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1、第26卷第5期电力自动化设备Vol.26No.52006年5月ElectricPowerAutomationEquipmentMay2006基于DSP的同步交流采样技术周志宇1121,李裕能,郭松梅,张霖(1.武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072;2.湖北工业大学机电系,湖北武汉430079)摘要:简要介绍了电网信号交流采样的分类,重点分析了采用软件实现同步交流采样的工作原理和误差来源,并结合DSP技术给出一种基于TMS320F24X芯片的软件同步采样处理系统的实现方案,给出了软件设计流程。同时讨论了减少误差及在电网有畸变情况下
2、保持同步的方法。在测量电网信号的有效值、功率、高次谐波以及故障录波等方面使用该技术,可保证检测精度时同时减少硬件的复杂度。关键词:同步采样;电网信号;DSP中图分类号:TM76;TP274文献标识码:B文章编号:1006-6047(2006)05-0057-04用微机进行交流周期电气信号采样的过程中,式(1)(2)成立,则称采样为理想同步采样[3-4],其中特别是在对电网信号的有效值、功率的测量,高次谐Ts为采样周期。可见,理想同步须满足2个条件:波的分析,故障录波领域,同步技术是影响采样质a.信号周期和采样周期存在整数倍的关系;量的
3、重要因素。目前的采样值测量、分析周期信号b.采样点间的时间间隔应严格保持一致。的理论大多建立在同步采样的基础上,然而在工程上这时,第i采样点的采样时刻为要做到完全的整周期采样很困难,只能尽量减少同步ti=iT/N(3)误差。本文在介绍交流采样分类和误差来源的基础但同步总是相对的,绝对同步只是理想情况。在上,结合TMS320F24X系列DSP的CPU与外设,介实际同步采样中,要严格满足式(3)很困难。为便于绍一种软件同步采样处理系统的设计。讨论,定义第i个采样点同步误差为Δti′=ti′-iT/N,表示第i个采样点的实际采样时刻ti′与
4、其理想同步1交流采样分类及同步误差采样时刻ti之间的偏差。交流电气信号采样可分为直流采样和交流采样对于检测精度要求高的场合,一般,交流采样2种方式。直流采样是采集经过变送器整流后的直技术有硬件同步采样和软件同步采样2种方式。硬流量,软件设计简单、计算简便,对采样值只需作一件同步采样用得相对较少,其用专门的硬件电路产次比例变换即可得到被测量的数值,采样速率要求不生同步于被测信号的采样信号,精度高,但硬件复高、易于实现。然而,直流采样一般只能反映被测量杂、成本较高,例如目前用得较多的锁相环同步电的单一信息(如有效值),时间常数大,不能及时
5、反映路。软件同步由定时器中断实现,它首先测量电网被测量的突变,在电网波形有较大畸变时,其误差大、周期T,然后根据周期T和每周期内的采样点数成本较高。N确定定时器的定时值T/N。软件同步不需要专用交流采样是对被测信号的瞬时值进行采样,然的同步电路,与硬件同步相比其硬件结构简单,只需后对采样值进行分析计算获取被测量的信息。交流在微机采样装置中设置电网频率跟踪测量环节。采样的采样速率要求高,程序计算量相对较大,但是下面介绍一种基于DSP芯片TMS320F240开发它的采样值中所含信息量大,可通过不同的算法的交流采样系统,该系统巧妙地利用该款
6、DSP的定获取所需的多种信息(如有效值、相位、谐波分量时器、捕获器和不可屏蔽中断NMI(Non-Maskable等),其实时性好,且随着DSP技术的发展,高速实Interrupt)实现了跟踪频率变化的交流采样,并结合时数据处理成为可能,使交流采样成为目前主要的误差分析,给出减少误差的方法[5]。使用方式[1-2]。2NMI[6-7]①②对周期为T的被测电气信号在t0,t1,⋯,ti,⋯,tN中断、定时器、捕获器功能(i=0,1,⋯,N;下同)时刻进行交流采样,不失一般2.1NMI中断性,令t0=0,如果有TMS320F24X系列有一个
7、NMI引脚。当该引脚Δt=tN-T=0(1)Δti=ti+1-ti=Ts(2)①TMS320C24XUser’sGuideTexasInstrument,1999.②TMS320F/C24XDSPControllersPeripheralLibraryandSpecific收稿日期:2005-09-23;修回日期:2006-01-13Device,1999.电力自动化设备第26卷有跳变信号时(可编程为上升沿或下降沿触发),立设n为脉冲个数,则定时时间t=n/(f·D-1),dc即进入中断程序,可以用于紧急事件的处理。本文n与定时周期寄
8、存器的值或比较寄存器的值有关。中用于跟踪被测电量的频率。工作过程如下:2.2定时器a.根据fc,td确定计数寄存器的初值TxNT、周期TMS320F240有3个通用定时器,每个通用定寄存器的初值TxPER、比较寄存器的初
