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基于DSP+CPLD的智能IED設(shè)計

作者: 時間:2011-07-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
2 系統(tǒng)軟件

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150523.htm

  2.1 軟件流程

  首先是相應(yīng)功能的初始化,包括串口、定時中斷、部分用作控制線的I/O口。在數(shù)據(jù)處理之前首先要開啟一個EVA模塊用于捕捉電網(wǎng)的頻率。隨后的工作就是讀取來自A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù),一組128個分別對應(yīng)兩個周期的電壓電流和末屏電流值。每128個數(shù)據(jù)分別進(jìn)行FFT運(yùn)算,運(yùn)算的結(jié)果將進(jìn)一步分析以得出功率因素、介損角等值。數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、上傳過程如圖3所示。

  

IED數(shù)據(jù)采集

  圖3 數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、上傳過程

  需要計算的參數(shù)是高壓A、B、C三相電壓、三相電流的有效值,中壓A、B、C三相電壓、三相電流的有效值,各相電壓電流的2~13諧波的幅值和諧波畸變率,以及高中壓三相的功率因素、介損角值。算法要解決的難題是計算出2~13諧波和各相的功率因數(shù)。算法的核心是FFT算法。

  電網(wǎng)最少也需要采集20路信號。首先是DSP的相關(guān)功能初始化,包括串口、GPIO、EVA事件捕捉模塊和定時中斷。然后通過普通I/O引腳作為觸發(fā)信號,依次選擇多路A/D輸入信號,這些信號通過信號調(diào)理電路在信號波形穩(wěn)定后可以經(jīng)過MAX125被采樣。通過數(shù)據(jù)總線傳遞給DSP,DSP經(jīng)過一系列運(yùn)算后得到功率因素、介損基波諧波含量,并將這些數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)格式打包,通過串口發(fā)送到ARM微控制器。AR M再將這些數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)監(jiān)控軟件。

  具體代碼如下:

  

程序

  2.2 電網(wǎng)參數(shù)的計算

  DSP接收到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)之后就立刻進(jìn)行計算。在本中,電網(wǎng)的諧波含量和諧波因素是計算的一個重點。在電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的根本原因是非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時,與所加的電壓不呈線性關(guān)系,形成非正弦電流,即電路中有諧波產(chǎn)生。諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù),根據(jù)傅里葉分析原理可知,任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波,每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。

  諧波可以區(qū)分為偶次與奇次性,一般地講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多、更大。在平衡的三相系統(tǒng)中,由于對稱關(guān)系,偶次諧波已經(jīng)被消除了,只有奇次諧波存在。利用FFT算法可以將電網(wǎng)電壓/電流分解為50 Hz基波和多次諧波的疊加。如此一來某個特定頻段上的諧波就顯而易見了。

  除了諧波的計算需要使用到FFT算法之外,系統(tǒng)還有其他參量的計算。由于調(diào)用的功能模塊十分復(fù)雜,只對部分參數(shù)的計算過程進(jìn)行描述。多數(shù)參數(shù)都是通過對采集點的離散積分求得的。

  高壓A相電壓有效值:

  

公式

  高壓A相電流有效值:

  

公式

  單相電壓/電流諧波畸變率:

  

公式

  中壓A相電流諧波含量:

  

公式

  高壓三相電壓總諧波畸變率:計算出各相電壓的各諧波含量和基波含量,用總諧波含量除以基波分量。

  單相電壓功率因數(shù):由FFT算法得出基波有效值的(虛部/實部)的反正切值。

  單相介損:將末屏電流和對應(yīng)相電壓分別作FFT運(yùn)算,所得的相位作差,該相位差角度為介損角。

  3 總結(jié)

  該系統(tǒng)應(yīng)用于變壓器系統(tǒng)中,可多個通道同步采集,轉(zhuǎn)換精度高。經(jīng)實驗驗證,信號采集模塊的實時性和精度上都取得良好的效果,且工作穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)采用高速14位并行A/D轉(zhuǎn)換器,簡化了接口,提高了讀取速度以及數(shù)據(jù)處理速度。通過實現(xiàn)各種復(fù)雜控制信號,通過改變XF引腳的電平,可以將外擴(kuò)SRAM、Flash映射到數(shù)據(jù)空間或程序空間。DSP芯片通過芯片連接高精度數(shù)據(jù)采集芯片MAX125實現(xiàn)信號的多路高速同步實時數(shù)據(jù)采集,抗干擾能力強(qiáng),并利用FFT算法準(zhǔn)確計算出電網(wǎng)諧波因數(shù)、功率角、介損角。


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