基于锁相环与双AD7865的交流采样技术及其应用

摘要：为了保证对电力系统的实时监控、调度，需要对电力参数进行交流采样。介绍了电力系统参数交流采样的设计思想，对频率跟踪电路进行了分析，提出了由锁相环CD4046和AD7865构成的硬件解决方法，并给出了由CD4046构成的频率跟踪电路、信号调理电路以及AD7865与TMS320LF2407的接口设计电路，解决了电力系统中多路电压、多路电流的交流采样问题，保证电网频率变化时采样数据的精度和稳定性。该采样算法可以应用于多种场合，具有一定的实用和推广价值。
关键词：交流采样；锁相环；AD7865；倍频

0 引言
随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大使其结构更加复杂，实时监控、调度的自动化显得尤为重要；而在电力调度自动化系统中，对电力参数的测量是最基本的功能。如何快速、准确地采集各种电力参数则显得更加重要。在微型机应用的初期，电力系统的参数普遍采用直流采样的技术。
直流采样，即采样经过整流后的直流量，此方法软件设计简单，计算方便，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值。但是直流采样方法存在一些问题，如：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，而且受波形因素的影响较大等。而采用交流采样方法进行数据采集，通过算法运算后获得的电压、电流、有功功率、功率因数等电力参数有着较好的精确度和稳定度。该系统采用高速DSP芯片TMS320LF2407作为处理器，通过锁相环和AD7865对电力参数进行交流采样。

1 交流采样的设计思想
若将电压有效值公式：

离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数值，则式(1)变为：

式中：△Tm为相邻两次采样的时间间隔；um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为一个周期内的采样点数。若相邻两次采样的时间间隔相等，即△Tm为常数△T，考虑到N=T／△T，则有：

这就是根据一个周期内各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。同样，电流有效值计算公式：

计算一相有功功率的公式：

式中：im和um为同一时刻的电流和电压采样值。
功率因数为：