基于dsp的智能電力參數測試儀的研究畢業設計論文-文庫吧資料

　　

【正文】 功能，因而選用了適合于高速數據運算的 TI公司的 55xx系列 DSP中的TMS320VC5502作為主處理器。為了實現 ADS8364六個通道的同步采樣， ADS8364的 A、 B、 C三 組啟動控制信號 HOLDA、 HOLDB和 HOLDC接在一起，由 TMS320VC5502的定時器 O的輸出信號統一控制，只要定時時間到就可以同時啟動 ADS8364的六個通道，從而實現六通道的同步采樣。 ADS8364的 REFIN和 REFOUT引腳接到一起輸出 +2． 5V的參考電壓。 由于 ADS8364與 TMS320VC5502都是 ， TI公司提供的高速芯片，兩者在速度上能夠完全匹配，實現芯片間的無縫連接。 在本系統中，模擬信號采用差分輸入方式，要滿足雙極性輸入就需要進行電平轉換， 由于采樣時已經進行了電平轉換 。 A／ D轉換結果的讀取方式有三種：直接讀取、循環讀取和 FIFO方式。數字電源供電電壓為 3V～ 5V，既可以與 供電的微控制器接口，也可以與 5V供電的微控制器接口。模擬電源為單 +5V供電，將 ADS8364的 REFin和 REFout引腳接到一起可以輸出 +2． 5V的參考電壓提供給差分電路。 ADS8364有 6個模擬輸入通道，分為 A、 B、 C三組，每組包括 2個通道，分別由HOLDA、 HOLDB和 HOLDC啟動 A／ D轉換。 綜合以上因素考慮，我們選擇了非常適合本系統設計要求的 ADS8364數據采集芯片。同步采樣也是信號頻譜分析的前提條件。 我們要檢測的信號包括三相電壓、三相電流共 6路，在監測中，除了要知道每路信號值的大小之外。由于要研制的測試儀器電壓電流的測試精度預計達到 ％ RG(量程 )，所以 A／ D轉換器位數至少要達到 12位。根據上述分析，在此選用逐次逼近型 A/D轉換 器。其中閃電式 A／ D轉換器速度最快，價格也最昂貴，但閃電式 AD轉換器通常準確度、分辨率不高，不宜用在高準確度采樣系統；雙斜積分型準確度高、價格低廉，但速度最慢；逐次逼近型居中，速度較快、價格適中、準確度較高，它的優點是能保證高分辨率、 高速轉換。 R 6 0R 6 1R 6 3++L M 3 2 4+ 5 V 5 VL M 3 3 9+ 5 V 5 VR 6 2R 6 4R 6 5C A P 4D 1 3 圖 頻率測量電路 模數轉換部分設計 數字測量系統的測量精度與 A／ D轉換器的性能參數有很大關系， A／ D轉換器是整個數字電路的核心器件，在整個電氣測量系統中占有重要地位，因此必須首先合理地選擇 A／ D轉換器。 R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R P 1++L M 3 2 4+ 5 V 5 VL M 3 2 4+ 5 V 5 V 1 . 6 5 V 圖 電流采樣電路 R 3 0R 3 1R 3 2R 3 3R 3 4R 3 5R 3 6++L M 3 2 4+ 5 V 5 VL M 3 2 4+ 5 V 5 V 1 . 6 5 VP T1 : 1R P 4 圖 電壓 采樣電路 14 頻率測量電路 由于系統的測量是通過對信號進行周期采樣的方法來實現的，因此其準確性不僅來源于采樣的準確性還來源于系統頻率測量 的準確性，因此加入測頻電路是必不可少的。此電流信號經過電阻采樣后轉化為 ～ + 之間的電壓信號，由于所用 的 A／ D 轉換器是 單極性的，而電流檢測 信號是雙極性的，故交流模擬量信號在經過電流、 電壓轉換后，還要進行電平轉換， A／ D 轉換器的參考電壓為 +，因此偏移電壓取 ，使得偏移后的信號范圍在 0 至 + 之間。下面說明電流采樣電路，電壓采樣電路和電流采樣電路類似，在這里就不多做說明了。 13 信號采集部分設計 電壓和電流的檢測與調理電路 電壓和電流的檢測與調理電路的主要功能是把互感器輸出的 mA 級弱電流信號轉化成適合 DSP 采樣的電壓信號。該模塊主要用于數據采集處理系統和數據顯示系統的通訊。該模塊主要用于擴展外部存儲器，存放程序代碼和數據 。 