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1、一种基于DSC的新型交流采样系统的研究1 概述 电量信号测量一直是测控系统中的重要环节。而交流采样以其测量精度高、响应速度快，不受变送器或前端信号处理电路影响的优势，已经成为交流电量测量的主流方式1。在电力系统应用中，随着技术的发展对交流采样的技术指标提出了越来越高的要求。这就使得我们不仅要在硬件方案中选用性能更高的平台、在软件编制中优化提高代码效率，更要在根本上改善算法。使用更加简洁、准确、快速的算法从而提高交流采样系统性能。为此，我们研究了一种新型的交流采样系统，用以测量交流电量的频率、有效值、功率因数及有功功率和无功功率等。 2 原理及算法 3 实现方法 本交流采样系统基于大型发电机励磁
2、控制系统的应用研制，因此需要测得的信号较多。输入包括三组三相交流电压和两组三相交流电流，需分别测得其频率、有效值、有功功率、无功功率等数据。由于待测的参数较多，采样信息量较大，实时性要求高，在短时间内完成如此大量的计算仅靠单个DSC器件难以实现，所以采用双DSC协同作业方案2。两个DSC采用主从方式协同工作，其中选用TMS320F2812为从机，TMS320F28335为主机，两个DSC使用DPRAM（双端口RAM）实现高速数据交换。从机负责数据采集、六个通道频率信号的周期方式测量和采集数据的前期处理，并将采集的数据和处理结果存入DPRAM的指定单元，同时通知主机；主机负责其他通道频率信号的周
3、期方式测量、在接收到从机的通知后，从DPRAM中读取数据，完成所有测量数据的后期处理，并负责与外部的通信3。 为提高设计的灵活性、减少硬件开销，采用目前较为流行的非同步采样法。根据算法设计要求，采样周期为0.5mS（非同步定时），每采样一次之后，立即开始所有通道的有效值、功率和频率等参数计算。计算结果根据需要周期性地通过SPI接口由主DSC发送至励磁系统主控制器。频率测量采用两种方法同时进行，一种是采样法，根据采样数据实时计算得到待测信号的频率，这一计算任务数据处理量大，由主DSC来完成；另一种是将交流信号放大、整形后经比较器产生方波信号，再由DSC内部的捕捉定时器测量出方波信号的周期，最后计
4、算得到待测工频信号的频率。 从属DSC负责三个ADC的管理，控制数据采集过程，采集周期由F2812的PWM单元实现，启动后无需软件干预，由此产生的AD启动信号无抖动、周期性好。三个ADC由周期信号同时启动，AD转换结束信号触发F2812的NMI中断，在中断服务程序中，读取各ADC的数据，保存到DPRAM的指定单元，同时通知主DSC（TMS320F28335）采集数据已经准备好，之后在主程序中进行12个通道有效值前期算法以及定子功率前期算法的处理，并将处理结果保存至DPRAM的指定单元，再次通知主DSC有效值前期计算已经完成。从属DSC还负责六个通道（三相定子电压和电流）工频信号的周期测量，并采
5、用动态窗口数字滤波方法进行数字滤波，每当某一个通道的周期测量完成，便将该通道的周期测量结果（整型数）通过DPRAM传送给主DSC，同时设置数据更新标志以便主DSC识别；主DSC查询到此数据后，将数据从DPRAM中取出并完成频率计算，之后再将这一频率数据存入指定数据单元供系统使用。 主DSC与从属DSC共用系统时钟，主要负责DSC通讯、12通道采样法频率计算、6通道周期法频率测量、直流电量测量与白噪声信号处理、有效值和功率计算的后期数据处理以及整个系统的数据管理。数据通过SPI接口发送给励磁调节器的主控系统，TMS32028335作为发送主机，励磁调节器主控系统作为从机；数据发送周期内的测量数据
6、采用平均值方法处理。SPI发送的启动在主程序中，当前的TX FIFO缓冲区数据传输结束时会产生中断请求，在中断服务程序中将发送数据缓冲区的数据写入FIFO，直到发送数据缓冲区空。采样法频率测量的数据处理、计算任务放到中断服务程序中，当从属DSC完成一次采集并将各个通道的采集数据存储到DPRAM的指定单元后，通过写入DPRAM的通知单元产生一个中断请求信号，这样每当数据采集结束后，主DSC便会很快开始采样法频率测量的数据处理任务。 主DSC程序的主流程中通过查询方法检查从DSC有效值和功率参数的前期计算任务是否完成，每当查询到有新的前期计算结果，便从指定单元取出相应的数据并完成后续的计算任务，之
7、后设置数据刷新标志。硬件PCB板上的第三片ADC的采样数据（三个通道直流信号和白噪声信号）也在此处处理，测量结果存入指定数据单元。主流程中的另一项任务是周期法测量六个通道的工频信号周期，测量方法是使用TMS320F28335的六个高分辨率捕捉定时器，每当有捕捉事件发生后便进行数据处理，将结果存入指定数据单元；同时从DSC进行的另外六通道工频信号频率周期测量也在这里通过查询方式完成后续数据处理。 4 结束语 通过试验测试表明，本交流采样系统方案配置合理，运行稳定可靠。其采样和计算精度、数据计算和刷新周期、通讯速度等指标均满足励磁系统需求。并完全可在电力系统其他设备中应用，是一种适用广泛的交流采样方案。