基于鎖相環與雙AD7865的交流采樣技術及其應用

摘要：為了保證對電力系統的實時監控、調度，需要對電力參數進行交流采樣。介紹了電力系統參數交流采樣的設計思想，對頻率跟蹤電路進行了分析，提出了由鎖相環CD4046和AD7865構成的硬件解決方法，并給出了由CD4046構成的頻率跟蹤電路、信號調理電路以及AD7865與TMS320LF2407的接口設計電路，解決了電力系統中多路電壓、多路電流的交流采樣問題，保證電網頻率變化時采樣數據的精度和穩定性。該采樣算法可以應用于多種場合，具有一定的實用和推廣價值。
關鍵詞：交流采樣；鎖相環；AD7865；倍頻

0 引言
隨著電力系統的快速發展，電網容量的擴大使其結構更加復雜，實時監控、調度的自動化顯得尤為重要；而在電力調度自動化系統中，對電力參數的測量是最基本的功能。如何快速、準確地采集各種電力參數則顯得更加重要。在微型機應用的初期，電力系統的參數普遍采用直流采樣的技術。
直流采樣，即采樣經過整流后的直流量，此方法軟件設計簡單，計算方便，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定性的影響；整流電路參數調整困難，而且受波形因素的影響較大等。而采用交流采樣方法進行數據采集，通過算法運算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數等電力參數有著較好的精確度和穩定度。該系統采用高速DSP芯片TMS320LF2407作為處理器，通過鎖相環和AD7865對電力參數進行交流采樣。

1 交流采樣的設計思想
若將電壓有效值公式：

離散化，以一個周期內有限個采樣電壓數字量來代替一個周期內連續變化的電壓函數值，則式(1)變為：

式中：△Tm為相鄰兩次采樣的時間間隔；um為第m-1個時間間隔的電壓采樣瞬時值；N為一個周期內的采樣點數。若相鄰兩次采樣的時間間隔相等，即△Tm為常數△T，考慮到N=T／△T，則有：

這就是根據一個周期內各采樣瞬時值及每周期采樣點數計算電壓信號有效值的公式。同樣，電流有效值計算公式：

計算一相有功功率的公式：

式中：im和um為同一時刻的電流和電壓采樣值。
功率因數為：