模數轉換模塊：由 A/D轉換芯片 ADS8364組成，該模塊主要用于實時采集電網參數。 數據采集處理系統的硬件平臺由一片 DSP(TMS320VC5502)，結合眾多的外圍接口芯片組成的 ，它主要有以下幾個模塊組成： 處理器模塊：由 DSP芯片 TMS320VC5502及相應的外圍電路組成，主要用來控制數據采集和處理系統，完成數據處理工作。數據顯示與存儲系統主要完成測量數據的顯示、存儲工作。 第 3 章系統硬件設計 系統總體方案設計 電力參數綜合測試儀的總體結構 如 圖 ： 12 T M S 3 2 0 V C 5 5 0 2處 理 器顯 示 和 鍵 盤 電路存 儲 電 路信 號 采 集 和 轉換 電 路通 信 電 路 圖 總體結構圖 整個系統分為兩大部分：數據采集處理系統和數據顯示與存儲系統 。由于本裝置采用加漢寧窗的修正算法，現把加漢寧窗的修正公式列出 ： 1 2 4 6211 . 5( ) ( 2 . 3 5 6 1 9 4 0 3 1 . 1 5 5 4 3 6 8 2 0 . 3 2 6 0 7 8 3 0 . 0 7 8 9 1 4 6 1 )a r g ( ) ( ( 1 ) 0 . 5 ) ( 1 , 2 )2 iiA N y yX k f i??? ? ??? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ???（ ） 功率的測量 對 于功率的計算包括有功功率、無功功率、視在功率、功率因數的計算，功率的測量 . 在正弦波情況下，有功功率為 : cos( )P UI ?? （ ） 其中 ： U、 I電壓和電流的有效值， cos( )? 功率因數。 由于在尋找插值點時用到了峰值點附近的兩條譜線，因此稱該方法為雙譜線插值算法。如果采用多項式逼近求出函數 ??v 的近似計算公式，結果中將不含有奇次項。其計算公式為： 10 1 0 2 0121 0 2 021( 2 ( ) ( 2 ( )( 2 ( ) ( 2 ( )2( )( 2 ( ) ( 2 ( )W k k W k kAANNAW k k W k kNNyyWWNN????? ? ? ??????????? ? ? ?? （ ） 式（ ）中對兩根譜線采用的權重與各 自的幅值成正比。當采用切比雪夫多項式逼近奇函數 ??1g? 時，所求多項式的偶次項系數將為 0，這樣就進一步減少了乘法計算量。通過控制多項式逼近的次數，可以有效地控制逼近的精度。 計算 1()g???? 可以采用多項式逼近方法。這樣，將式（ ）經過變量代換和改寫后，可以得到： 2121( 2 ( 0 . 5 ) ( 2 ( 0 . 5 )_( 2 ( 0 . 5 ) ( 2 ( 0 . 5 )WW NNyyyy? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ??? （ ） 令 2121()()yy yy? ?? ?，并且當 N較大時，式（ ）一般可簡化為 ()g??? ，其反函數記為 1()g???? 。顯然， 1 0 2 1 1k k k k? ? ? ?在離散頻譜中找到這兩條譜線，從而可確定 1k 和 2k 令這兩條譜線幅值分別是11()y X k f??和22()y X k f??則由式 ()可知： 101202( 2 ( ) )( 2 ( )W k ky NW k ky N???? ? （ ） 由于 0101kk? ? ? ，所以可引入一個輔助參數口 ? ? ? ? 。 峰值頻率 00f k f??很難正好位于離散譜線頻點上，也就是說 0k 一般不是整數。本文采用在對加窗后進行插值的雙譜線插值算法，該方法能極大地提高 FFT計算的精度，從 而滿足諧波測量中對諧波參數的精度要求。 基于傅立葉變換的諧波分析法 快速傅立葉算法理論比較成熟，是目前諧波測量中最基本的方法。本設計將三相電壓電流 6路信號中的一路電壓信號送入到過零比較器得到與電壓信號頻率相同的方波信號輸出，由 DSP的捕獲腳捕獲信號上升沿，利用系統時鐘計算出兩個上升沿之間的時間，從而計 算出頻率。 首先，需要專門測頻電路，首先采用前置低通濾波器，濾除電壓 (電流 )信號 8 中的諧波分量，以避免測量結果受到諧波的影響，增加了硬件投資。