基于DSP的电能质量闪变分析仪

　　0 引言

　　中国科学院等离子体物理研究所全超导非圆截面核聚变实验装置 EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)由 110KV变电所供电，其负荷对电网构成了极高容量的频繁冲击，可能破坏高压电网与电源系统的电磁兼容，造成电压波动[1]，使一些仪器无法正常工作甚至损坏[2]，闪变便是由电压波动引起的。

　　国际电热协会(UIE)和国际电工委员会(IEC)经过多年的研究，制定了国际统一的闪变定义和评价标准，提出了闪变仪的数学模型和设计规范。其闪变仪模型如图 1所示 [3,4]。

　　本文将以此模型为基础，利用 TMS320F2812实现数字式闪变仪，并按照相关标准对闪变仪进行测试，测试结果表明，每经过 10分钟，闪变仪都能及时地对大量数据进行处理，并能迅速得到相应的短时闪变 值，具有很强的实时性，而且计算结果能满足精度要求。

　　1 闪变值计算的模型原理分析

　　IEC推荐的闪变仪按照框图可分为以下几个部分。

　　框 1是对信号进行调理，将市电电压调节到合适大小后输入，这部分不涉及算法。

　　框 2起模拟灯的作用，用平方检测方法从工频电压波动中解调出反映电压波动的调幅波。解调由截止频率为 35Hz的六阶巴特沃斯低通滤波器和截止频率为 0.05Hz的一阶高通滤波器完成。

　　六阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数为

　　框 4包含一个平方器和时间常数为 300ms的低通滤波器，用来模拟灯 -眼-脑环节对灯光照度变化的暂态非线性响应和记忆效应。

　　框 5为闪变的统计分析，即根据框 4输出的 S(t)值进行在线统计分析。将 S(t)值分级并用积累概率函数 CPF的方法进行分析，在观察期内( 10min)，对上述信号进行统计，利用 5个规定值，计算得出短时闪变值，表达式如下

　　2 闪变分析仪的硬件结构闪变仪的硬件

　　 闪变分析仪的硬件结构闪变仪的硬件结构大致分为 3个部分。结构如图 2所示。

　　第一部分为前端信号调理及 AD采集电路，前端信号调理电路将输入的工频信号调整到-10V～+10V的范围，并经过 LM2902集成运放器提高输入阻抗后再输入AD。AD芯片采用 AD7656,AD7656为 6通道 16位、快速、低功耗、逐次逼近型ADC，输入范围可选择-10V～+10V或-5V～+5V。其内核采用 4.5V至 5.5 V单电源供电，最高采样率可达 250 kSPS。该器件内置低噪声、宽带宽采样保持放大器，可处理最高 8 MHz的输入频率，在本案中设置其采样率为400Hz，用 DSP的定时器模块定时触发 AD采样。

　　第二部分为 DSP相关电路，包括电源模块电路，复位电路，晶振电路，SCI模块，存储模块等。DSP与 AD的硬件连接如图 3所示。