500KV光學(xué)電壓電流傳感器數(shù)字信號處理系統(tǒng)

摘要：本文介紹了500KV的OMU中數(shù)字信號處理的新方案，該方案采用TMS320C542芯片進(jìn)行信號處理。文章詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的定點DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計、外圍芯片設(shè)計、OMU系統(tǒng)軟件算法。最后得出了整個OMU系統(tǒng)的整體性能和測試結(jié)論。

關(guān)鍵詞：光學(xué)電壓電流傳感器；TMS320C542；DSP

引言

隨著電力系統(tǒng)的容量和傳輸?shù)碾妷旱燃夁M(jìn)一步增大，傳統(tǒng)的PT、CT因其傳感機(jī)理而呈現(xiàn)出自身不可克服的問題，如：易受電磁干擾，體積大，重量重，造價高。

為了適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展，迫切需要一種新型的OCT、OVT來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CT、PT，以克服傳統(tǒng)CT、PT的缺點，并且適應(yīng)新型電站需要的新型OCT、OVT。由OCT和OVT組成的OMU（OpticalMeteringUnit）有著傳統(tǒng)PT/CT無法比擬的優(yōu)點，如：具有抗電磁干擾、絕緣性能好等優(yōu)點，OCT、OVT這些優(yōu)點符合未來電站、變電所發(fā)展的需要，同時OCT、OVT運行安全可靠，不會爆炸，還可以節(jié)約大量的銅和矽鋼片，社會效益明顯。由于OCT、OVT的絕緣結(jié)構(gòu)相對簡單，且隨著電壓等級的升高，OCT、OVT的性價比逐步升高，所以O(shè)CT、OVT的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)十分明顯。

本文以現(xiàn)有的500KV的OMU為例，詳細(xì)論述了光學(xué)電壓電流傳感器中的新型數(shù)字信號處理技術(shù)，首次將現(xiàn)代數(shù)字信號處理器用于該新型傳感器中。

硬件

基于OMU中OCS和OVS的檢測方法，和結(jié)合實際測量中的具體情況，考慮模擬電路易受環(huán)境溫度和外部電磁干擾影響，我們盡可能地減少模擬電路環(huán)節(jié)，并采用TMS320C542DSP數(shù)字信號處理器作為核心處理器，以提高系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性。

當(dāng)信號經(jīng)模擬電路處理后，送至DSP，經(jīng)DSP處理后，數(shù)據(jù)輸出至PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理，信號也可以輸出至兩路D/A濾波得到兩路模擬輸出以供互感器校驗儀校驗，整個DSP系統(tǒng)的方案設(shè)計如圖1所示。

由于OMU的最后輸出的檢驗需經(jīng)過互感器校驗儀進(jìn)行校驗，因此我們在DSP系統(tǒng)中設(shè)計了兩路模擬輸出，由于C542具有兩個串口，且兩個串口都可以作為標(biāo)準(zhǔn)串口使用，因此我們利用這兩個串口與串行D/A進(jìn)行接口，后接濾接器進(jìn)行平滑濾波，得到最終的模擬輸出以供互感器校驗儀校驗。在此D/A我們選用14位串行D/AMAX545，D/A后接的濾波器選用UAF42。

由于系統(tǒng)輸入信號為11路模擬信號，它們分別為電壓和電流傳感器的兩組信號和系統(tǒng)溫度量，所以電壓和電流傳感頭均采用雙光路方案。

存貯器選用兩片27C256構(gòu)成32K16位ROM，又因為C542片內(nèi)含有10KDARAM，這10KDAMAM相對于整個OMU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運行所需程序和數(shù)據(jù)空間已經(jīng)足夠，故不需外掛高速RAM，而直接利用片內(nèi)全速RAM作為程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，這樣直接提高了系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分，下位機(jī)以DSP為中心，采集信號，經(jīng)過FIR濾波，進(jìn)行有效值計算，將數(shù)據(jù)送至PC。而在上位PC機(jī)進(jìn)行OCT電流和參考電流有效值二者比差計算，以及OCT光功率的計算、存儲、顯示。軟件算法框圖如圖2所示。

上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊采用異步串行通訊傳輸。傳輸時，發(fā)送雙方應(yīng)按照所共同遵循的協(xié)議進(jìn)行初始化。DSP對UART的初始化，主要為按照協(xié)議對8251A內(nèi)部命令寄存器的初始化，在此我們采用起止式異步通信協(xié)議，選定模式為：傳輸速率9600B/S，1位停止位，無校驗，字符長度8位，波特率系數(shù)16。

在上位機(jī)采用VB6.0軟件平臺設(shè)計串行通訊程序，本課題中選用了VB6.0Mscomm.VBx用戶控件，使用Mscomm.VBx用戶控件來進(jìn)行串行通信的關(guān)鍵是正確設(shè)置其中的一些屬性，在VB6.0中的通信程序設(shè)計中，我們設(shè)計了一個數(shù)據(jù)接收主窗口，在接收窗口中對串口進(jìn)行初始化和利用定時時鐘對數(shù)據(jù)進(jìn)行定時查詢接收。

圖2軟件算法框圖

結(jié)論

本課題對該OMU進(jìn)行了整機(jī)測試，這里以光學(xué)電壓傳感線性度試驗為例，（實驗條件：標(biāo)準(zhǔn)：升壓變壓器、0.05級分壓器、數(shù)字萬用表），其實驗數(shù)據(jù)如下：

線形度圖形如右圖所示：（縱軸為OVT電壓值，橫軸為參考電壓值）

線形度圖形如下圖所示：（縱軸為OVT電壓值，橫軸為參考電壓值）

由上面的實驗可知，該光電互感器具有很好的線性度。由于DSP高速處理器的采用，使得整個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的電路環(huán)節(jié)尤其是模擬電路環(huán)節(jié)大大簡化和系統(tǒng)集成度大大提高，從而使得整個系統(tǒng)的溫漂減少。系統(tǒng)集成度提高的直接結(jié)果是將每相電壓電流由原來分開測量而發(fā)展到三相電壓電流集成到一個DSP信號處理系統(tǒng)中進(jìn)行測量處理，從而提高了系統(tǒng)的性能價格比。DSP高速處理器的采用，使得系統(tǒng)的信號處理能力得到增強(qiáng)，為系統(tǒng)運行大運算量的復(fù)雜算法打下基礎(chǔ)，并且使得系統(tǒng)的升級和更新?lián)Q代變得更為靈活和方便。