另外，頻率同步也是實現高精度諧波分析的重要措施之一。在此條件下，任一點測得的頻率，均為系統頻率。在電力系統穩定運轉的狀態下，負荷功率的增減，發電機出力的變動不斷發生，系統中不同節點的頻率產生不同程度的波動，這是一種企求系統能量均衡的動態過程，在不破壞系統穩定的前提下，在各節點同時檢測，不易覺察到波動的差異。 對系統進行誤差分析。 本文的主要研究內容包括： 分析電力參數測試儀器的國內外發展現狀，指出開展電力參數綜合測試儀器 7 研究的重要意義。 本論文的研究內容 本文主要針對我國電力系統供配電的實際情況，在分析電力參數測試儀器的現狀和傳統測試儀器存在的問題的基礎上，開發出一個基于 DSP的電力參數綜合測試 裝置，實現多種電力參數的實時 測量。近幾年來隨著半導體技術的飛速發展，新技術、新產品不斷問世，使開發新式多功能電力參數測試儀成為可能。還有一些廠家采用模擬／數字變換型電能測量專用芯片 (如 AD公司的 AD7755系列芯片和 ATMEL公司的 AT73C501芯片組 )開發出來的產品，雖然在電能計量上取得了很好的精確度，但整體應用范圍較窄，無法實現功能的多樣性，移植性較差，對于高速實時信號處理也不適合。而完成的功能也由傳統的計量發展到多條記錄存儲、可與計算機進行數據交換、可進行遠程實時測量 (有線或無線 )等。機械式電能表由于自身的機械特性導致其穩定性和精度都不盡人意，隨著電力市場化改革的不斷深入，我國的國電網、省電網在各級電能計量數據采集系統建設中，大部分已將其更新為電子式電能表。轉盤的轉動經蝸桿傳遞到計數器，累計轉盤的轉數，從而達到計量電能的目的。應用于電力系統的電力參數實時測量功能，在變電站一級一般都由遠動裝 RTU(Remote Terminal Unit)來實現；而在普通應用環境中由于側重于電量的計量功能則多采用電能表來實現，主要是通過將有功功率對時間積分的方式進行有功電能的計量。電網的電流、電壓過低過高。 關鍵詞 ：電力參數；頻率；諧波分析； DSP Abstract It is very significant that accurate and quick measurement of the electric power parameter for realizing the automation of power work 4 dispatching and guaranteeing the safe operation of power work． With the development of modem power electronic technology,nonlinear loads are extensively applied in production and life． Their nonlinearity,impact and imbalance make power quality woPse and worse． Electric power parameters bee very important for people to grasp power supply line state and appraise electric quality． Measuring electric power parameters by digital signal processing technology has superiority in improving measurement precision and realtime performance． At the same time，digitization measurement makes the measurement system more intelligent． First,this paper introduces the development status and background of electric power parameters test instrument overall． The paper This frequency measur