DSP与MSP430的电力系统故障录波器设计

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  •     摘要:针对目前电力系统故障录波器功耗高和缺少RF无线通信的缺陷,设计一种基于DSP与MSP430系列单片机CC430F5137的电力系统故障录波器。分析了系统运行原理,详细介绍了数据采集分析模块和数据处理模块的硬件电路设计方法。测试结果验证了基于DSP和CC430F5137的RF无线通信模块应用于电力系统故障录波器的可行性。
    关键词:电力系统;故障录波器;TMS320F2812;CC430F5137

    引言
        目前,电力系统录波器已成为电力系统自动化及系统管理的重要组成部分。简单地说,电力系统录波器就是一种数据采集记录装置,它可以记录系统非正常和正常状况下系统电压、电流、频率的变化。在电力系统正常运行情况下记录的数据,对于分析电力系统正常运行下电能的应用情况起着重要的作用;而故障阶段记录的数据,对于分析电力系统故障发生的原因,以及帮助寻找故障发生点,从而迅速处理相关故障事故起着关键的作用。
        参考文献设计的电力系统故障录波器,其数据传输采用计算机与局域网相结合的方法,必须以局域网方式连接才能传输数据,使得其应用有一定的局限性。参考文献设计方案是基于DSP的电力系统故障录波器,通过以太网方式来控制。这两种设计方案必须架设局域网络才能实现数据传输,针对以上缺点,现采用基于DSP(TMS320F2812)与CC430F5137的设计方案。该方案可以实现100~200 m之间的无线传输,而且每个CC430F5137中的RF无线模块都可以作为一个小中继器,当作一个中间节点,这样就可以实现无线网络的架设,使得传输距离更远。这些优点弥补了目前电力系统录波器的缺陷,达到了目标应用的要求。

    1 装置整体运行原理
        电力系统故障录波器需要实现数据采集、分析处理等功能。如图1所示,本系统分为两部分:一部分是以DSPTMS320F2812为控制核心的数据采集分析模块,其作用是采集6路模拟信号并分析处理数据,然后将此数据传输给CC430F5137;另一部分是以CC430F5137为核心的数据处理模块,其作用是对分析后的数据进行显示,并通过内部集成的RF无线模块将数据发送给监控中心。首先,电力系统中的三相电压和三相电流通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移信号,然后由6路传感器分别对电压和电流进行数值转换,转换后的模拟信号经过信号调理电路传递给A/D转换器AD7656。DSP芯片(TMS320F2812)控制AD7656将6路模拟信号转换成数字信号,通过FFT算法对电压和电流的数字量进行分析,并提取出基波和各次谐波分量,计算出功率因数、有功功率、无功功率和THD值等相关参数。最后,DSP通过串口将分析完的数据通过串口传送给CC430F5137(简称F5137),F5137将DSP传送的数据通过触摸屏进行显示,包括波形和数值的显示等。根据相关需要,F5137会利用内部集成的RF无线电模块将数据传输给监控中心,如果需要显示单相或者三相的电压或者电流,可以通过键盘进行选择。至此,系统运行完毕。

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