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TMS320F2812 在电力系统多通道同步交流采样中的应用 来自：网络 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。 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。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。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 1 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。 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=±2.5V,由TL431提供高精度的基准电平。 2 2.2 同步方波变换电路及频率采样 为了保证励磁装置采样的精度,必须使采样频率具有快速的自适应能力,同步跟踪机端电 量的频率变化。同步方波变换电路由迟滞电压比较电路、高速光耦、锁相倍频电路和脉冲整 形电路组成。其中,由U1A （LM339