【正文】 e demand of power,and the situation is increasingly ,more and more nonlinear Ioad are used， there are a lot of harmonic in power is harm to power system badly. So it is necessary to measure power parameters and harmonic reliablely and in real time. In order to eliminate the voltage, current waveform distortion harm, it must give the power system harmonic suppression and reactive power pensation , so the electric parameters test and analysis appears particularly important in electric power system. In this paper, an AC sample system of electrical parameter based on TMS320VC33 DSP and two A/D conversions of 16－ bit is introduced. This system can acquire electrical parameters rapidly and precisely. The muftichannel parallel data acquisition system which is based on DSP TMS320VC33 designed in the paper is a high precise data sampling and signal processing system. The design ideas of the whole system and the design methods of the hardware and software of the system,together with the structure and function of the main ponents have been discussed in design of hardware circuit has been pleted and the debugging result of the data processing platform has been given. The system takes TMS320VC33 as a core processor, with the Complex Programmable Logic DeviceCPLD implementing the logic control of the peripherals of the DSP. And analog modules have been designed in this the DSP software programme, the thesis acplished the muftichannel data acquisition algorithm on the DSP TMS320VC33. 【 Key words】 : Power system parameters， DSP， Data acquisition 前言 目前，隨著技術進步，電力系統(tǒng) 新投運的 220kV及以下 變電站試運行 24時正常后即按無人值班模式運行。 它是指借助微機遠動等自動化技術， 值班人員在遠方獲取相關信息 ， 并對變電站的設備運行進行控制和管理。 而眾所周知，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，電力對社會和個人有著密切的關系和重要的意義，因為電流、電壓過低過高，及設備壽命，嚴重的還會危及人身安全；均能影響各種電器設備的正常使用功效并且，對電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)和頻率等電力參數(shù)的準確、快速地檢測、監(jiān)控可以及時掌握供電線路和設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中的故障或隱患，進而采取合理和有效的措施，保證電力系統(tǒng)及設備運行良好。