电网谐波监测信号采集模块的实现

电阚谐波篮测大部分的计算量由硬件电路实现减少了CPU的运算量提高了实时性图3是利用锁相器件CD4046和分频器件可以保证，一，。CD4040构成的锁相环路。信号采集模块的实现李小强保定供电公司0710513谐波参数计算部分FFT，处理换。广泛应用干离散信号的数字信号它完成时域信号到频域信号的转31FFT算法的基本思想．造成很大的计算误差为了使采样频率跟上输入信号频率的变化CPU必须清楚。每一2I点FFT运算可以分成LOGN2级【2个碟形FFT的基本思想级都有N／N，。，当前输入信号频率的变化情况。因而，在每次交流采样时要实时监测输入信号的频率变化情况并对所测的频率进行实时跟踪确保采样频率与信号频率同步硬什同步的基本原理是：锁相环路中。，。1引言采集模块共有两个任务：(I)信号，采集的内部A／D采集通过电娴的电压电流信号；(2)谐波参数计算利用FFT算法对A／D转换出来的数据进行处理从而得到各相电网谐波分LPC2138，，，变成种接近输入同步基频的参考脉冲用锁相环路来控制采样的定时和速率以达到同步采样的目的原理如图2所示在相位比较器的输入端直接跟输入同步信号进行比较相位比较器的输出是比例丁参数信号和输入同步信号之间的相位差的直流分量用于控制压控振荡器的振荡频率，一压控振荡器的输出经过分频器分频。是用3层循环完成全部运算(N点FFT)第层循环：由于N2m需要m级计算第层循环对运算的级数进行控制第二层循环由于第L级有2L1个蝶形因子(乘数)第二层循环根据乘数进行控制保证对于每个蝶形因子第三层循环要执行次这样第三层循环在第二层循环控制下每级要进行2L1。一=一，。：，一，一，，一，，。。，，，，析2。当达到锁相状态时即可实现同步采样其优点在于微处理器摆脱了对同步采样的干扰且能实时地跟踪采样跟软件同步，。次循环计算第三层循环由于第L级共有N／2L个群并且同级内不同群的乘数分布相同当第二层循环确定某乘数后第三层循环要将本级中每个群中具有这乘数的蝶形计算次即第三层循环每执行完次要进行N／2L个碟形计算。：一，一，，一一，一。，。信号采集部分采样法相比，虽然这种方法确实增加了硬，本文信号采集部分在软件方面采用64点FFT算法分析谐波成分；其难点在于电网的电压和电流信号的实时采集本文采用了硬件锁相技术实现了同步采集21软件实现部分为了能够在信号的个周期中采到固D转换主要由中断0的下定的点数其A／降沿触发中断0的外部信号由硬件锁相环电路提供这样保证了个周期内采64个点数据采样值的读取在每路转换后进行存往不同的数组中以便以后调用转换巾断的处理过程如图l所示22锁相坏硬什跟踪实现部分由于在交流采样中交流电力参数的频率并不是固定不变的电力系统的频率505H圳如果正常波动范围是495Hz按照50Hz工频计算电压和电流的有效值则不能保证采样的N点住个周期内会，。．一件开销，但是大大减少了软件的工作量。一，。一，，，，。并且可靠性和误差特性都要比前者好由于要在个基频周期内采样64点所以采样信号的频率要是基频的64倍本系统的硬件锁相环路为图3所示其工作原理就是把输入的工频信号经过滤波再通过过零比较器整形为方波信号后输入CD4046通过CD4046分频然后把锁定后的倍频信号输入CPU的中断利用下降沿方式触发中断在中断中对输入的模拟量进行AD转换这样保证了在个变化周波采2N个点提高了采样的精度，。。，，，。一，，，。图1DA／信号采集中断流程图．，，．．，，一，图2锁相环原理图3硬件频率跟踪电路维普资讯 http://www.cqvip.com

