DSP與LabWindows／CVI的電力故障監測錄波器設計

摘要：針對現有電網(wǎng)實(shí)時(shí)監測錄波系統的缺陷，設計出一種結合DSP與Labwindows／CVI軟件的故障錄波器。分析了FFT精確快速分析諧波的能力及其在DSP上的實(shí)現方法。介紹了硬件結構原理，給出硬件設計框圖和LabWindows／CVI控制的軟件流程，并研制出故障錄波器。所測結果可通過(guò)LabWindows／CVI軟件在電腦上實(shí)時(shí)顯示。實(shí)驗結果驗證了DSP運用FFT分析算法的快速性和準確性，系統運行穩定可靠，有較好的應用前景。
關(guān)鍵詞：電力故障監測錄波；TMS320F28335；LabWindows／CVI；AD7656；FFT；C8051F005

引言
故障錄波器是提高電力系統安全運行的重要自動(dòng)裝置，當電力系統發(fā)生故障或振蕩時(shí)，能自動(dòng)記錄故障點(diǎn)前后一定時(shí)間內各種電氣量的變化。參考文獻設計的故障錄波器采用虛擬軟件與數據采集卡相結合的方法，其缺點(diǎn)是必須依靠計算機來(lái)進(jìn)行計算分析，設備移動(dòng)不方便，
而且數據采集卡的價(jià)格也比較高，使得產(chǎn)品應用有一定的局限性。參考文獻設計的是一種基于DSP和A／D轉換器件相結合的故障錄波器，所用的A／D轉換器件不能同步轉換6路信號，所測結果之間有一定的延遲。針對以上缺點(diǎn)，現采用DSP和AD7656相結合的方法，通過(guò)外接LCD顯示波形和數據，使其可以作為手持設備使用，也可連接電腦通過(guò)LabWindows／CVI軟件在電腦上實(shí)時(shí)顯示，所用的AD7656具有的6路同步采樣特性克服了測量結果之間有延遲的缺點(diǎn)，提高了測量精度。

1 運行原理及相關(guān)算法
綜合了此前所提出的各種性能指標，故障錄波器采用硬件與軟件相結合的設計方法，高速數據采集裝置以DSP-TMS320F28335為核心，利用TBC-LXH雙環(huán)系列閉環(huán)霍爾電流傳感器和CHV-25P霍爾電壓傳感器對信號進(jìn)行采集，并采用高性能的AD7656完成對信號的A／D轉換，利用LCD進(jìn)行波形顯示并利用LabWindows／CVI軟件進(jìn)行控制。本裝置加LCD主要是考慮到可以在沒(méi)有電腦的情況下顯示電壓電流波形，方便操作。

此裝置由3部分組成：檢測部分、計算部分、上位機控制部分。系統框圖如圖1所示。系統運行情況如下：首先電網(wǎng)的各項電壓電流通過(guò)濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號，之后由檢測部分的電壓電流傳感器對電網(wǎng)三相電壓、電流等基本參數進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，所測的6路模擬量傳遞給AD7656；TMS320F28335控制AD7656將6路模擬量轉換成數字量，DSP利用FFT算法對電壓電流的數字量進(jìn)行分析，提取出基波和各次諧波分量，并算出有功功率、無(wú)功功率和THD值，再傳遞給C8051F005單片機和終端計算機；外接于單片機的鍵盤(pán)控制LCD顯示波形，計算機利用LabWindows／CVI軟件進(jìn)行波形數據的顯示、存儲和打印等。
本諧波分析方法采用快速傅立葉變換(FFT)。其在DSP的實(shí)現方法利用創(chuàng )建FFT的庫函數進(jìn)行運算，具體的實(shí)現方法在軟件部分詳細介紹。

2 系統硬件設計
本裝置核心采用TMS320F28335和AD7656器件，采集來(lái)的信號經(jīng)過(guò)DSP運算能通過(guò)RS-485串口與計算機通信。
2．1 TMS320F28335及外圍電路
2．1．1 復位電路設計
TMS320F28335的復位電路采用上電復位電路，由電源器件給出復位信號。一旦電源上電，系統便處于復位狀態(tài)，當XRS為低電平時(shí)，DSP復位。為使DSP初始化正確，應保證XRS為低電平并至少保持3個(gè)CLKOUT周期。同時(shí)，上電后，該系統的晶體振蕩器一般需要100～200 ms的穩定期。所選的電源器件TPS73HD301一但加電，其輸出電壓緊隨輸入電壓，當輸出電壓達到啟動(dòng)RESET的最小電壓時(shí)(溫度為25℃時(shí)，其電壓為1．5 V)，引腳RESET輸出低電平，并且至少保持200 ms，從而滿(mǎn)足復位要求。
2．1．2 時(shí)鐘電路設計
向DSP提供時(shí)鐘一般有2種方法：一種是利用DSP內部所提供的晶體振蕩器電路，即在DSP的X1和X2引腳之間連接-晶體來(lái)啟動(dòng)內部振蕩器；另一種方法是將外部時(shí)鐘源直接輸入X2／CLKIN引腳，X1懸空，采用已封裝晶體振蕩器。鑒于從資源利用和電路設計的簡(jiǎn)單性考慮，該最小應用系統的時(shí)鐘電路采用TMS320F28335內部晶體振蕩器，具體電路如圖2所示。外部晶振的工作頻率為30 MHz，TMS320F28335內部具有一個(gè)可編程的鎖相環(huán)，用戶(hù)可根據所需系統時(shí)鐘頻率對其編程設置。

2．1．3 供電電路設計
DSP的供電要求為其內核和I／O分別進(jìn)行供電，現采用電源器件TPS73HD301為DSP供電，內核供電電壓為1．9 V，I／O口供電電壓為3．3 V。