在很長一段時間來我們還沒有一套完整的指標來衡量電能質量，通常關心的是電力供應量方面，較少關心電能質量和諧波情況，并且現(xiàn)有的一些檢測器件還依賴于有百年歷史的動圈式儀表和交流互感器之類的電工儀表，這些儀 表只能顯示電力參數(shù)的有效值和模擬值，誤差大，精度低，不能滿足實際測量的要求，有些也僅考慮了測量基波分量的情況，較少考慮對諧波的測量，那么電力參數(shù)的實時準確的測量成了必須要解決的問題。 1 緒論 課題來源 來源于生產(chǎn) /社會實踐 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及面臨的挑戰(zhàn) 在電力工業(yè)發(fā)展初期曾用電解化學原理進行參數(shù)測量， 1890年，發(fā)明了感應式電磁原理電能表，沿用至今。不能及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的異常現(xiàn)象，并且依賴運行人員定時巡回手工抄表來記錄電耗情況，工作強度大，效率低。 隨著電子技術和微機技術的飛速發(fā)展，微機廣泛地應用于電力系統(tǒng)測量中，使得電力系統(tǒng)的測量、監(jiān)控技術得到了快速發(fā)展，精度和實時性有了很大的提高。 DSP技術的高速發(fā)展為電力參數(shù)測試技術帶來了新的變革，特別是在電力系統(tǒng)電壓和電流的高次諧波的測 量和分析中， DSP以其運算速度快、精度高、顯著的計算能力與實時性、數(shù)據(jù)輸入輸出能力強等特點而被廣泛應用，并且采用 DSP開發(fā)的測量裝置體積小，集成度高 t隨著DSP芯片的性價比不斷提高，開發(fā)工具越來越完善， DSP的應用成為目前電力參數(shù)測試丁 F發(fā)的最新趨勢，在電力參數(shù)測量領域大有取代單片機的趨勢。如杭州遠方儀器有限公司的 PF9800系列測量儀器，蘭州勝利儀器公司的智能型電力參數(shù)采集測控儀表系列，青島青智儀器公司的電參量測試儀表 等。 國外對電力系統(tǒng)參數(shù)的研究和開發(fā)起步較早，早在 70年代就出現(xiàn)了可以測量多個電力參數(shù)的多功能測量儀表； 80年代，隨著當前的電子技術的發(fā)展，測量儀器已經(jīng)進入智能化時代； 90年代來，計算機技術、微電 子技術、控制技術特別網(wǎng)絡通訊技術的發(fā)展，使得測量裝置得到空前發(fā)展；國外各大公司把這些技術 應用于測量裝置上。 隨著各種性能要求的提高，測量儀器將在使用微機技術的基礎上，融合計算機控制、網(wǎng)絡技術 、總線技術和虛擬儀器相關技術，將測量、控制、分析集成于一體；這種裝置體積小，測量精度較高，具有較強的網(wǎng)絡化和自動化功能，可以測量電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、無功功率、視在功率、諧波及其他電力參數(shù)值的測量，而且可以進行多條記錄存儲、可與計算機進行數(shù)據(jù)交換、可進行遠程實時測量等。 實現(xiàn)網(wǎng)絡化智能、在線監(jiān)測。 虛擬化。 研究的目的、意義及主要內(nèi)容 交流采樣是 不經(jīng)過電量變送器，按一定規(guī)律直接 將二次 側 的電壓、電流經(jīng)高精度的 CT、 PT變成計算機可測量的交流小信號，然后 經(jīng) A/D變換后 送入計算機進行處理 ，計算出電壓、電流有效值及有功，無功功率等電氣參數(shù) 。 同時用微機取代傳統(tǒng)的變送器充分發(fā)揮微機功能強大、靈活可靠、使用方便等優(yōu)點。 我國目前電力系統(tǒng)較多地采用由單片機實現(xiàn)的交流采樣遙測裝置，這種裝置在采樣速率及實時性和精度要求不是很高的場合得到了廣泛的應用。在實現(xiàn)自動化的過程中，首要環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。由單片機實現(xiàn)的交流采樣遙測裝置很難達到此要求，而 DSP具有高速度、高精度、并行性、高集成度和高性能價格比等優(yōu)點，非常適合應用于交流采樣遙測裝置。其采樣速率為 12kHz,完全能達到 IEC61850采樣速率的要求。 該系統(tǒng)還具有性能價格比高、維護方便的特點。 電力參數(shù)測量和諧波分析涉及到大量的數(shù)據(jù)計算，加上系統(tǒng)其它的任務，采用單 片 CPU甚至雙 CPU的裝置顯得力不從心，將 DSP芯片應用于電力系統(tǒng)設備，有著傳統(tǒng)的單片機所不可比擬的優(yōu)勢。 本文的主要工作包括： l、首先分析了電力參數(shù)測量的重要意義，對電力參數(shù)檢測的發(fā)展概況作了 簡單的回顧，并總結了當前國內(nèi)外對電力參數(shù)的研究現(xiàn)狀，簡要的討論了電力參 數(shù)檢測中的主要測量方法以及它們的優(yōu)缺點。 