基于锁相环与双ad7865交流采样技术及其应用.pdfVIP

基于锁相环与双AD7865的交流采样技术及其应用

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、调度

的自动化显得尤为重要；而在电力调度自动化系统中，对电力参数的测量是最基本的功

能。如何快速、准确地各种电力参数则显得更加重要。在微型机应用的初期，电力系

统的参数普遍采用直流采样的技术。

直流采样，即采样经过整流后的直流量，此方法软件设计简单，计算方便，对采样值

只需作一次比例变换即可得到被测量的数值。但是直流采样方法存在一些问题，如:测量

精度直接受整流电路的精度和稳定性的影响；整流电路参数调整，而且受波形因素的

影响较大等。而采用交流采样方法进行，通过算法运算后获得的电压、电流、有

功功率、功率因数等电力参数有着较好的精确度和稳定度。该系统采用高速DSPT

MS320LF2407作为处理器，通过锁相环和AD7865对电力参数进行交流采样。

1交流采样的设计思想

若将电压有效值：

离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数

值，则式(1)变为：

式中:△Tm为相邻两次采样的时间间隔；um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时

值；N为一个周期内的采样点数。若相邻两次采样的时间间隔相等，即△Tm为常数

△T，考虑到N=T/△，则有：

这就是根据一个周期内各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的。

同样，电流有效值计算：

计算一相有功功率的：

式中:im和um为同一时刻的电流和电压采样值。

功率因数为：

2工频信号锁相倍频原理及频率电路的实现

交流采样法包括同步采样法、准同步采样法、非整周期采样法、非同步采样法等几

种，系统采用同步采样法。同步采样法就是整周期等间隔均匀采样，要求被测信号周期T

与采样时间间隔△t及一周内采样点数N之间满足关系式T=N△t，即采样频率为被测

信号频率的N倍。根据提供采样信号方式不同，同步采样法又分为软件同步采样法和硬件

同步采样法两种。本系统采用硬件同步采样。

硬件同步采样法是由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲。一种利用锁相

环频率原理实现同步等间隔采样的电路如图1所示。

图1锁相环原理图

在相位比较器PD、低通滤波器LP、压控振荡器VCO构成的锁相环内加入N分频器，

输入fi为被测信号的频率，作为锁相环的基准频率，输出fo为采样频率。fo经N

分频后与fi相比较，根据锁相环工作原理,锁定时fo/N=fi，即fo=Nfi。

由于锁相环的实时性，当被测信号频率fi变化时，电路能自动快速并锁定，始

终满足fo=Nfi的关系，即采样频率为被测信号频率的整数(N)倍。用该输出去控制

采样/保持器，并启动A/D转换，这样就可以使N个采样点均匀分布在被测电网信号的

一个整内，消除了同步误差，实现了无相位差的同步采样。锁相环相位锁定时,压控振

荡器VCO能在一定范围内自动输入信号的频率变化，在频率有畸变的情况下也能确保

数据的同步采样，保证测量精度。

系统中的频率