微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 嵌入式设计 > TMS320F28335在电网频率测量中的应用

TMS320F28335在电网频率测量中的应用

时间:10-25 来源:ednchina 点击:

0 引 言

  频率是衡量电能质量的重要指标, 也是判断电力系统故障的重要依据。一般情况下, 电力系统的频率会随着负荷的波动而有所变化。在正常情况下电网频率变化缓慢,即使发生系统事故, 在很短的时间内( 如一个工频周期) 电网频率的变化量也是较小的。频率测量若能不断实时地测量电网频率, 所测量的频率误差可减小到很小的程度。

  数字频率的测量方法主要有: ( 1) 测量电压波形某一整数周波的时间, 从而计算频率; ( 2) 利用波形识别或曲线拟合技术来估算频率。后一种方法不能很好的抑制谐波分量, 计算量偏大, 要对每一周波都进行一次计算, 将会占用过多的处理器时间, 其不能兼顾计算精度与实时性。而前者的测量精度受电压过零点的影响较大。

  本文提出通过过零检测电路将电网基波整型成方波,用TMS320F28335( DSP) 的捕捉模块对方波上升沿进行捕捉的频率测量方法, 在一定程度上抑制了电压过零点的影响, 有很好的测量精度和实时性。

  1 通用定时器与捕捉模块

  TMS320F28335 是指令周期为6. 67 ns。主频达150 MHz; 高性能的32 位CPU , 单精度浮点运算单元( FPU ) , 采用哈佛流水线结构, 能够快速执行中断响应。 并具有统一的内存管理模式。本文提出的测频方法主要应用TMS320F28335 中的捕获单元( eCAP) 和通用定时器( GPT ) 单元。

  1. 1 通用定时器

  通用定时器是TMS320F28335 常用的PIE 接口, 其核心是计数器, 32 位计数。通用定时器有多种工作模式,以满足不同的需要。每个定时器可以独立工作, 也可以相互同步工作。可以对寄存器事先设置来实现相应的功能。

  全局通用定时器控制寄存器GPTCON A ( EVA 中) 和GPT CONB( EVB 中) 规定通用定时器在不同事件中所采取的操作, 并规定它们的计数方向。为了完成测频所需要的功能, 需要设置GPT 的计数寄存器T xCN T、定时器比较寄存器Tx CMPR、定时器周期寄存器Tx PR 以及定时器控制寄存器T xCON ( x = 1, 2, 3, 4) 。

  1. 2 捕捉模块

  eCAP 模块是一个完整的捕捉通道, 能够实现多个时间的捕捉任务, eCAP 单元结构如图1 所示。

图1 捕捉单元结构

  TMS320F28335 有6 个捕捉单元, 分两组, 每个捕捉单元都有一个专用的捕捉输入引脚, 能够对输入引脚的电平变化做出反应并捕捉电平变化发生的时间。当引脚电平发生变化, 触发事件将被触发: 将指定的通用定时器的计数值压到该捕捉单元的两级FIFO, 当FIFO 的数据个数大于或等于2 时触发捕捉中断请求。中断响应可以进行频率的计算及其相应操作。

  2 系统硬件电路及其测量原理

  2. 1 系统的组成

  系统主要由互感器、低通滤波、过零检测、控制处理等模块组成。系统模块如图2 所示。

图2 系统硬件结构

  在模拟通道的前端通过精密互感器对电网信号进行采集。低通滤波滤除信号的高次谐波, 以避免谐波对过零检测环节的影响, 提高测量精度。过零检测电路由电压比较器MAX474 和电阻等元件组成, 对正弦信号进行整形,得到与电网基波相同频率的方波信号, 提高信号边沿的捕捉精度。过零检测电路对正弦信号的陷波有一定的抑制能力。

  2. 2 测量原理

  采用TMS320F28335 的eCAP1 模块对方波的上升沿进行捕捉, 每次捕捉完上升沿后都对32 位定时器进行置位, 上升捕捉的计数值为N 1。

  则除设备开始运行的第一周波之外, 之后的捕捉到的定时器值N 1 与频率f 成比例关系, 即:

  ( 其中K 为输入信号分频系数)。

  在150 MHz 主频的DSP 中, 32 位的定时器溢出的时间接近半分钟, 对电力系统基波进行上述的测量, 其不会溢出。

  3 测频在DSP 中的实现

  3. 1 时间预定标器与误差分析

  时间预定标器的功能框图如图3 所示。

图3 事件预定标器功能

  输入的被捕捉信号可以通过预定标器进行频, 或者选择直通工作方式。分频系数由寄存器ECCT L1 的PRESCALE 控制, 可以进行2 到62 偶数次分频。分频有利于提高测量精度, 因为频率测量时计数值越高, 测频的测量精度也就越高。

  采用直通方式对50 Hz 的信号进行测频, 计数值大概为3× 106 次。假设对信号进行K 次分频, 则计数值将是K× 3×106 次。定时器由于计数造成的绝对误差为:

  采用时间预定标器对信号分频可以提高测量精度, 但也会降低测量的实时性。对于K 分频, 则需要K 个周波才能得到频率信息, 即此时得到的测量频率是K 个周波之前的频率。采用直通方式造成的绝对误差大约为310- 7 , 完全可以满足电力系统测频的要求。考虑到电力系统频率测量的实时性, 本设计采样直通方式对频率进行测量。

3. 2 捕捉单元的处理

输入信号可以由GPIO5、

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top