安科瑞ACR230ELH电力质量分析仪设计和应用.pdfVIP

ACR230ELH ACR230ELH 安科瑞AACCRR223300EELLHH电力质量分析仪的设计和应用 徐孝峰 摘 要：本文介绍了ACR230ELH 电力质量分析仪的设计原理以及该产品在2010年上海 世博会中心场馆配电系统中的实际应用。安科瑞电力质量分析仪的应用和设计 关键字：电力质量分析仪;谐波;世博会;ARM;DSP 随着电力电子技术的蓬勃发展，供电系统中增加了大量的非线性负荷，从低压小容量的 家用电器到大容量的工业交流变换器的广泛应用，引起了电网电压、电流波形的畸变，威胁 到电力系统安全、稳定、经济运行。在国家一些重要项目的建设中电网质量的监测显得尤为 重要，作为目前功能完整，体积较小的96型ACR230ELH 电力质量分析仪对电力质量检测、 解决谐波产生的问题有着重要的指导作用。安科瑞电力质量分析仪的应用和设计 应用的先进技术： 为了对上述电网谐波危害进行相应的度量、评估和考核，上海安科瑞电气股份有限公司 研发了基于DSP+ARM7模块化设计方案的高端电力质量分析产品ACR230ELH。 该产品采用当今世界流行的高档电能标设计方案：DSP+MCU 的实现方法，将DSP 的 高速数字信号处理功能和高档MCU(ARM)完善的管理、通讯、丰富的接口功能相结合。基 本工作原理如下： 图1硬件设计原理框图 互感器将来自电网的电压、电流信号实时送到表内16位高速Sigma-DelTa AD 进行6个通 道电力信号的同步采样，AD 转换完成之后把数据传送给DSP 进行各种复杂的数值运算，通 过相应的数学运算，DSP 完成整表的计算功能，具体包括所有电力参数的测量、有功、无 功、视在电能的计量等工作;完成之后DSP 把相应的计算数据和ARM7进行数据交换，ARM7 主要完成液晶显示、数据统计存储、外部通讯、菜单键盘操作、DI/DO 量的输入控制等工作。 A/D 采用的是ADI 公司推出的AD73360L 芯片，内带6个独立通道的16位串行模数转换 器，采用Sigma-Delta 转换原理，具有良好的抗混叠性能。AD73360的数据转换输出接口是 同步串口(SPORT 口),DSP 采用的是ADSP 219x 芯片，同样具有相同SPORT 接口，使用起 来非常的方便，免去了IO 口模拟带来的一系列烦恼。 ARM7采用的是NXP 的LPC2138，该芯片功能强大，外围端口资源丰富，内部 RAM 最大可以达到32K，运行速度可达60M，带有多通道的32位定时器，多路PWM 输出资源， 多个SCI、SPI、IIC 接口;IO 口可以承受5V 电压输入;内部还带有多种运行功耗模式。 该表软件分为两部分，其一是DSP 的相关程序流程代码，这部分代码按功能上分主要 是以下几块：分为AD 采样控制、串口数据传输、大量复杂的数值运算(包括傅氏变换)、能 量累计、电能质量分析、电能脉冲输出等几个部分;其二是ARM7中的相关程序流程，主要 包括：液晶显示、按键处理、数字通讯、开关量输入输出功能的实现以及部分事件记录功能 的实现;在编程语言的选择上，DSP 部分采用C 语言和汇编语言混合编程，为了保证系统良 好的实时性，以汇编语言为主，C 语言作整个程序框架进程调度，既保证了程序的易读性， 也兼顾了系统良好的实时性。ARM7的程序是基于uc/OS-II 操作系统平台开发的，程序简单 易读，可移植性较好，便于产品的后续升级工作。整个系统的软件大致要完成3个部分的工 作：系统的初始化代码、uc/OS-II 操作系统移植、应用任务的编写。 算法描述 基于上述的模块化设计理念，充分考虑了数字信号处理器的强大的数值计算功能，让其 完成了所有的计算变换等功能;具体包括电压、电流有效值、有功、无功功率、视在功率、 功率因数、有功、无功、视在电能的累计、电能质量指标的计算。考虑到常规电参量的计算 公式比较常见，这里就不再赘述了，着重把电能质量指标的计算方法描述一下：电能质量方 面的计算，具体包括：2-31次谐波分析，电压波峰系数，电话波形因子，电流 K 系数，三 相电压、电流不平衡度，电压、电流正序、负序、零序分析，电压偏差、频率偏差。 电能质量的相关指标如下： A.谐波(GB/T 14549); 电压的2-31次谐波分析主要是采用DSP 的FFT 算法来实现，得到的基波分