摘要：本文将论述一个基于DSP 的电力系统电力参数的检测与计算的设计。电力参数准确、快速测量对于实现电网调度自动化、保证电网安全与经济运行具有十分重要的意义。本设计将得到日益广泛应用的数字信号处理芯片与精确的傅立叶变换运算这两种先进的软硬件技术有效地结合起来，设计了一种基于DSP 的多功能电力参数测量仪。

　　The Parameters Detection and Calculation of The PowerSystem

　　Ye Bing, Ding Lei, Li ChengDong

　　(School of Information and Enectrical Engineering,CUMT,JiangSu XuZhou 221008)

　　Abstract: This article discusses the parameters detection and calculation of a power system based onDSP. Accurate powerparameters, rapid measurement for the realization of Automatical dispatching arevery important to ensure the security and economic operation of power grids. The article combinesdigital signal processor that is increasingly widelyused with the exact Fourier transformeffectively ,they are advanced computing hardware and software technology. And designs amulti-function parameter measurement of power based on DSP.

　　Keywords: Digital Signal Processing, Alternate Sampling,Fourier Transformation

　　因此，在供电系统的设计中，对谐波、负荷电流水平和功率因数等电网参数进行合理的估算，并采取相应的措施(如加设滤波和无功补偿装置)是非常必要的。随着微处理器技术的快速发展、工业生产自动化程度的不断提高，为本系统的成功研制提供了前提条件。设计的研制主要针对国内电力系统供配电的实际情况，通过基于DSP 的傅里叶变换算法[2]，采用交流采样技术实现多种电力参数的在线实时测量，为电网的安全经济运行提供可靠保证。同时借鉴国内外研制同类装置的经验，研制和开发一种实用高效的电力参数测试仪，以适应电力系统自动化发展的需要。在实际继电保护系统的测量参数中，我们要考虑的问题很多，测量内容也很多。本文设计主要针对线路保护中的三相电压、电流、功率、功率因素、频率、谐波等电力参数进行检测及计算。

　　1 电力参数的交流采样算法及软件实现方法

　　1.1 傅立叶算法

　　纵观国内外电力系统参数的采样与检测，目前对电力系统参数的主要采样方法有两种：直接采样点算法，快速傅立叶变换算法[3](FFT)，本文主要利用快速傅立叶变换算法，对于直接采样点算法不予详细介绍。傅氏算法的基本思想源于傅里叶级数。该算法假设输人信号为周期性函数信号，即输入信号中除基频分量外，还包含直流分量和各种整次谐波分量。此时，输入信号可表示为：

　　式(1-4)即为傅氏算法。由于该算法的数据窗宽度为一个基频周期，故也称为全周傅氏算法。根据三角函数的正交性，当输入信号为周期性信号时，采用傅氏算法可准确地求出信号中的某次谐波分量，并保证其他整次谐波分量及恒定直流分量衰减到零。

　　1.2 傅里叶算法的应用

　　傅里叶算法假设输入信号为一周期性信号，根据傅里叶级数可知，交流电压(电流)输入信号可表示为:

　　2 系统硬件设计

　　2.1 系统总体框图

　　可编程 DSP 芯片是一种具有特殊结构的微处理器，为了达到快速进行数字信号处理的目的，DSP 芯片一般都具有程序和数据分开的总线结构、流水线操作功能、单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集。电力参数实时检测系统以TMS320F2812[4] DSP 为核心，主要由电源电路、滤波放大电路、电压电流互感器、采样保持器电路、多路数据同时采样电路、A/D 转换电路、时钟电路、大容量存储电路等部件组成。系统总体框图如图3-1 所示。

　　电力参数实时检测系统的具体工作原理如下：该系统同时采集6 路信号，即三相电压、电流。用电压、电流互感器来采样三相电压、电流信号;经过滤波放大电路把采样到的电压、电流信号送到多路数据同步采样电路中进行同步模数转换;将转换后的电压和电流的数字信号送到DSP 处理器;经过复序列FFT 算法程序计算，得到所需要的电力参数;最后将这些数据接口存入存储器并且通过RS232 接口电路送给上位机实现人机对话。

　　2.2 采样脉冲的产生

　　电力系统中的电压、电流信号是一种包含有多次谐波分量且基频会发生漂移的周期信号。对此种信号的采样进行分析和处理的一个主要误差来源是采样频率和信号基频不同步时产生的泄漏误差。一般硬件方法是尽可能提高定时器的分辨率。软件方法是采用插值或排序等算法。这些方法只是减少了误差，不能从根本上消除误差，并且增加了系统硬件成本和软件工作量。本系统中采用以数字锁相环为核心的采样脉冲产生器，硬件成本很低，并且大大减小了软件工作量，最重要的是它从根本上消除了由于不同步带来的误差。如图3-2 所示，将待测信号经过过零比较器，得到一个方波。设信号频率为f ;反馈频率为f f ，输出信号的频率为o f 。根据闭环控制理论f f = i f ，由于要在一个基频周期内采样128 点，所以采样信号的频率要是基频的128 倍，需要128 倍频，通过分频器选择分频比，使f f =(1/128) o f ，从而得到fo =128 fi。所以采样信号周期T=156.25μ s (设基频为50Hz)。

　　2.3 A/D 转换电路

　　本系统中采用MAX147 作为A/D 转换器。MAX147 是一种具有8 个单端输入通道或4个差动输入通道的12 位精度的串行数据转换器。输入电压范围：0～2.5V(或-1.25V～+1.25V)，可软件配置单/双极输入。采样频率可133kHz。采用单电源供电，工作电压范围+2.7～+5.25V。它的功耗低：在3V/133kps 时其电源电流为1.2mA,在3V/133kps 时其电源电流为54μA，而在掉电模式时仅为1μA。它的通信接口与SPI/QSPI/Microwire/TMS320 兼容。