基于DSP的傅立葉變換算法，采用交流采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種電力參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量，為電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠保證。同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)外研制同類裝置的經(jīng)驗(yàn)，研制和開(kāi)發(fā)一種實(shí)用高效的電力參數(shù)測(cè)試儀，以適應(yīng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的需要。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)監(jiān)測(cè)供電有關(guān)信息，以便為調(diào)度、運(yùn)行、檢修提供服務(wù)，將會(huì)大大提高供電質(zhì)量。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

    電力參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)思想是采用DSP芯片TMS320C5402構(gòu)成數(shù)字處理系統(tǒng)，并以下位機(jī)為主體實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采樣、數(shù)據(jù)處理、分析和短時(shí)儲(chǔ)存，然后與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電壓、電流等電力參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理等功能，系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。具體操作如下：

    1．變壓器監(jiān)測(cè)終端首先把經(jīng)過(guò)CT, PT的三相電壓、電流，轉(zhuǎn)換為標(biāo)稱值為100V和5A的電壓、電流，再把該信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為跟隨式的標(biāo)稱值為5V的電壓信號(hào)。

    2．由DSP完成軟件濾波、FFT運(yùn)算以及電壓、電流、功率、諧波等電力參數(shù)的計(jì)算檢測(cè)并進(jìn)行各種判斷，將需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯。如果判斷讀出的數(shù)據(jù)值越限，DSP就控制相應(yīng)的輸出繼電器動(dòng)作，進(jìn)行外部供電系統(tǒng)報(bào)警信息的發(fā)送。用看門狗進(jìn)行刷新、復(fù)位并實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。

    3．鎖相環(huán)鎖定捕捉到的信號(hào)頻率，同時(shí)通過(guò)軟件編程和DSP控制可對(duì)六路同時(shí)采樣的高速A\D轉(zhuǎn)換器來(lái)完成六路信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。

    4．系統(tǒng)配有鍵盤輸入和LCD顯示，調(diào)試人員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鍵盤輸入命令，直接進(jìn)行控制并從LCD讀出所需數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的電源部分采用開(kāi)關(guān)電源模塊，使裝置能在較寬的電壓范圍內(nèi)正常工作。

3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

    3.1模擬抗混疊低通撼波電路

    抗混疊模擬濾波器的作用是濾掉高頻信號(hào)成分。使輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)為有限帶寬信號(hào)，并且以很小的衰減讓有效的頻率信號(hào)通過(guò)，而抑制這個(gè)頻帶以外的頻率信號(hào)，從而防止信號(hào)的頻譜發(fā)生混疊及高頻干擾。為了提高測(cè)量精度，結(jié)合數(shù)字濾波的方法，可以降低對(duì)模擬抗混疊濾波器的技術(shù)要求。

    本設(shè)計(jì)采用兩級(jí)RC低通抗混疊濾波器，根據(jù)采樣定理，數(shù)字系統(tǒng)所能正確分析的信號(hào)的最高頻率成分應(yīng)小于采樣頻率的二分之一，即：fh<1/2fs，這樣才不致于產(chǎn)生混疊誤差，對(duì)于高于1/2fs的信號(hào)頻率成分應(yīng)在采樣之前濾除，以免產(chǎn)生混疊誤差，考慮到不可能制造出截止特性非常銳陡的低通濾波器，所以fh與fs－fh之間需要一個(gè)保護(hù)帶，所以人fs/fh = 2.5～3。考慮到本系統(tǒng)的采樣頻率約為6.4KHz （50Hz×128 = 6400Hz，即每周波采樣128點(diǎn)），且根據(jù)國(guó)家對(duì)諧波測(cè)量?jī)x器的要求，A級(jí)儀器頻率測(cè)量范圍是0～2500Hz，所以將模擬低通濾波器的截止頻率定為2. 5KHz。由基本的電路知識(shí)不難算出兩階RC低通濾波器的截止頻率公式 ，取濾波電阻2.4K ，濾波電容0.01 ，就可以滿足設(shè)計(jì)要求 

    3.2 A/D采集電路

    多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將電流互感器和電壓互感器隔離變換后的3路電壓、3路電流信號(hào)經(jīng)采樣緩沖后通過(guò)AD73360進(jìn)行6路同步采集，其中AD73360的采樣頻率由鎖相倍頻電路鎖定電網(wǎng)頻率得到，AD73360采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)TMS320C5402A的串行口與CPU通信。為了提高系統(tǒng)抗干擾性能，A/D采集采用差動(dòng)輸入，輸入范圍為－5V～+5V，為了使輸入信號(hào)適合A/D采集芯片的處理要求，首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖和預(yù)處理。因?yàn)锳D73360采用的是 轉(zhuǎn)換原理，具有優(yōu)良的內(nèi)置反混迭性能，模擬通道不需要配置高階低通濾波器，而只用簡(jiǎn)單的一階RC低通濾波器。

    AD73360的模擬輸入共有四種方式：直流耦合的差分輸入、交流耦合的差分輸入、直流耦合的單端輸入和交流耦合的單端輸入。交流耦合的差分輸入的連接如圖2所示，其中C1和C2起隔直作用，R1，C3和R2，C4分別為一階低通濾波器，R3和R4的作用是把參考信號(hào)引入到輸入端。

