基于TMS320C5402芯片DSK平台的电能质量分析的数据采集
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摘要
本文首先回顾了国内电力系统谐波监测量装置的现状，分析了数字信号处理芯片(DSP)在电力系统中的应用前景。然后，介绍了谐波的基本概念、衡量指标和数学分析方法。最后针对电力部门和实际应用的需要，提出了以AD73360和数字信号处理芯片TMS320C5402构成的硬件系统设计构想。
论文完成了基本的硬件电路设计和软件算法设计。
硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计了信号的多通道同时采样，A／D和DSP上的多路缓冲串口(McBSP)直接连线，进行数据交换，充分发挥了DSP芯片的处理速度快的优势，满足了实时性的要求。
软件算法方面，系统采用传统的快速傅立叶变换(FFT)，对采集的电压和电流信号进行频谱分析。论文中还详细分析了信号的采样问题。初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法，实现了对谐波的测量功能。
本装置可以进行快速的信号采集和实时的谐波分析。
By looking back on the present situations of the electric harmonic monitoring equipments, the prospect of the practical application of Digital Signal Processor (DSP) in the electric power system is discussed in this paper. This paper briefly analyzes the concepts of harmonic and methods of computing harmonic and then proposes the hardware structure made up of AD73360 (A/D) and TMS320C5402 (DSP) at the demand of practical applications of power department.
The design of both hardware and software is finished.
A real-time high-speed multi-channel, synchronous data sampling and processing system is designed based on DSP. AD73360 is directly connected to Multi-channel Buffered Serial Port (McBSP which is a kind of six-wired synchronous serial port) on DSP for data exchange.
The sampled voltage and current signals are harmonic analyzed by DSP using the fast Fourier transform (FFT) algorithm. Some considerations concerning about the signal sampling are also discussed.
The equipment can provide high-speed signal sampling and real-time harmonic analysis.
论文完成了基本的硬件电路设计和软件算法设计。
硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计了信号的多通道同时采样，A／D和DSP上的多路缓冲串口(McBSP)直接连线，进行数据交换，充分发挥了DSP芯片的处理速度快的优势，满足了实时性的要求。
软件算法方面，系统采用传统的快速傅立叶变换(FFT)，对采集的电压和电流信号进行频谱分析。论文中还详细分析了信号的采样问题。初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法，实现了对谐波的测量功能。
本装置可以进行快速的信号采集和实时的谐波分析。
By looking back on the present situations of the electric harmonic monitoring equipments, the prospect of the practical application of Digital Signal Processor (DSP) in the electric power system is discussed in this paper. This paper briefly analyzes the concepts of harmonic and methods of computing harmonic and then proposes the hardware structure made up of AD73360 (A/D) and TMS320C5402 (DSP) at the demand of practical applications of power department.
The design of both hardware and software is finished.
A real-time high-speed multi-channel, synchronous data sampling and processing system is designed based on DSP. AD73360 is directly connected to Multi-channel Buffered Serial Port (McBSP which is a kind of six-wired synchronous serial port) on DSP for data exchange.
The sampled voltage and current signals are harmonic analyzed by DSP using the fast Fourier transform (FFT) algorithm. Some considerations concerning about the signal sampling are also discussed.
The equipment can provide high-speed signal sampling and real-time harmonic analysis.
