应用FPGA和单片机实现交流电量参数的测量

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摘要:系统采用FPGA控制模数转换器,将模拟量转化为数字量，由单片机完成数据处
理、实现电力参数的交流采样,通过液晶显示器显示频率、相位差、电压和电流的实时
值,在过压20%、欠压20%时进行报警,并能定时打印电压,电流频率及相位差值。实践
证明,采用该交流采样方法进行数据采集,通过运算获得的电压、电流有功功率,功率因
1 H$ w" c, Q; |0 A2 }数等电力参数有很好的精确度和稳定性。
: F" N+ t/ o, b4 U关键词:FPGA;单片机;交流采样;频率跟踪;电力监测
- I! {; z- n1 S+ A# X6 d0引言
随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大,使
其结构更加复杂，实时监控、调试的自动化显得尤为
; d& m. ]/ V: H" X2 u6 _3 W8 p重要;而电力调度自动化系统中,电力参数的测量是
2 N. J; n- V  ]$ L/ \- I最基本的内容。如何快速,准确地采集各种电力参数
. Y/ u; f8 L9 f% p5 y. Y显得十分重要。
在实现自动化的过程中，关键的环节是数据采
% a7 y) B! p1 U' N集。根据采集信号的不同,分成直流采样和交流采样
$ R! Z4 D; n/ z. e$ B两种。通常是把交流电压、电流信号经过变送器转化
为0~5V的直流电压,由仪表采集,此方法软件设计简

* ]& W  u0 @( Z单,对采样值只需做一次比例变换即可得到被测量的
8 ?$ j6 w- x! O* d数值。但直流采样仍有局限性,无法实现实时信号的
, y: v3 I0 Z" P9 b$ u$ Y采集,变送器的准确度和稳定性对测量准确度有很大
. X( D; g4 m# m4 b  j  x5 g# x) P影响,设计复杂等。交流采样是通过二次测得的电压、
电流经CT、PT变成计算机可测量的交流小信号,然后
, C% h- |" _: [6 }$ g" i% e  U( f再送人计算机进行处理。由于这种方法能够对被测量
的瞬时值进行采样,因而实时性好,相位失真小,并且
; l$ z6 [8 P# }& r% y. t采用软件编程方法来实现硬件的功能,使硬件的投资
7 r# b8 y6 `; C2 N3 s大大减小。随着微型机算机在电力系统中的深人应
用,交流采样必将以优异的性能价格比,逐步取代传
统的直流采样方法。

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直流采样仍有局限性,无法实现实时信号的采集