高精度交流采样系统研制

　　1 引言

　　近几年来, 随着工农业生产的飞速发展, 尤其是高精设备的大量使用, 不仅增大了对电能的需求, 而且对供电的可靠性和电能质量提出了更高的要求, 从而使得电网结构变得更加复杂。为了可靠地对电网进行调度, 快速准确地检测电力系统各运行参数变量便显得尤为重要。

　　在电力系统中, 无功功率的合理分布与流动是保证电能质量和经济运行的重要因素, 这就要求对电网的无功功率进行补偿, 提高电网的功率因数, 但是由于无功功率的计算较为麻烦, 并且现在的无功功率计算方法本身存在问题, 导致无功功率计算产生较大的误差, 从而引起无功功率的补偿也产生较大的误差,鉴于这种情况, 本文对无功功率的计算方法进行了详细的分析, 指出了误差产生的来源, 并提出了高精度计算无功功率的方法, 并设计了相应的系统, 由于此无功功率测量系统采用高速单片机, 实时性较高, 计算误差较小, 并且用软件代替硬件使得抗干扰性能增强及硬件成本得到降低。因而随着单片机技术的发展, 这种系统在电力系统中得到了广泛应用。

　　2 A/D 转换电路设计

　　AD7874 是美国模拟公司生产的4 通道12 位A/D 转换器, 由于其内部具有4 个采样保持电路, 当信号由低电平转为高电平时, 4 个采样保持电路几乎同时进入保持状态, 并开始从通道1 到通道4 依次转换, 4 个通道全部转换完成后, AD7874 的信号由高电位变成低电位, 通知CPU 读取转换数据, 由于AD7874 的独特结构, 对AD7874 的同一地址连续4 次读取数据, 就可得到 4 个通道的数据, 第一次读取的数据是第一通道的数据, 依次类推, 可得到4 个通道相应的数据。在本设计中, 由于的信号异步于CLK 信号, 并且独立于信号, 因此在本设计中, 为了简化外部逻辑电路的设计, 对同一个AD7874 采用两个地址的方法, 一个地址用于读取数据, 另一个地址用于启动AD7874 进行数据转换。又由于TMS320C5402 是高速单片机, 为了从AD7874 可靠地读取数据, 没有把TMS320C5402 的信号线直接接在AD7874 的信号线上, 而是在信号线上附加了一些逻辑电路, 使得TMS320C5402 在读取AD7874 的数据时可以增加几个等待周期, 其电路如图1 所示。

　　3 软件设计

　　在软件设计中, 为了使得开发和调试方便灵活,系统软件采用功能模块化设计, 软件由主程序、子程序和中断服务程序组成, INT0 中断服务程序计算上周期的各电量的数值, 其程序流程图分别如图2 所示。

　　4 算法分析

　　在单片机系统中, 由于采用数字方法对采集到的信号进行处理计算, 因此, 电压和电流有效值的计算分别采用式(1)和式(2)计算。