第２６卷第５期２００６年５月

电力自动化设备

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．５Ｍａｙ２００６

基于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的新型多功能

电能质量分析仪设计

熊

静，吴在军，胡敏强

（东南大学电气工程系，江苏南京２１００９６）

摘要：根据电能质量分析的实际需要，给出基于浮点数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的电能质量分析仪的硬件整体实现方案及软件设计思想。着重介绍了ＤＳＰ核心处理模块ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的功能、特点及设计开发思路。有源滤波模块滤除５０次以上的高次谐波，减少了高次谐波的影响；１６位的ＡＤ则保证了采样的高精度；以太网端口可以方便对不同区域电能质量的综合监测。此外，还介绍了数字电源及模拟电源分开的电源设计方案。最后，对如何利用ＵＳＢ２．０与ＰＣ机进行实时波形显示、设备故障录波、间谐波分析等功能拓展进行了探讨。关键词：电能质量；ＤＳＰ；以太网；ＵＳＢ２．０中图分类号：ＴＭ９３３文献标识码：Ｂ文章编号：１００６－６０４７（２００６）０５－００７９－０５

现场测量时的接线方式既有三相三线制又有三相四

线制，本分析仪数据采集部分设计为８通道输入，即可以满足Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉ０，Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕ０８路同时输入。用户可以根据需要选择所需的通道。采集的模拟信号经过有源滤波、ＡＤ转换等过程变为数字信号，然后由ＤＳＰ读取并进行快速傅里叶变换（ＦＦＴ）。

ＴＶ／ＴＡ采集８路电压、电流信号

有源滤波器

０引言

近年来，电力电子技术发展迅速，电力电子器件

及电力电子设备应用越来越广泛，大量的非线性负荷、冲击性负荷的投运，使公用电网中产生了大量的谐波干扰以及电压扰动、波动和闪变，电能质量不断恶化。同时，随着很多对电能质量要求敏感的控制设备、自动化设备越来越广泛地应用于工农业生产及人们日常生活，对电能质量也提出了越来越高的要求［１］。因此，设计一台高精度的电能质量分析装置对监测及分析电网电能质量有着十分重要的意义。

目前，国内生产的电能质量分析仪大多精度不高，很多以工控机作为主要结构的产品体积笨重，功能较单一。国外不乏优秀产品然而价格较高。随着电子技术的发展和网络通信技术的进步，以ＤＳＰ为处理器的网络化电能质量分析仪已成为发展方向［２］。

传统的电能质量分析仪大多采用定点ＤＳＰ作为处理内核，定点ＤＳＰ处理数据时需要时刻关注溢出的发生，耗费了大量的程序空间和执行时间。浮点ＤＳＰ用硬件实现浮点算法，动态范围大，计算精度高，总线宽，硬件资源也更为丰富，较定点ＤＳＰ有着十分明显的优势。未来ＤＳＰ的发展，浮点ＤＳＰ必将在很多方面取代定点ＤＳＰ，成为工程应用的主流。

本文介绍一种采用浮点ＤＳＰＴＭＳ３２０Ｃ６７１３

设备（简称Ｃ６７１３）为基本结构，集电能质量分析、

负荷波动监视、实时波形显示、设备故障录波、间谐波分析等于一体的多功能网络化电能质量分析仪。

ＭＡＸ２９１

测频

ＡＤ７６６５

ＳＣＨＭＩＴＴ触发器

ＡＤ触发信号

ＦＬＡＳＨ／ＳＤＲＡＭ／

ＥＥＰＲＯＭ

ＧＰＳ中断

ＤＳＰＣ６７１３

Ｉ／Ｏ越限报警，动作

液晶／键盘１００Ｍ以太网ＵＳＢ２．０

图１系统结构框图

Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

１系统硬件设计

本系统的硬件设计整体结构如图１所示。考虑

有源滤波

根据Ｓｈａｎｎｏｎ（香农）采样定理，连续信号的最高频率必须小于采样频率的１／２，否则将引起频率混叠，使得数字信号处理不能复原连续信号［３］。因此，在进行ＡＤ转换之前，必须加模拟低通滤波器。

本装置中选用ＭＡＸＩＭ（美信）公司的ＭＡＸ２９１，它是该公司生产的８阶巴特沃斯型开关电容式有源低通滤波器，其供电方式可以选择单电压＋５Ｖ或双电压±５Ｖ２种①。为了扩大滤波器输入信号的电压允许范围，本系统采用双电源的供电方式。ＭＡＸ２９１的３ｄＢ截止频率可以在０．１～２５ｋＨｚ之间选择。系统设计分析最高达５０次谐波，因此选择截止频率为２．５ｋＨｚ。

ＭＡＸ２９１可通过选择时钟控制截止频率。时钟源有内外２种①，本系统采用内时钟方式，具体方法

１．１

：２００５－－：２００６－０２①，ＭＡＸ２９１／／ＭＡＸ２９５／ＭＡＸ２９６ｄａｔａｓｈｅｅｔ．