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1 引言 電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控的實時性要求較高，不僅含有頻率、電壓、電流、有功、無功、諧波分量、序分量等，而且有些采集的特征量頻率變化快而且復(fù)雜，如暫態(tài)突變量、高頻的故障行波等，普通的采集處理方法對多路進行采樣計算顯得困難甚至難以實現(xiàn)。為了克服以上不足，滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求，將先進的數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮其快速強大的運算及并行運行處理能力，滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控實時性和處理算法的復(fù)雜性等要求，并為不斷發(fā)展的新理論和新算法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實踐奠定技術(shù)基礎(chǔ)。 筆者以TMS320LF2407A型DSP為控制核心，設(shè)計了響應(yīng)快、延時小和沒有相位偏移的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。在整個控制系統(tǒng)中，信號采集單元的轉(zhuǎn)換精度決定整個控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。TMS320-LF2407帶有內(nèi)置采樣和保持電路的10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，但只能接收O V～3.3 V的單極性信號，對于交流信號需要另外設(shè)計限幅升壓電路，同一排序器內(nèi)各通道的串?dāng)_嚴重，所以lO位的轉(zhuǎn)換精度難以滿足高性能系統(tǒng)的要求。由于本應(yīng)用對采集精度要求高，要求采用14位A/D轉(zhuǎn)換器，所以采用Maxim公司的MAXl25型轉(zhuǎn)換器作為信號 采集單元的核心。 2 MAXl25的特性和工作原理 MAXl25是8通道高速14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，它內(nèi)設(shè)采樣/保持器(T/H)，單次轉(zhuǎn)換時間為3 μs，通過對MAXl25寫控制字，可以使之工作于單通道轉(zhuǎn)換，也可以使之工作于多通道的連續(xù)轉(zhuǎn)換，且其轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)具有緩沖功能，DSP可以方便地讀取。MAXl25采用雙極性供電，輸入電壓范圍為±5 V，轉(zhuǎn)換器的最高輸入過電壓高達±17 V，而且某個通道的損壞不會影響整個電路的正常工作。表1給出MAXl25的工作模式。MAX125較好地滿足了精度要求，通過合理的控制電路設(shè)計，該數(shù)據(jù)采集通道能較好地滿足系統(tǒng)的實時性要求。圖1示出MAXl25的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 圖2為MAXl25的工作時序，每個CONVST脈沖啟動1"4個T/H轉(zhuǎn)換，MAXl25初始化后，設(shè)置工作模式為0X0002，系統(tǒng)利用2個MAXl25的CHlA、CH2A、CH3A通道分別對三相電壓和三相電流進行轉(zhuǎn)換，即每個MAXl25只有3個通道需要轉(zhuǎn)換，每個通道的轉(zhuǎn)換時間為3μs，轉(zhuǎn)換三個通道需要9μs，采樣速率最高為100 kS/s。 通過CONVST脈沖啟動MAXl25的轉(zhuǎn)換，大約9μs后，3個通道轉(zhuǎn)換完畢，產(chǎn)生1個中斷信號，中斷信號傳送到可編程邏輯控制器(GAL)中，由GAL通知DSP讀取采樣數(shù)據(jù)，同時GAL給MAXl25的RD引腳施加讀脈沖，3個連續(xù)的讀操作可以讀取3個連續(xù)的數(shù)據(jù)。圖3示出采集通道的原理框圖。 3 采集系統(tǒng)設(shè)計 MAXl25擁有A、B 2組信號輸入端，每組4個輸入通道，內(nèi)置4路采樣保持器，在實際應(yīng)用中分別采集負載電流、補償電流、電源電流和逆變器直流側(cè)的電容器電壓。MAXl25可以和DSP并行工作以減輕DSP的工作負擔(dān)。MAXl25的輸出數(shù)據(jù)要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后才能送到TMS320LF2407的數(shù)據(jù)線上。如果直接將MAXl25的輸出直接送到TMS320LF2407的數(shù)據(jù)輸入引腳上，則有可能超過TMS320LF2407引腳的耐壓值(3.6V)。本系統(tǒng)使用74AHCT245作為電平轉(zhuǎn)換器，MAXl25的輸出DO-D13接入74AHCT245鎖存后進行電平轉(zhuǎn)換，再進入TMS320LF2407的數(shù)據(jù)總線。74AHCT245的工作電壓為3.3 V，輸出信號電平為3.3 V，可以接受5.5 V的輸入信號。本設(shè)計中使用了2個74AHCT245作為電平轉(zhuǎn)換單元，輸入數(shù)據(jù)來自MAXl25的14位數(shù)據(jù)，多余的2路輸入引腳接地，輸出信號接入TMS320LF2407的DO-D15引腳。2個74AHCT245控制信號由GAL發(fā)出。電路原理如圖4所示。 控制系統(tǒng)的主要指令都在定時器中完成。圖5示出定時器周期中斷服務(wù)程序的流程。當(dāng)定時器計數(shù)器的值與定時器周期寄存器的值相等時，產(chǎn)生周期中斷請求。中斷被響應(yīng)后進入中斷服務(wù)程序，確認中斷源正確后，首先啟動外部A/D轉(zhuǎn)換器，采集負載電流、補償電流、電容器電壓，再對轉(zhuǎn)換結(jié)果進行移位、求補碼等必要的處理。 4 結(jié)束語 此電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計以TSM320LF2407A型DSP為核心，功能強大，可拓展性強。A/D轉(zhuǎn)換選用14位MAXl25型轉(zhuǎn)換器，可以多個通道同時采集，轉(zhuǎn)換精度高。實驗驗證該信號采集模塊的工作穩(wěn)定可靠，已經(jīng)批量投產(chǎn)。 |
