电子产品世界

摘　要：电力系统中经常需要测量多路电压及电流信号,当电网频率变化时,必须采用同步技术才能保证采样计算的精度。结合发电机励磁控制装置采样模块的实现,介绍了利用新型DSP芯片TMS320F2812实现多通道同步交流采样的硬件电路及软件程序,通过试验进一步验证了新型DSP在电力系统自动化控制中的适用性和优越性。所提出的方案对交流电参量微机测量装置的软、硬件设计具有一定的参考价值。
 
关键词：同步采样 交流采样 励磁控制 DSP TMS320F2812

随着我国电力事业的快速发展,电力系统对发、输、配、用电量的采集也有了更高的要求。电量采集作为电力系统实时控制、监测、调度自动化的前提环节,毫无疑问具有重要的作用。但在电量采集过程中,由于存在谐波等干扰因素,因此如何准确、快速地采集电力系统中的各个模拟量一直是电力系统研究中的热点[1]。
 
根据采样信号的不同,采样可分为直流采样和交流采样两大类。直流采样算法简单、便于滤波,但维护复杂、延时较长、无法实现实时信号采集,因而在电力系统中的应用越来越受到限制。交流采样实时性好、相位失真小、投资少、便于维护,其缺点是算法复杂、对A/D转换速度和CPU处理速度的要求较高[2]。随着微机技术的发展,交流采样有逐步取代直流采样的趋势。近年来,各种集成化单片DSP的性能得到很大的改善,价格大幅度下滑,越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品性能。本文以TI公司新推出的2000系列DSP (TMS320F2812)为例探讨DSP在电力系统交流采样中的应用。

1 总体设计

励磁装置的电量采集除发电机定子机端电压、电流外,励磁电压、励磁电流及母线电压也需一并考虑在一起,共九路模拟量。为了提高可靠性,还需加上第二组仪表PT时,则要采集的模拟通道数将增加为12路。因此需要从采样精度、速度及经济成本等多个方面权衡,选择合适的采样方式和采样频率,并注意强弱电的隔离和电磁干扰,从而确定最终的软、硬件设计和元器件选择。参考文献[4]中详细地分析了影响软件同步采样精度和硬件同步采样精度的因素及改进措施。本系统采样模块利用硬件同步采样方式,并通过硬件锁相环同步环节直接控制采样保持电路来获得更高的同步精度。为了使采样信号f *(t)能反映被采样的模拟信号f(t), 采样频率必须满足采样定理,即采样频率fs必须大于模拟量所含最高次有效谐波频率fmax的两倍。实际采样时一般使fs≥10fmax, 以保证采样信号能够准确地代表被采样的模拟信号。采样频率过高时,会增加处理器的负担,影响实时性。本系统设计时初步定为40点,即采样频率为2kHz左右。

图1 交流采样模块硬件结构框图

2 采样系统的硬件设计

交流采样模块的硬件结构如图1所示,它包括隔离变换电路、通道选择电路、限幅电路、同步方波变换电路、模/数转换及控制电路等。
 
隔离变换电路中利用带有磁补偿的霍尔传感器将相关PT、CT送来的电压、电流信号转换为同波形A/D通道允许的弱电电压信号。通道选择电路利用两片2选1模拟多路选择器MC14053B,通过不同的编址选出不同的A、B两组,同时采样六通道模拟量。这两部分电路比较简单,不予详述。

2.1 限幅电路

在模/数转换中,如果A/D转换器损坏,检测和控制的功能就不能实现。出于安全考虑,在A/D转换器前采用限幅电路,以保障系统的A/D转换器安全。传统的限幅器如齐纳二极管限幅器、稳压管反向限幅器、桥式限幅器等,都是利用二极管的击穿特性限幅。在击穿区由于二极管内阻并不为零,并有漏电流存在,所以稳压值并非恒定而且不易调节。本系统所设计的限幅电路如图2所示,设定UR=

关键词： DSP TMS320F2812 电源技术 交流采样 励磁控制 模拟技术 同步采样