采用最新32位DSP的配電監(jiān)控終端的設(shè)計(jì).pdf

1、近年來，配電自動化系統(tǒng)發(fā)展很快。作為配電系統(tǒng)的重要監(jiān)控設(shè)備，配電變壓器終端單元(transformerTerminalUnit簡稱TTU)已經(jīng)面世。很明顯，TTU需要對三相電壓/電流等大量模擬信號進(jìn)行的交流采樣和數(shù)據(jù)處理，而這往往對處理器的計(jì)算速度和A/D轉(zhuǎn)換精度和速度要求很高。而目前的TTU往往以單片機(jī)作為計(jì)算控制核心，因?yàn)樽陨硇阅鼙容^差，單片機(jī)往往需要外置價(jià)格昂貴的ADC、RAM等集成電路，而這往往造成系統(tǒng)復(fù)雜、穩(wěn)定性不高、精度低等

2、缺點(diǎn)，甚至成本也居高不下。 TI公司的C2000系列數(shù)字信號處理器(DSP)是專門用作控制目的的DSPs，是傳統(tǒng)微控制器和DSP技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。在C2000家族中，大家最熟悉的是C24X系列16位定點(diǎn)DSPs(如TMS320F2407)。相對于傳統(tǒng)單片機(jī)，它在速度和性能上有了極大提高，價(jià)格也不貴。但是對于3相電力信號高精度實(shí)時(shí)估計(jì)仍顯不足(時(shí)鐘頻率最高30MHz，內(nèi)含ADC只有10位)。 TI新推出的C28X系列32位定

3、點(diǎn)DSPs。它在數(shù)字信號處理和A/D轉(zhuǎn)換方面的優(yōu)越性能使它非常適合實(shí)現(xiàn)三相電壓/電流的交流采樣和電參量的實(shí)時(shí)高精度估計(jì)。它的數(shù)目眾多的內(nèi)嵌功能模塊大大簡化了DSP外圍電路和降低了設(shè)計(jì)成本。它的完善的技術(shù)文件(如數(shù)據(jù)手冊、應(yīng)用報(bào)告等)和開發(fā)工具也加速了開發(fā)過程。 經(jīng)過分析論證，本文提出了以TI公司最新推出的32位DSP芯片TMS320F2812為核心的TTU的設(shè)計(jì)方案。按照功能的不同，本系統(tǒng)大致劃分為DSP模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、開

4、關(guān)量輸入/輸出、LCD模塊、通信接口模塊、歷史紀(jì)錄模塊和電源7大部分。本文對每一部分都作了說明。 本文還闡述了TTU設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用到的相關(guān)技術(shù)理論：A/D轉(zhuǎn)換的工作原理和量化噪聲、各電量估計(jì)的軟件算法及估計(jì)精度分析、以及快速傅氏變換(FFT)算法原理等。 在上述理論分析的基礎(chǔ)上，本文介紹了TTU各功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)對輸入信號每周期采樣128點(diǎn)，并根據(jù)采樣結(jié)果計(jì)算信號的有效值、有功功率、無功功率、視在功率、有功電度

5、，無功電度、功率因數(shù)和頻率等電量以及快速傅氏變換(FFT)的軟件實(shí)現(xiàn)。最后介紹了樣機(jī)測試結(jié)果。本系統(tǒng)還簡單介紹了IEC870-5-101規(guī)約的軟件實(shí)現(xiàn)，以及歷史紀(jì)錄模塊的軟件實(shí)現(xiàn)。 本終端單元的硬件在設(shè)計(jì)上具有簡潔、靈活、可靠等特點(diǎn)；軟件設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)，便于功能的擴(kuò)充。已經(jīng)完成產(chǎn)品樣機(jī)，并進(jìn)行了初步測試。 本課題的研究結(jié)果表明能夠?qū)崿F(xiàn)提出的主要設(shè)計(jì)功能，技術(shù)上能夠滿足配電自動化系統(tǒng)對配電變壓器終端單元的要求。