基于鎖相環(huán)與雙AD7865的交流采樣技術(shù)及其應用

摘要：為了保證對電力系統的實(shí)時(shí)監控、調度，需要對電力參數進(jìn)行交流采樣。介紹了電力系統參數交流采樣的設計思想，對頻率跟蹤電路進(jìn)行了分析，提出了由鎖相環(huán)CD4046和AD7865構成的硬件解決方法，并給出了由CD4046構成的頻率跟蹤電路、信號調理電路以及AD7865與TMS320LF2407的接口設計電路，解決了電力系統中多路電壓、多路電流的交流采樣問(wèn)題，保證電網(wǎng)頻率變化時(shí)采樣數據的精度和穩定性。該采樣算法可以應用于多種場(chǎng)合，具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：交流采樣；鎖相環(huán)；AD7865；倍頻

0 引言
隨著(zhù)電力系統的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量的擴大使其結構更加復雜，實(shí)時(shí)監控、調度的自動(dòng)化顯得尤為重要；而在電力調度自動(dòng)化系統中，對電力參數的測量是最基本的功能。如何快速、準確地采集各種電力參數則顯得更加重要。在微型機應用的初期，電力系統的參數普遍采用直流采樣的技術(shù)。
直流采樣，即采樣經(jīng)過(guò)整流后的直流量，此方法軟件設計簡(jiǎn)單，計算方便，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數值。但是直流采樣方法存在一些問(wèn)題，如：測量精度直接受整流電路的精度和穩定性的影響；整流電路參數調整困難，而且受波形因素的影響較大等。而采用交流采樣方法進(jìn)行數據采集，通過(guò)算法運算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數等電力參數有著(zhù)較好的精確度和穩定度。該系統采用高速DSP芯片TMS320LF2407作為處理器，通過(guò)鎖相環(huán)和AD7865對電力參數進(jìn)行交流采樣。

1 交流采樣的設計思想
若將電壓有效值公式：

離散化，以一個(gè)周期內有限個(gè)采樣電壓數字量來(lái)代替一個(gè)周期內連續變化的電壓函數值，則式(1)變?yōu)椋?br />
式中：△Tm為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔；um為第m-1個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣瞬時(shí)值；N為一個(gè)周期內的采樣點(diǎn)數。若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，即△Tm為常數△T，考慮到N=T／△T，則有：

這就是根據一個(gè)周期內各采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數計算電壓信號有效值的公式。同樣，電流有效值計算公式：

計算一相有功功率的公式：

式中：im和um為同一時(shí)刻的電流和電壓采樣值。
功率因數為：