基于dsp的相量量测单元设计

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1、基于DSP的相量量测单元设计　　摘要：长期以来大部分系统仅采集电压、电流、有功、无功等的有效值，不利于调度运行部门及时选择正确的控制措施。　　关键词：DSP；相量测量；相角　　一、引言　　长期以来大部分系统仅采集电压、电流、有功、无功等的有效值，且其得到的系统数据是历史的、不同步的。但通常电力系统的动态问题本质上具有全局性，因此在提高全系统稳定性上有一定局限性限制了调度运行部门快速确定电网的动态扰动性质，不利于调度运行部门及时选择正确的控制措施。在这种背景下，迫切需要引入新的技术手段来研究市场环境下大规模交直流互联电力系统的安全分析、监视及实时稳定控制问题。　　二、同步相量测量及原理　　相

2、量量测单元的最基本功能是对相角的测量。下面分别介绍两个主要方法：过零检测法和傅里叶变换法。　　2.1过零检测法　　过零检测法主要是利用GPS提供一个标准时间脉冲信号，对测量单元中的信号进行同步校准，从而建立标准的50Hz信号。在处理器内部，对过零点进行标记，并求出其相对于标准50Hz信号的角度。如图1所示，第j个测量点过零时刻分别为、，则在时刻，相对于标准50Hz信号过零时刻20ims的角度为：　　（1）　　相对于参考站的角度为：　　δjio=δji?δio（2）　　式中，j表示第j个测量点；δio表示ti时刻参考站测量点相对于20ims的角度，ti的单位为μs。　　在硬件上，过零检测法中

3、A/D转换器必须有较高的分辨率，理想目标是。由于过零检测法每周波进行一次采样，所　　以数据采集周期为0.02s，下发命令周期应为毫秒级。　　图1采用过零检测法测量电压相角原理　　2.2傅里叶变换法　　过零检测法虽然简单易实现，但是受谐波的影响精度并不是很高，可能会产生较大的误差。而傅里叶变换法则相对比较精确，它是在提取波形基波分量的基础上，再计算其相位。　　输入信号首先经过A/D转换器转换为数字信号。例如，对于测量电流值，利用被测量的采样值进行傅里叶变换，其基波分量计算如下：　　（3）　　式中：XK（=l，2，…，N）为一个周波内的采样序列；N为一个周期内总采样次数。　　可以计算出三相相量

4、Xa、Xb、Xc，其正序相量为：（4）　　式中：。　　在实际应用中，现场环境往往比较恶劣，具有很多杂波，频率也会发生混叠，所以输入信号必须先输入低通滤波器以滤除高于Nyguist频率的成分。一个周期内采样次数为时，Nyguist频率=N（ω）/（4π）（Hz）。式（3）中的基波相量是与计算它的那个数据窗相对应的，其参考基准是k=0采样时刻。随着数据窗的移动，就出现一个新的采样点，同时也计算出一个新的相量。用GPS同步每一个采样点，就可得到各个测量单元的每一个相同时刻的相位。　　三、相量量测单元的设计　　3.1硬件环境　　本文中所涉及的“基于DSP的广域相量量测单元设计”建立在TMS320F

5、28335型数字信号处理器开发平台之上。TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC。与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速。其硬件模块功能图如下图2所示。　　图2相量量测单元功能图　　3.2软件编译环境　　CodeComposerStuido，简称CCS，是一种面向TI公司DSP芯片的集成开发环境，有一套用于开发和调试嵌入式应用程序的工具组成，包含：编译器、项目生成环境、源代码编辑器、调试程序、模拟器等。　　四、结束语　　本文用傅里叶变换法给出了一

6、种基于DSP的相量量测单元设计方案。该方案实现了对正弦交流信号幅值及相角的测量的基本功能，但相量量测单元机的应用发展并未结束，仍有很大提升及创新空间，希望本文能引起大家对该领域的关注。　　参考文献：　　[1]许树楷，谢小容，辛耀中.基于同步相量测量技术的广域测量系统应用现状及发展前景[J].电网技术，2005，29.　　[2]鞠平，代飞.电力系统广域测量技术[M].机械工业出版社，2008.　　[3]胡绍谦，王晓茹.基于GPS技术的电力系统同步相量测量装置[J].电子工程师，2003，29.