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本课题的任务是设计并实现基于DSP(TMS320VC33)的电能质量在线监测系统。
本论文首先系统地介绍了国内外的研究状况和已经达到的技术水平,以及当前广泛使用的测量仪器中存在的问题。简要介绍了我国的电能质量国家标准中的电压偏差、电力系统的频率偏差和公用电网谐波等电能质量指标。
其次根据国内外电能质量在线监测系统的特点和国内电力行业的实际情况,借鉴已有的监测理论和实践成果,提出了本课题监测系统的整个框架结构、要实现的功能、实现这些功能的硬件设计方案和部分软件设计思想。
在硬件设计方面,采用了基于TMS320VC33和80C196的双CPU系统,系统的通讯方式为:CPU之间通讯采用了双口RAM;与上位机通讯采用了RS-485和以太网等灵活的接口电路,这样既考虑了电力系统目前的通讯状况,又考虑到网络化监测系统的可拓展性。其中有效地解决了A/D和DSP总线电平不匹配的问题,极大地利用了DSP的串口可作通用I/O的功能,有效地控制了A/D转换,取代了传统的CPLD可编程逻辑控制器件;采用了归一化方法设计3.2kHz抗混叠低通滤波器电路和50Hz低通滤波器电路,取代了传统意义上用传递函数来设计低通滤波器电路;采用了锁相环电路和硬件测频,有效地减少了频谱泄漏及其带来的误差,并提高了测频精度,实现了对电网频率进行实时跟踪。
在部分软件设计方面,编写了A/D数据采集程序、DSP与80C196之间数据通讯程序和写flash程序,最大程度地消除了因电压信号和电流信号采样转换不同步带来的误差,解决了两CPU之间数据总线位数不匹配的问题,经反复实验调试解决了将编译后的coif文件写入flash和程序上载等难题,并成功地完成了bootloader(程序上载)。
上述硬件系统通过了硬件调试、软硬件联合调试和整个系统的联合调试,解决了调试中出现的各种问题,现已投入试运行。
论文中详细描述了电能质量在线监测系统的硬件电路、通信方案、部分软件设计以及具体的软、硬件实现过程和相关的试验结果。