    3.3 CPLD的應(yīng)用

    由于MS320LF2407僅有一個(gè)同步通訊口，因而設(shè)計(jì)中采用DSP的UART擴(kuò)展。同時(shí)由于輸入輸出接口的資源有限，故采用了CPLD擴(kuò)展。在本系統(tǒng)中，為了減小系統(tǒng)面積，以及加快設(shè)計(jì)步伐，采用了XILINX的XC95108芯片。它的宏單元數(shù)為108個(gè)，最大I/0數(shù)為108個(gè)，系統(tǒng)時(shí)鐘可達(dá)200MHz，采用快閃存儲(chǔ)技術(shù)，功耗明顯降低。系統(tǒng)中，XC95108主要解決缺相檢測(cè)、采樣脈沖產(chǎn)生、地址譯碼、鍵盤抖動(dòng)和重鍵等問(wèn)題。

    3.4系統(tǒng)按鍵與顯示電路

    在保證能完成各種功能的情況下，為了使操作簡(jiǎn)單，選用了盡量少的按鍵數(shù)，并且采用了獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，實(shí)行功能復(fù)用，此方法雖然在判斷哪一個(gè)按鍵按下的程序上顯得復(fù)雜了一些，但它可以節(jié)省很多的數(shù)據(jù)地址空間或I/O口線，配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)的按鍵部分直接采用SPCE061A的I/O口作為輸入。

    作為小型的智能儀器，LCD是不可缺少的部分，操作人員可以根據(jù)需要來(lái)人工設(shè)置各種運(yùn)行參數(shù)或?qū)崟r(shí)顯示各種參數(shù)。液晶顯示器由于具有顯示信息豐富，功耗低，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最理想的顯示器件，近年來(lái)被廣泛的用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表、工業(yè)控制領(lǐng)域和家用電器當(dāng)中。系統(tǒng)選用的是內(nèi)藏T6963 C控制器點(diǎn)陣圖形式的液晶顯示模塊。     

4.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)的軟件由兩個(gè)部分構(gòu)成：DSP軟件設(shè)計(jì)單元和上層監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)單元。DSP主要用于判別按鍵、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、對(duì)采樣量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算以及通信控制等操作；上層監(jiān)控單元提供友好的人機(jī)界面，便于參數(shù)的顯示及控制，直觀地、實(shí)時(shí)地反映當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行情況。本文中主要分析DSP軟件設(shè)計(jì)單元。數(shù)據(jù)處理模塊首先是對(duì)數(shù)據(jù)采集單元得到的離散化信號(hào)進(jìn)行FIR濾波處理，后運(yùn)用各種算法實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)電網(wǎng)參數(shù)的計(jì)算與分析。離散化信號(hào)經(jīng)FFT變換后，以分離出基波分量和各次諧波分量，以便進(jìn)行諧波分析。數(shù)據(jù)處理程序流程圖如圖3所示：

    另一部分是單片機(jī)程序，主要完成讀CPLD接口數(shù)據(jù)，送到LCD電路顯示出來(lái)，掃描串口通訊，在符合語(yǔ)音條件時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播放等功能。

    傳統(tǒng)的匯編語(yǔ)言編程存在諸多不利因素：工作量大、地址安排復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、通用性差等，而采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，就具有開(kāi)發(fā)速度快、可靠性高、可讀可移植性高等優(yōu)點(diǎn)。由于TMS320C5402芯片計(jì)算速度非常快，采用高級(jí)語(yǔ)言編程也能夠滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。采用C語(yǔ)言編程的軟件結(jié)構(gòu)清晰，易于理解，便于調(diào)試、連接、修改和移植，節(jié)省了軟件工作量，提高了工作效率，所以DSP程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。

5.DSP仿真

    在CCS平臺(tái)上，對(duì)DSP程序進(jìn)行編譯后，用Emulator對(duì)之進(jìn)行仿真，得到如圖5和圖6所示結(jié)果。

    圖4中nADCIn0為對(duì)電路零序電壓波形的64點(diǎn)采樣值，nADCIn1為對(duì)電路零序電流波形的64點(diǎn)采樣值，圖5中電壓值76為零序電壓波形的有效值，電流值12為零序電流波形的有效值，功率值881為某電路的零序有功功率。由圖中可以看到各項(xiàng)預(yù)定計(jì)算功能都得到了實(shí)現(xiàn)，經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證仿真計(jì)算結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)的要求。

6.結(jié)論與展望

    我國(guó)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量研究起步較晚，目前使用的電網(wǎng)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定距離，因此，電網(wǎng)污染問(wèn)題仍然有待于進(jìn)一步解決，傳統(tǒng)的采樣裝置有待于進(jìn)一步優(yōu)化提高，本文首先根據(jù)當(dāng)前電力參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域中存在的實(shí)際問(wèn)題，提出了研制新型電力參數(shù)測(cè)試儀的必要性和可行性。在介紹了國(guó)內(nèi)外在電量測(cè)量技術(shù)發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要分析了目前電力參數(shù)測(cè)量?jī)x表研制過(guò)程中所采用的部分技術(shù)及各自的優(yōu)劣點(diǎn)。本文將得到日益廣泛應(yīng)用的數(shù)字信號(hào)處理芯片與精確的傅立葉變換運(yùn)算這兩種先進(jìn)的軟硬件技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)了一種基于諧波分析的多功能電力參數(shù)測(cè)試儀。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁光美.高西全.數(shù)字信號(hào)處理[M].西安.電子科技大學(xué)出版社.2002

[2]施奕平.基于DSP的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀[J].電測(cè)與儀表.2002 (1)

[3]劉和平.TMS320LF240X DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用[M].北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2003

[4]王潞鋼.DSP C2000程序員高手進(jìn)階[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2004

[5]張鳳蕊.郭俊杰.基于DSP電力參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2006.(20)