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1系统运行原理
简单来说,电力系统故障录波器是一个测量装置,其运行原理如图1所示。首先,电网的各项电压、电流通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移信号。之后,由检测部分的电压、电流传感器对电网三相电压、电流等基本参数进行实时检测,所测的6路模拟量传递给16位A/D转换芯片AD7656。DSP芯片TMS320F2812控制AD7656将6路模拟量转换成数字量,利用FFT算法对电压、电流的数字量进行分析,提取出基波和各次谐波分量,并算出有功功率、无功功率和THD值等相关参数。最后,通过串口传送给无线通信模块,进行无线通信传输。
电力系统故障录波器借助无线通信模块,将分析处理后的数据通过无线网络传输至远端主机,以便主机对整个区域的电力系统运行情况进行分析。远端主机也可以发送控制命令到各个子站的传输模块,由传输模块再传送到主处理器,用于控制电力系统录波器的运行,包括要采集的某相电压或电流的数据、显示的刷新频率、其他参数设置和工作模式等。整个系统的控制由一个中央主机进行控制,这里以10个站点为例进行说明。如图2所示,主机通过无线通信模块发送指令给各个站点,各个站点通过无线通信模块接收主机的指令,然后根据指令的要求完成相应的工作任务。DSP通过无线通信模块将所测数据传输给主机,以供主机进行数据分析。
本系统核心采用TMS320F2812和SZ05系列无线通信模块。采集来的数字信号经过DSP进行处理,并利用RS232串口将处理后的数据通过无线通信模块发到主机。
2.1TMS320F2812及外围电路
TMS320F2812作为高性能的32位定点DSP芯片,具有如下特点:主频达150MHz,低成本、低功耗,具有高性能的处理能力,可用C/C++语言实现复杂的数学算法,特别适用于有大量数据处理的测控场合;具有2个事件管理器(EVA和EVB)、3个外部中断、外设中断允许(PIE)模块,支持45个外设中断。
2.1.1TMS320F12812的时钟电路
有2种方法提供时钟:一种是将外部时钟源直接输入X2/CLKIN引脚,X1悬空,采用已封装晶体振荡器;另一种是利用TMS320F2812内部所提供的晶体振荡器电路,即在TMS320F2812的X1和X2引脚之间连接一晶体来启动内部振荡器。考虑到资源利用和电路设计的简单性,最小应用系统的时钟电路采用TMS320F2812内部晶体振荡器电路,具体电路如图3所示。外部晶体的工作频率为30MHz,TMS320F、2812内部具有一个可编程的锁相环,用户可根据所需系统时钟频率对其编程设置。
2.1.2TMS320F2812的复位电路
TMS320F2812的复位电路采用上电复位电路,由电源器件给出复位信号。一旦电源上电,系统便处于复位状态,当XRS为低电平时,DSP复位。为使DSP初始化正确,应保证XRS为低电平并至少保持3个CLKOUT周期;上电后,该系统的晶体振荡器一般需要100~200ms的稳定期。所选的电源器件TPS73HD301一旦加电,其输出电压紧随输入电压。当输出电压达到启动RESET的最小电压(25℃时,为1.5V)时,引脚RESET输出低电平,并且至少保持200ms,从而满足复位要求。
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