如何对电力系统参数进行交流采样及DSP设计数据采集系统的说明

　　本文提出了对电力系统参数进行交流采样的设计思想，结合实例介绍以TMS320C240DSP与高速14位A/D转换器AD7863构成的数据采集系统，给出了采样算法、硬件电路及软件流程等。

　　目前，交流电参量的采样测量方法主要有两种：直流采样法和交流采样法。直流采样法是采样经过整流后的直流量，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值，软件设计简单，计算方便。但直流采样法存在一些问题：测量精度直接受整流电路的精度和稳定性的影响；整流电路参数调整困难且受波形因素影响较大；此外，用直流采样法测量工频电压、电流是通过测量平均值来求出有效值的，当电路中谐波含量不同时，平均值与有效值之间的关系也将发生变化，给计算结果带来了误差。因此，要获得高精度、高稳定性的测量结果，必须采用交流采样技术。

　　交流采样技术是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量的测量方法。该方法的理论基础是采样定理，即要求采样频率为被测信号频谱中最高频率的2倍以上，这就要求硬件处理电路能提供高的采样速度和数据处理速度。目前，高速单片机、DSP及高速A/D转换器的大量涌现，为交流采样技术提供了强有力的硬件支持。交流采样法包括同步采样法、准同步采样法、非同步采样法等几种，本文介绍的是同步采样法。

　　同步采样法就是整周期等间隔均匀采样，要求被测信号周期T与采样时间间隔Δt及一周内采样点数N之间满足关系式T=N·Δt，即：采样频率为被测信号频率的N倍。根据提供采样信号方式不同，同步采样法又分为软件同步采样法和硬件同步采样法两种。硬件同步采样法是由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲。它能克服软件同步采样法存在截断误差等缺点，测量精度高。利用锁相频率跟踪原理实现同步等间隔采样的电路如图1所示。

　　在相位比较器PD、低通滤波器LP、压控振荡器VCO构成的锁相环内加入N分频器，输入fi为被测信号的频率，作为锁相环的基准频率，输出f0 为采样频率。f0 经N分频后与fi相比较，根据锁相环工作原理，锁定时f0/N＝fi，即：f0 ＝Nfi 。由于锁相环的实时跟踪性，当被测信号频率fi 变化时，电路能自动快速跟踪并锁定，始终满足f0 ＝Nfi 的关系，即采样频率为被测信号频率的整数（N）倍，从而实现一周内等间隔采样N点，从根本上克服了软件同步采样法存在的上述问题。

　　此外，还可将分频系数N设计为程控可调，则可根据不同频率的被测信号及DSP、A/D转换器的速度，动态改变N值，以达到最好的效果。