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基于FPGA的电网实时数据采集与控制

发布时间:2020-02-03 06:10:06 阅读: 来源:跷跷板厂家

0引言随着科学技术和国民经济的快速发展,各种工业生产对电力系统对电能质量的要求越来越高,因此,对电网参数进行实时检测与分析具有重要的意义。要解决电能质量问题,首先要建立电能质量各项指标的监测和分析系统,对电网中的各种指标进行实时更新测量和数据采集。传统的电网数据采集系统往往采用单片机或数字信号处理器(DSP)作为控制器,来控制模/数转换器(ADC)、存储器和其他外围电路的工作。但是,由于单片机本身的指令周期以及处理速度的影响,其时钟频率较低,各种功能都要靠软件的运行来实现,而软件运行时间在整个采样时间中占有很大的比例,效率较低,很难满足系统对数据采集系统实时性和同步性的要求。由于对电网的谐波进行FFT分析时,电网频率不是一成不变的,因此,以固定的采样频率对电信号进行采样时,如电网频率发生波动,采样频率将不能与输入信号同步,因而会产生频谱泄漏。事实上,除了产生频谱泄露以外,对于离散傅里叶变换来说,非同步采样时,即使信号含有单一频率,其离散傅里叶变换也不可能求出信号的准确参数,而会产生栅栏效应。为了解决这些不足,可在数据采样部分采用高速A/D转换芯片ADS7864,即在数据采集的控制部分则利用FPGA(可编程逻辑器件)直接控制ADS7864对模拟信号进行采样。然后将转换好的12位二进制数据迅速存储到FPGA内部的存储器中。为了提高谐波测量的精度,还可采用硬件描述语言VHDL来设计数字锁相环和同步被测信号,以实现对误差的修正。控制器则根据数字锁相环模块检测出的信号频率大小实时调整A/D转换器的采样频率,以同步被测信号,提高测量精度。1设计方案图1所示是本数据采集控制模块的设计框图。图中,数字锁相倍频模块每输出一个有效的采样触发信号CLK,ADC控制器就完成一次6通道的采样操作,然后停止等待下一个触发脉冲的到来。时钟管理模块的作用是利用最小系统板上的50 MHz晶振输入,经过编程进行1000分频,以将其转换成50 kHz提供给AD控制器。至于双口RAM存储模块,由于QuqartusII内部有一个可调用的ROM宏功能模块,因此,在使用时,只要将其调出,并按照本系统的要求对存储容量和地址端口进行设置,就可以作为模块来用。

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