中国科技信息２０ｏ８年第１６期　ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ＂Ｉ＇Ｅ￣ＯＧＹ　Ｉ　ＯＲｈ＾ＡＴＩｏＮ　Ａｕｇ．２００８　３．２本系统倒序ＦＦＴ算法的研究与设　计　电网的电能质量。　５结论　信号采集模块是谐波监测仪的主要和　核心部分，本文进行了详细地阐述。硬件　图２　所示，工程中三个主要的类　ＣＨｇＤｏｃ、ＣＨｇＶｉｅｗ和ＣＨｇＡｐｐ是从　ＭＦＣ的ＣＤｏｃｕｍｅｎｔ、ＣＷｎｄ和ＣＷｉｎＡＰＰ　ＦＦＴ算法通常将时域上采集的原始数　据倒位序存储，最后按正常顺序输出结果　ｘ（ｏ），Ｘ（１）…．，Ｘ（ｋ）…．。假设一开　始，采集的原始数据存放在数组ｆｌＯａｔ　ｄ　ａ　ｔ　ａ　Ｒ【６　４】中，将下标ｉ表示为　（ｂ５ｂ４ｂ３ｂ２ｂｌｂ０）ｂ，倒位序存放就是将原　来第ｉ　个位置的元素存放到第　（ｂ０ｂｌｂ２ｂ３ｂ４ｂ５）ｂ的位置上去。由于Ｃ语　言的位操作能力很强，可以分别提取出ｂ５、　ｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１、ｂ０，再重新组合成ｂ０、　ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５，即是倒位序的位置。　程序段如下：　／　ｄａｔａＲ［ｉ］为原始数据存放的数组，　ｄａｔａＲ［ＸＸ］为倒序后数据存放的数组　／　ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｉｎｔ　ｉ；　ｉｎｔｘ０，ｘｌ，ｘ２，ｘ３，ｘ４，ｘ５；　ｉｎｔ　ＸＸ；　类派生的，同时在框架中产生了三个通用　类ＣＡｃｉｓＡｐｐ、ＣＡｃｉｓＶｉｅｗ和ＣＡｃｉｓＤｏｃ。　锁相频率跟踪技术的应用，实现了实时信　在本系统中，鼠标是主要的操作工具，　号采集；ＦＦＴ算法可以准确地得到各次谐　波的幅值。根据本文的方案设计的谐波监　因此如何处理鼠标事件是系统开发过的一　　Ｓ专门提供了　测仪，已经成功地得到了应用。有助干供电１　个关键问题。Ａ　Ｃ　Ｉｎｐｕｔ　ｅｖｅｎｔ　ｈａｎｄｌｅｒ；￣Ｕｍｂｂｅｒｂａｎｄ　ｄｒｉｖｅｒ　公司及时掌握各大工业的谐波情况，及时　、ｉ进行处理，改善电能质量，一定程度上有助．　两个类来处理鼠标事件。ＡＭＦＣ组件则在　ｉｎｐｕｔ￣ｖｅｎＬｈａｎｄｌｅｒ类的基础上提供了一　于国民经济的发展。　个扩充ＡｃＩｓ应用程序功能的工具（称为　鬻醺黧藤　霞蘑　［１】曾敏辉，唐柏林．电力系统频率跟踪方　法探讨［Ｊ］．电工技术应用．２００７；６：２９－２９　［２］潘峰，王震宇．电力系统中电参数的高　Ａ　Ｍ　Ｆ　Ｃ工具）。Ａ　Ｍ　Ｆ　Ｃ工具都是从　ｉｎｐｕｔｅｖｅｎｔｈａｎｄｌｅｒ类的子类ＭｏｕｓｅＴｏｏｌ　派生的，大多数ＡＭＦＣ工具都可以与类　ｒｕｂｂｅｒｂａｎｄｄｒｉｖｅｒ配合使用以处理鼠标　ｆｏｒｔｉ－ｏｌｉ＜Ｎｌｉ＋＋）　｛　ｘ０＝ｘｌ＝ｘ２＝ｘ３－ｘ４＝ｘ５－０；　ｘ０－ｉ＆０ｘ０１；　精馊测试【Ｊ］．电气电子教学学报．２００２；２４　（４）：３８－－４１　［５】粱清华，李亮之，翟盒峰．电力参数交流　同步采样截断误差的估计［Ｊ】．电测与仪表，　２ｏｏ２（￣０）：２６－５０　事件。用户也可以在ＡＭＦＣ的基础上开发　出自己的的应用工具类。