隨著電力電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展,供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)荷,從低壓小容量的家用電器到大容量的工業(yè)交流變換器的廣泛應(yīng)用,引起了電網(wǎng)電壓、電流波形的畸變,威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在國家一些重要項(xiàng)目的建設(shè)中電網(wǎng)質(zhì)量的監(jiān)測顯得尤為重要,作為目前功能完整,體積較小的96型ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀對電力質(zhì)量檢測、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。
1 應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)
為了對上述電網(wǎng)諧波危害進(jìn)行相應(yīng)的度量、評估和考核,上海安科瑞電氣股份有限公司研發(fā)了基于DSP+ARM7模塊化設(shè)計(jì)方案的高端電力質(zhì)量分析產(chǎn)品ACR230ELH。
該產(chǎn)品采用當(dāng)今世界流行的高檔電能標(biāo)設(shè)計(jì)方案:DSP+MCU的實(shí)現(xiàn)方法,將DSP的高速數(shù)字信號(hào)處理功能和高檔MCU(ARM)完善的管理、通訊、豐富的接口功能相結(jié)合;竟ぷ髟砣缦拢
圖1硬件設(shè)計(jì)原理框圖
互感器將來自電網(wǎng)的電壓、電流信號(hào)實(shí)時(shí)送到表內(nèi)16位高速Sigma-DelTa AD進(jìn)行6個(gè)通道電力信號(hào)的同步采樣,AD轉(zhuǎn)換完成之后把數(shù)據(jù)傳送給DSP進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算,通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算,DSP完成整表的計(jì)算功能,具體包括所有電力參數(shù)的測量、有功、無功、視在電能的計(jì)量等工作;完成之后DSP把相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)和ARM7進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,ARM7主要完成液晶顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)、外部通訊、菜單鍵盤操作、DI/DO量的輸入控制等工作。
A/D采用的是ADI公司推出的AD73360L芯片,內(nèi)帶6個(gè)獨(dú)立通道的16位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,采用Sigma-Delta轉(zhuǎn)換原理,具有良好的抗混疊性能。AD73360的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出接口是同步串口(SPORT口),DSP采用的是ADSP 219x芯片,同樣具有相同SPORT接口,使用起來非常的方便,免去了IO口模擬帶來的一系列煩惱。
ARM7采用的是NXP的LPC2138,該芯片功能強(qiáng)大,外圍端口資源豐富,內(nèi)部RAM最大可以達(dá)到32K,運(yùn)行速度可達(dá)60M,帶有多通道的32位定時(shí)器,多路PWM輸出資源,多個(gè)SCI、SPI、IIC接口;IO口可以承受5V電壓輸入;內(nèi)部還帶有多種運(yùn)行功耗模式。
該表軟件分為兩部分,其一是DSP的相關(guān)程序流程代碼,這部分代碼按功能上分主要是以下幾塊:分為AD采樣控制、串口數(shù)據(jù)傳輸、大量復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算(包括傅氏變換)、能量累計(jì)、電能質(zhì)量分析、電能脈沖輸出等幾個(gè)部分;其二是ARM7中的相關(guān)程序流程,主要包括:液晶顯示、按鍵處理、數(shù)字通訊、開關(guān)量輸入輸出功能的實(shí)現(xiàn)以及部分事件記錄功能的實(shí)現(xiàn);在編程語言的選擇上,DSP部分采用C語言和匯編語言混合編程,為了保證系統(tǒng)良好的實(shí)時(shí)性,以匯編語言為主,C語言作整個(gè)程序框架進(jìn)程調(diào)度,既保證了程序的易讀性,也兼顧了系統(tǒng)良好的實(shí)時(shí)性。ARM7的程序是基于uc/OS-II操作系統(tǒng)平臺(tái)開發(fā)的,程序簡單易讀,可移植性較好,便于產(chǎn)品的后續(xù)升級(jí)工作。整個(gè)系統(tǒng)的軟件大致要完成3個(gè)部分的工作:系統(tǒng)的初始化代碼、uc/OS-II操作系統(tǒng)移植、應(yīng)用任務(wù)的編寫。
2 算法描述
基于上述的模塊化設(shè)計(jì)理念,充分考慮了數(shù)字信號(hào)處理器的強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能,讓其完成了所有的計(jì)算變換等功能;具體包括電壓、電流有效值、有功、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功、無功、視在電能的累計(jì)、電能質(zhì)量指標(biāo)的計(jì)算。考慮到常規(guī)電參量的計(jì)算公式比較常見,這里就不再贅述了,著重把電能質(zhì)量指標(biāo)的計(jì)算方法描述一下:電能質(zhì)量方面的計(jì)算,具體包括:2-31次諧波分析,電壓波峰系數(shù),電話波形因子,電流K系數(shù),三相電壓、電流不平衡度,電壓、電流正序、負(fù)序、零序分析,電壓偏差、頻率偏差。
電能質(zhì)量的相關(guān)指標(biāo)如下:
A.諧波(GB/T 14549)
電壓的2-31次諧波分析主要是采用DSP的FFT算法來實(shí)現(xiàn),得到的基波分量和諧波分量分別為U1,U2…Uh;各次諧波含有率的計(jì)算公式如下:
工博士工業(yè)品商城聲明:凡資訊來源注明為其他媒體來源的信息,均為轉(zhuǎn)載自其他媒體,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點(diǎn),也不代表本網(wǎng)站對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。您若對該文章內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑,請立即與商城(headrickconstructioninc.com)聯(lián)系,本網(wǎng)站將迅速給您回應(yīng)并做處理。
聯(lián)系電話:021-31666777
新聞、技術(shù)文章投稿QQ:3267146135 投稿郵箱:syy@gongboshi.com