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DSP与CPLD的智能变电站电网IED设计
发布时间:2017-06-25 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
1．4 信号调理电路
220 kV或以上的变压器引出的信号，要经过现场复杂的环境再进入传感器。从传感器进入MAX125的信号还要经过长线传输。它的信号通常不能被控制单元直接接收，因此信号调理电路就成为控制系统中必不可少的一部分。一般来说在差分输入端将20 mA标准电流信号转换成1～5 V的标准电压信号，经信号调理电路调理后输入A／D转换器。其中输出端电压高于A／D转换器的输入电压值，在此进行分压后进行采样。
电力系统中大量的非线性负载，会使得电网的电能质量大幅降低。从电网中采集的信号如果不做任何处理将会影响DSP的运算精度。本系统中对信号的处理采用的是低通滤波器。低通滤波模块一般是用电路元件(如电阻、电容、电感)来构成所需要的频率特性电路。一个理想的低通滤波器能够完全剔除高于截止频率的所有频率信号，并且低于截止频率的信号可以不受影响地通过。
2 系统软件设计
2．1 软件流程
首先是DSP相应功能的初始化，包括串口、定时中断、部分用作控制线的I／O口。在数据处理之前首先要开启一个EVA模块用于捕捉电网的频率。随后的工作就是读取来自A／D转换器的数据，一组128个分别对应两个周期的电压电流和末屏电流值。每128个数据分功率电感别进行FFT运算，运算的结果将进一步分析以得出功率因素、介损角等值。IED数据采集、运算、上传过程如图3所示。
需要DSP计算的参数是高压A、B、C三相电压、三相电流的有效值，中压A、B、C三相电压、三相电流的有效值，各相电压电流的2～13谐波一体成型电感器的幅值和谐波畸变率，以及高中压三相的功率因素、介损角值。DSP算法要解决的难题是计算出2～13谐波和各相的功率因数。算法的核心是FFT算法。
智能电网最少也需要采集20路信号。首先是DSP的相关功能初始化，包括串口、GPIO、EVA事件捕捉模块和定时中断。然后通过普通I／O引脚作为触发信号，依次选择多路A／D输入信号，这些信号通过信号调理电路在信号波形稳定后可以经过MAX125被采样。通过数据总线传递给DSP，DSP经过一系列运算后得到功率因素、介损基波谐波含量，并将这些数据按照一定的数据格式打包，通过串口发送到ARM微控制器。AR M再将这些数据传输给上位机监控软件。
具体代码如下：
2．2 电网参数的计算
DSP接收到A／D转换的数据之后就立刻进行计算。在本设计中，电网的谐波含量和谐波因素是计算的一个重点。在电力系统中谐波产生的根本原因是非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐波频率是基波频率的整倍数，根据傅里叶分析原理可知，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。
谐波可以区分为偶次与奇次性，一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多、更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。利用FFT算法可以将电网电压／电流分解为50 Hz基波和多次谐波的叠加。如此一来某个特定频段上的谐波就显而易见电感器出口了。
除了谐波的计算需要使用到FFT算法之外，系统还有其他参量的计算。由于调用的功能模块十分复杂，只对部分参数的计算过程进行描述。多数参数都是通过对采集点的离散积分求得的。
高压A相电压有效值：
高压三相电压总谐波畸变率：计算出各相电压的各谐波含量和基波含量，用总谐波含量除以基波分量。
单相电压功率因数：由FFT算法得出基波有效值的(虚部／实部)的反正切值。
单相介损：将末屏电流和对应相电压分别作FFT运算，所得的相位作差，该相位差角度为介损角。模块电源与应用模块电源模块电源是可以直接安装在印刷电路板上使用的电源模块，它可以用于数字或模拟负载的供电应用场合。电源模块化是开关电源的发展趋势，其可以提高电源系统的工作可靠性、可用性、使用方便性，缩短电源的维修和
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