以本系统中的二　维轮廓加工为例，ＡＭＦＣ没有提供合适的　应用工具类，因此我们在开发过程中定义　了一个Ｄ２ＰｏｃｋｅｔＴｏｏｌ类来处理鼠标事件，　代码如下：　ｃｌａｓｓ　Ｄ２ＰｏｃｋｅｔＴｏｏｌ：ｐｕｂＵｃ　ＭｏｕｓｅＴｏｏｌ　Ｘ１＝（ｉ／２）＆０ｘ０１：　ｘ２＝（ｉ／４）＆０ｘ０１　ｌ　ｘ３－（ｉ／８）＆０ｘ０１；　ｘ４＝（ｉ／１６）＆ＯｘＯ１；　ｘ５－（ｉ／３２）＆０ｘ０１；　ｘｘ－ｘ０＊３２＋ｘｌ＊１６＋ｘ２＊８＋ｘ３ｑ＋ｘ　２＋ｘ５：　鞠蠢豳　霾霆霞麓露鬻鬻　李小强（ｔ　９　５　７一　）．男．河北保定人．　河北保定供电公司．工程师．研究方向为电　１　力系统通信工程设计。　｛　／／类的实现部分　｝　ＡＭＦＣ提供了ＳｅＴｏｏｌ方法来定义当前　的工具，将Ｄ２ＰｏｃｋｅｔＴｏｏｌ设为当前工具的　《　上接第１４８页　代码如下：　ＳｅｔＴＯｏｌ（ＦｌｅＷ　Ｄ２ＰＯｃｋｅｔＴｏＯｌ。　ｄａｔａｌｌｘｘｌ＝ｄａｔａＲ［ｉ】；　｝　进行修改。　ＩＤ　Ｄ２Ｔｏｏ１）　３、３电压、电流的有效值计算　根据以下公式计算出　２．４三维加工仿真模块　该模块的主要功能是在对ＮＣ指令进　行语法检查的基础上，进行刀具加工轨迹　ＡＭＦＣ的应用程序框架还提供了视图　操作、拖放操作和直线、圆弧等简单图形的　绘制等功能。利用这些功能，开发人员可以　Ｊ吉—　２■一　　式中ｕ。为时域上的Ｎ个离散采样值，　本系统中Ｎ＝６４，Ｋ表示谐波次数。　３．４电压总畸变率、偶次畸变率、奇　次畸变率的计算　由ＦＦＴ分析中可以测出电压各次谐波　的幅值”ｌ，１　７次以上的高次谐波对基波的　仿真、刀具加工过程仿真和刀具加工过程　方便地构造自己的应用系统。　中的干涉碰撞检查。在实体构造方面，该模　４实例　块充分利用了ＡＣＩＳ提供的实体造型技术来　见图３。　构造毛胚实体、刀具实体等。　２．５后置处理模块　该模块提供一系列交互选项提示用户　选择定义特定机床和控制参数，如机床特　征、插补方式等，在此基础上，生成机　床可以运行的ＮＣ代码。在该模块的实现　中，采用了库文件作为配置文件直接生成　５结论　本文用ＶＣ＋＋６．０开发了一个基于　影响较小，所以只分析２～１７次谐波。电　压总畸变率可以通过以下公式求出。　ＴＨＤ，　ＡＣｌＳ的高速切削加工编程原型系统，对架　构和开发中的关键技术进行了阐述，并用　实例证明了开发方案和技术是可行的。　＝Ｕ　／Ｕ，Ｘ　１００（％）　—一　ＮＣ代码的方式。目前该模块只提供了少　式中Ｕ　＝、『∑（　）：，为谐波电压含　数常用机床的ＮＣ代码生成。　＇ｈ＝２　［１】席俊杰，徐额．高速切削技术的发展及　应用　．制造业自动化。２００５；ｚＴ０￣）：２６—　２９　量，Ｈ取奇数时为奇次谐波畸变率，取偶　数时为偶次谐波畸变率。　　ｉ３基于ＡＭＦＣ的开发　ＡＭＦＣ是ＡＣＩＳ的一个组件，提供了　ＡＣＩＳ与微软ＭＦＣ之间的接口和一个基于　ＭＦＣ的ＡＣＩＳ应用程序框架。开发人员可　［２】邢青松，赵雪梅．基于＾ｃｌＳ的数控加工仿　真系统的研究［Ｊ］。盐城工学院学报（自然科　学版）．２００５；１８（４）：５—８　［３】詹海生，李广鑫，马志欣．基于ＡＣＩＳ的几　何遗型技术与系统开发［Ｍ］。北京：清华大学　出版杜．２００２　４现场应用情况　根据本文设计的系统的监测仪已经在　保定供电局得到了广泛的应用，用于监测　ｌ以在这个框架的基础上开发出自己的应用　Ｓ应用向导　各大工厂的谐波情况，从而及时了解谐波　程序。本系统的开发就是用ＡＣＩ情况，并及时反馈信息，从整体上改善了　生成一个名为”Ｈｇ”的Ｃ＋＋工程。如