引文
1 (美)奧本海姆(Oppenheim,A.V.)，(美)谢弗(Schafer,R.W.)，(美)巴克(Buck,J.R.)著；刘树棠，黄建国译．离散时间信号处理．第2版．西安：西安交通大学出版社，2001．9
2 汪安民．TMS320C54xx DSP实用技术．第1版．北京：清华大学出版社，2002
3 王幸之等．单片机应用系统抗干扰技术．第1版．北京：北京航空航天大学出版社，1999．12
4 张有顺，冯井冈．电能计量基础．第2版．北京：中国计量出版社，2002．7
5 曹孝宁，吴华仁．高性能电网谐波分析仪．电力系统自动化．1996(12)：23-28
6 胡广书．正弦信号抽样中若干基本问题的讨论．清华大学学报．1997(1)：74-77
7 李庚银，宁宇．快速傅立叶变换的两种改进算法．电力系统自动化．1997(12)：37-40
8 黄福祥，唐涛．高精度微机交流采样技术及其应用．电力系统自动化．1997(2)：53-54，66
9 韩英铎．电力系统动态频率的新概念和新算法．电力系统自动化．1993(10)：5-9
10 肖湘宁，徐永海．电力系统谐波及其综合治理．中国电力．1998(4)：59-61
11 潘贞存．含有谐波的交流电气信号的测量与计算．中国电力．1998(2)：17-19
12 赵建国．电能计量中的谐波分析．中国电力．1997(12)：21-24
13 陈隆道，王伟华．周期信号取样非同步度的研究．电测与仪表．2000(6)：14-17
14 张义辉，伊向根．基于富氏滤波侧频算法的改进研究．电网技术．1998(3)：65-67，72
15 吴笃贵，徐政．电力系统谐波状态估计技术的发展与展望．电网技术．1998(1)：75-77
16 唐统一，孙树勤．电力系统畸变波形监测展望．中国电力．1997(6)：63-65
17 王学伟．模拟-数字混合采样测量及其误差分析．电子测量与仪器学报．1999(2)：59-64
18 何丕雁，喻胜．交流信号DFT分析中的有限纪录长度效应及改进方法的研究．电子测量与仪器学报．2000(3)：48-52
19 刘宇怀，洪立，沈其春．交流采样在电力系统中的应用．电子测量技术．2000(11)：38-41
20 李欣唐，徐婕．一种实时性较强的采样频率同步实现方法．电子技术应用．2000(8)：20-21
21 桂勤昌．公共电网谐波的测试仪器和测试方式．电世界．1999(8)：11-13
22 李必涛．基于DSP的智能型电力监测仪的研究．继电器．2000(2)：33-36
23 齐俊，赵玲．应用数字信号处理技术测量电力系统向量．华东电力．2000(5)：13-14
24 邵明，钟彦儒．基于小波变换的谐波电流的实时检测方法．电力电子技术．2000(2)：42-45
25 赵渊，张林．电力系统谐波分析仪算法研究．华东电力．1999(4)：15-17
26 陈君，赵伟，初仁欣．测算电网频率和谐波的新方法．清华大学学报．2000(1)：25-27
27 谢小荣，韩英铎．电力系统频率测量综述．电力系统自动化．1999(2)：54-58
28 任震．小波分析及其在电力系统中的应用．电力系统自动化．1999(12)：9-12
29 徐永海．小波变换在电能质量分析中的应用．电力系统自动化．1999(12)：55-58
30 李芙英，王恒福，葛荣尚．用准同步离散Fourier变换实现高准确度谐波分析．清华大学学报．1999(5)：47-50
31 江涛，朱光喜，李顶根．基于TMS320VC5402的音频信号采集与处理系统．电子技术应用．2002(7)：70-72，77
32 李君凯，丁化成．一种新的电力系统谐波分析仪采样计算方法．电测与仪表．2000(10)：5-7
33 谭山，熊元新，刘珠明．电力系统分数谐波的测量方法．继电器．2002(2)：19-21，28
34 徐淑正，汪惠，杨华中，许宏吉．TMS320C30与A／D和D／A接口的设计．电子技术应用．2002(6)：78-80
35 靳剑峰，翁利民．配电网的谐波及其测量．电力电容器．2003(1)：13-15，20
36 李绍铭．信号分析中频率跟踪的实现．自动化仪表．2000(2)：14-15，21
37 Texas Instruments. TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 1: CPU and Peripherals
38 Texas Instruments. TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 2: Mnemonic Instruction Set
39 Texas Instruments. TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 4: Applications Guide
40 Texas Instruments. TMS320C54x DSP Reference Set,Volume 5: Enhanced Peripherals
41 Texas Instruments. Code Composer Studio User's Guide
42 ANALOG DEVICES. AD73360L Six-Input Channel Analog Front End Wendy X.Fang, TLV320AIC12/13/14/15 Codec Operating In Stand-Alone Slave Mode. TI Application Report, May 2002
43 Wendy X.Fang and Perry Miller Interfacing the TLV320AIC10/11 Codec to the TMS320C5402 DSP. Texas Intruments Application Report,Nov 2000
44 AAP Data Converters. TLV320AIC10/11 EVM User's Guide. Texas Instruments,Jan 2001
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