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
: B0 z$ @# j5 k) I' M% `* H" w9 {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
+ f! v4 b8 i' D: y! o! l# ?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
数等电力参数有很好的精确度和稳定性。
, I7 K% a8 {5 B) s" ]+ y关键词:FPGA;单片机;交流采样;频率跟踪;电力监测
$ w. U  k8 n. N9 }0引言
随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大,使
9 |) Z6 \2 a6 J  U3 E2 s( v- Y+ b其结构更加复杂，实时监控、调试的自动化显得尤为
: [  `! b0 e, {. p重要;而电力调度自动化系统中,电力参数的测量是
9 C) X' w. Q4 a5 m5 y5 ^7 U2 m2 P最基本的内容。如何快速,准确地采集各种电力参数
显得十分重要。
9 }9 P; \3 `6 H在实现自动化的过程中，关键的环节是数据采
9 \1 A6 o4 G$ o: ~, F+ r集。根据采集信号的不同,分成直流采样和交流采样
. R( l* O4 {9 V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

单,对采样值只需做一次比例变换即可得到被测量的
数值。但直流采样仍有局限性,无法实现实时信号的
/ k/ \. A7 S5 x2 p采集,变送器的准确度和稳定性对测量准确度有很大
. S% G4 W- i0 H# G7 V0 B# l0 i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
6 g9 Q) ?/ C& S" ?: U再送人计算机进行处理。由于这种方法能够对被测量
1 s; D6 u$ }6 T" d- Q7 G; z  B的瞬时值进行采样,因而实时性好,相位失真小,并且
8 o, Z# r8 g2 L* P采用软件编程方法来实现硬件的功能,使硬件的投资
大大减小。随着微型机算机在电力系统中的深人应
% g4 \: Z/ V- V2 _5 A% K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