ACR230ELH电力质量分析仪的设计和应用.doc

ACR230ELH电力质量分析仪的设计和应用徐希华中国联合工程公司上海分公司上海汤建军左凌俊裴善勇上海安科瑞电气股份有限公司上海摘要: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。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。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-DelTaAD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ADSP219x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