基于FPGA和DSP的变频电源测量系统设计

概述：
从变频电源电参量实时测量的应用需求出发，针对变频电源可调频率范围宽的特点，以FPGA和DSP为硬件核心。设计出一种基于变步长自适应采样方法的数据采集计算系统.该系统具有实时性强.集成度高及扩展性灵活等特点.

在电力系统中，变频系统作为一种电力电子设 备，其输出侧的电压.电流含有丰富的高次谐波，并且具有可调节频率变化范围大和速度快的特点.当系统中谐波含量达到一定程度时，对电力系统及电力用户带来 一定的影响和危害.在进行谐波分析时，若信号频率和采样周期不匹配，或者在整个采样周期间隔内，波形不是周期性的，就会产生频谱泄漏误差.如果能够实现同 步基波的频率，使截断的采样数据个数正好是基波信号周期的整数倍，就能解决被测信号采样在开始和终止的地方不连续的问题.

笔者采用自适应实时调整采样率的方法，实时跟踪信号基波频率，采用软同步的方法实现交流同步采样利 用以FPGA和DSP为控制核心的硬件系统，实行多路同步采样，能够有效地减少频谱泄漏而引起的测量误差.一方面由此方法计算得出三相电压.电流的基波和 各次谐波的幅值及相位比按工频正弦量的计算方法来计算电参量要精确；另一方面又能以计算得出的各次谐波为参考，加入适当的外置滤波器或算法消除谐波对系统 和测量的影响.

1 变频电源测量系统总体设计
数据采集系统结构如图1所示，三相电压和三相电流信号经过传感器之后送至滤波电路，再经过A/D转 换模块进行六路同步采样，不丢失相位信息，最后由DSP进行参数计算和处理.采用双口RAM作为A/D转换模块与DSP双向通信的缓冲芯片，双口RAM芯 片具有两套独立的控制线.地址线和数据线，可以对任何一个端口进行独立的操作.整个数据采集电路的时序控制都由FPGA完成，有利于DSP全速执行数据运 算，从而保证了采样的持续性和实时性.

（详细内容请阅读PDF文档）