基于 DSP技術，采用了新一代的浮點處理器 TMS320VC33為處理核心，圍繞TMS320VC33我們設計了電力參數(shù)測量系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)進行了相應的硬件設計和軟件設計，包括了數(shù)據(jù)處理單元、 A／ D轉換單元、通訊單元、存儲單元等，并應用面向對象語言設計了下位機平臺。 、算法及系統(tǒng)的特點 交流采樣過程 從一次設備 CT、 PT過來的電流、電壓經(jīng)高精度小 CT、 PT隔離變換成弱電信號后輸入，經(jīng)二階濾波器的增益調(diào)整電位器變成－ 5V～＋ 5V的信息，至模數(shù)變換器， DSP采樣后對數(shù)字進行處理。 其中二階濾波器的作用主要是補償 CT、 PT的相移，同時濾除 16次以上的諧波，以滿足交流采樣算法之要求。直流采樣法是采樣經(jīng)過整流后的直流量，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值，軟件設計簡單，計算方便。整流電路參數(shù)調(diào)整困難且受波形因素影響較大 。因此，要獲得高精度、高穩(wěn)定性的測量結果，必須采用交流采樣技術。該方法的理論基礎是采樣定理，即要求采樣頻率為被測信號頻譜中最高頻率的 2倍以上，這就要求硬件處理電路能提供高的采樣速度和數(shù)據(jù)處理速度。交流采樣法包括同步采樣法、準同步采樣法、非同步采樣法等幾種，本文介紹的是同步采樣法。 t? ，即 :采樣頻率為被測信號頻率的 N倍。硬件同步采樣法是由專門的硬件電路產(chǎn)生同步于被測信號的采樣脈沖。利用鎖相頻率跟蹤原理實現(xiàn)同步等間隔采樣的電路如圖 。 fo經(jīng) N分頻后與 fi相比較，根據(jù)鎖相環(huán)工作原理，鎖定時 fo/N=fi，即 :fo=Nfi。 此外，還可將分頻系數(shù) N設計為程控可調(diào)，則可根據(jù) 不同頻率的被測信號及DSP,A/D轉換器的速度，動態(tài)改變 N值，以達到最好的效果。 假設輸入信號為一周期性信號，即輸入信號中，除基頻分量外，只包含恒定的直流分量和各種整次諧波分量，輸入信號可表示為： x (t)=X0 +??? ?1 )c o s (n nn tnX ?? （ 2－ 1） X0 是直流分量， ? 為基頻角頻率， Xn 、 n? 為第 n 次諧波分量的幅值和相位，將（ 2－ 1）式展開： x(t)=X0 +??? ?1 )s inc o s(n InRn tnXtnX ?? （ 2－ 2） 其中 XRn =Xn cos n? 為第 n 次諧波分量實部， XIn =Xn sin n? 為第 n 次諧波分量虛部。 n＝ 1 則基頻分量的實部和虛部分別為： X1R ＝ ??Nk NkkxN 1 )2c o s ()(2 ?和 X1I ＝－ ??Nk NkkxN 1 )2s in ()(2 ? 幅值為 X1 = 2121 IR XX ? 相角為 1? ＝ arctg(11RIXX ) 當 n＝ k時由 XRn ＝ ??Nk NnkkxN 1 )2c o s ()(2 ? XIn ＝－ ??Nk NnkkxN 1 )2s in ()(2 ? Xn ＝ 22 InRn XX ? n? ＝ arctg(RnInXX ) 將 k 代入算式就可以求出各次諧波的實部、虛部、幅值、相角等值。 如果將式 (24)離散化，以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓數(shù)字量來代替電壓函數(shù)，則 211 NmmUTT u?? ? (25) 式中 —— 相鄰兩次采樣的時間間隔； —— 第 m個時間間 隔的電壓信號采樣瞬時值； N—— 一個周期的采樣點數(shù)。因為 TNT? 則： 211 NmmU N u?? ? (26) 這就是根據(jù)一個周期內(nèi)采樣瞬時值及每周期采樣點數(shù)計算電壓信號有效值的公 式。 有功功率 P、無功功率 Q和視在功率 S的測量 正弦波情況下，有功功率為 P=UI，但是在電流、電壓含有各種諧波的情況下， 此時的有功功率為01 TP uidtT? ?。 視在功率為 :S=UI (210) 無功功率為： 22Q S P?? (211) 對于三相功率 : = A B CP P P P??總 (212) A B CQ Q Q Q? ? ?總 (213) 功率因數(shù)的測量 由于前面已經(jīng)測出了電壓、電流的有效值，以及平均功率，故功率因數(shù)可表示為： cos PUI? ? (214) 當信號為電壓時，電壓的總有效值為 U= ????? 222120 UUU ／ 2 當信號為電流時，電流的總有效值為 I= ?