电力网络监控仪中数据采集模块的设计

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1、电力网络监控仪中数据采集模块的设计胡晓楠(华北计算机系统工程研究所，北京100083)摘要：讨论了一种电力网络监控仪的数据采集模块的设计方法。结合锁相环同步技术改进数据采集模块，加入锁相环频率跟踪电路，实现同步等间隔采样，减小了非同步采样引入的误差；针对快速傅里叶变换(FFr)算法的栅栏效应和频谱侧漏提出了加窗插值FFT算法，并把算法移植到ARM内核的微控制器LPC2138中，精确实现了电网各次谐波幅值频率和总谐波畸变率的计算。关键词：数据采集；傅里叶变换；锁相环；谐波；ARM中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：0258—7

2、998(2012)04—0060—03ThedesignofthedataacquisitionmoduleinelectricitynetworkmonitoringmeterHUXiaonan(NationalComputerSystemEngineeringResearchInstituteofChina，Beijing100083，China)Abstract：Forthesynchronizationerror，thearticlestudiesthedataacquisitionmoduledesigninapowerne

3、tworkmonitoringdevice．Thispaperaddsphase—lockedloopfrequencytrackingcircuitusingPLLsynchronizationtechnology，realizingsynchronoussampling，andreducingtheerrorintroducedbynon—synchronousintervalsampling．DuetospectralleakageandbarriereffectinFFr．thethesischoseinterpolating

4、windowedFFTtoprocessthedata．andtransplantthealgorithmtomicrocontrollerLPC2138．Ev—cryfrequencyharmonicwave’Samplitudeandfrequencywerecalculatedprecisely，includingthetotalharmonicdistortion．KeyWOrds：dataacquisition；FFT；PIJlJ；harmonics；ARM近年来，随着电力电子技术的飞速发展，各种电力与ARM结合的模式，利用

5、LPC2138芯片的高性能多资电子装置在电力系统、工业控制和日常生活中的应用越源的特点，实现高准确度电量参数计量和实时谐波分来越广泛。这些非线性负荷设备大量涌人电力系统，导析。ARM芯片具有高性价比、高可靠性和低功耗等特致电网中的谐波分量大大增加，电网波形畸变日趋严点，易于大范围推广使用。重，对电力系统中的发变电设备、继电保护装置、通信设数据采集模块是保证谐波测量精度的基础，本文在备和测量仪器等造成了不同程度的危害。因此，实时可用FFT做谐波测量的工程应用中对传统电力网络监控靠地监测和分析电网及非线性用电设备的谐波，将有利仪的数据采集

6、模块进行了改进。文中采用6通道16bit于电能质量的评估，为谐波污染的治理提供依据。的高精度A／D转换芯片CS5451，加入锁相环频率跟踪电电力网络监控仪广泛用于变配电站、智能型配电路，基于改进的加窗插值FFT算法，使谐波分析的精度盘／开关柜、智能建筑和能源管理系统中等，借助一定的在工程应用中大幅度提高。通信规约，实现了远程数据的采集与控制。目前存在的1加窗插值基一2FFT算法原理电力参数测量仪表多以专用测量芯片和DSP芯片为核主要的谐波分析检测方法有快速傅里叶变换(FfTr)、心，但大多数专用测量芯片不具备测量谐波的功能，且人工神经

7、网络、奇异值分解、小波变换[31等。其中FFT算移植性差，不利于扩展和升级；高端的监控仪集成了法因计算高效性而在谐波分析中得到广泛的应用。ADC+DSP+ARM结构，虽测量精度大幅度提高，但增加采用FFT算法进行电力系统谐波分析时很难做到了硬件成本和复杂度，不利于数字化监控仪的推广使同步采样和整数周期截断，存在泄漏现象和栅栏效应，用。本文所设计的电力网络监控仪采用了高精度ADC使算出的信号参数不准，尤其是相位误差很大，无法满60欢迎网上投稿WWW．chinaaet．com《电子技术应用》2012年第38卷第4期足准确的谐波测量要求。通

8、过加窗插值算法可以消除栅栏效应引起的误差15-7]，提高电力系统基波与各次谐波的分析精度。在实际测量中应用最多的窗是矩形窗、Hanning窗和Blackman窗。其中Hanning窗的窗口在边界处平滑衰减到0，可有效减小