基于鎖相環(huán)與雙AD7865的交流采樣技術(shù)及其應(yīng)用

摘要：為了保證對電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度，需要對電力參數(shù)進(jìn)行交流采樣。介紹了電力系統(tǒng)參數(shù)交流采樣的設(shè)計(jì)思想，對頻率跟蹤電路進(jìn)行了分析，提出了由鎖相環(huán)CD4046和AD7865構(gòu)成的硬件解決方法，并給出了由CD4046構(gòu)成的頻率跟蹤電路、信號調(diào)理電路以及AD7865與TMS320LF2407的接口設(shè)計(jì)電路，解決了電力系統(tǒng)中多路電壓、多路電流的交流采樣問題，保證電網(wǎng)頻率變化時(shí)采樣數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性。該采樣算法可以應(yīng)用于多種場合，具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：交流采樣；鎖相環(huán)；AD7865；倍頻

0 引言
隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量的擴(kuò)大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度的自動(dòng)化顯得尤為重要；而在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，對電力參數(shù)的測量是最基本的功能。如何快速、準(zhǔn)確地采集各種電力參數(shù)則顯得更加重要。在微型機(jī)應(yīng)用的初期，電力系統(tǒng)的參數(shù)普遍采用直流采樣的技術(shù)。
直流采樣，即采樣經(jīng)過整流后的直流量，此方法軟件設(shè)計(jì)簡單，計(jì)算方便，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值。但是直流采樣方法存在一些問題，如：測量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性的影響；整流電路參數(shù)調(diào)整困難，而且受波形因素的影響較大等。而采用交流采樣方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過算法運(yùn)算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)有著較好的精確度和穩(wěn)定度。該系統(tǒng)采用高速DSP芯片TMS320LF2407作為處理器，通過鎖相環(huán)和AD7865對電力參數(shù)進(jìn)行交流采樣。

1 交流采樣的設(shè)計(jì)思想
若將電壓有效值公式：

離散化，以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量來代替一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則式(1)變?yōu)椋?br />
式中：△Tm為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔；um為第m-1個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣瞬時(shí)值；N為一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，即△Tm為常數(shù)△T，考慮到N=T／△T，則有：

這就是根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)各采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算電壓信號有效值的公式。同樣，電流有效值計(jì)算公式：

計(jì)算一相有功功率的公式：

式中：im和um為同一時(shí)刻的電流和電壓采樣值。
功率因數(shù)為：