电力系统模型辨识仪多路数据同步采集器设计.pdf
《电力系统模型辨识仪多路数据同步采集器设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力系统模型辨识仪多路数据同步采集器设计.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 5 1卷第 6期 2 0 1 4年3月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e me n t& I ns t r u m e n t at i o n V0 1 5l N0 6 M a r I 2 5 2 0 1 4 电力系统模型辨识仪多路数据同步采集器设计 王 占波, 刘宪林 ( 郑州大学 电气工程 学院, 郑 州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要: 为了获得电力系统仿真计算中元件准确的模型参数, 研发了一款专用于电力系统的模型辨识仪, 并着重 介绍了其数据采集器的设计。 数据采集器采用高度集成的模块化设计, C 8 0 5 1 F 4 1
2、0 单片机为其控制核心, 4 片8 通 道模数转换芯片A D 7 6 0 6 构成采集器的模数转换模块,实现3 2 路输入信号的同步采集;由文件管理控制芯片 C H 3 7 6 S 和u 盘组成的存储模块解决了脱机状态下大容量采集数据的存储问题;各模块之间通过子程序调用协 调通信; 最后通过对多路相异电压信号的实际测量, 证明了数据采集器实现其预期功能, 且采样精度满足需要。 关键词 : 模型辨识 ; 多通道 同步采样 ; 大容量数据存储 ; C 8 0 5 1 F 4 1 0 ; A D 7 6 0 6 ; C H3 7 6 S 中图分类号 : T M9 3 文献标识码 : B 文章编号 :
3、 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 7 6 0 5 De s i g n o f S y n c h r o n o u s M u l t i - Ch a n n e l Da t a Ac q u i s i t i o n Un i t f o r Po we r S y s t e m M o de l I d e n t i fic a t i o n Ap pa r a t us WANG Z h a n b o L I U Xi a n l i n ( S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i
4、n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 , C h i n a ) Abs t r a c t : A mo de l i d e n t i fic a t i o n a p pa r a t us whi c h c a n pr o v i de a c c ur a t e mo d e l p a r a me t e r s f o r p o we r s ys t e m s i mul a t i o n i s d e s i g n e d
5、,a nd t he de s i g n f o c u s e s o n i t s d a t a a c q u i s i t i o n u n i t Th e u n i t a d o pt s hi g h l y i n t e g r a t e d mo d u l a r i z a t i o n d e s i g n , a n d u s e s MCU C 8 0 5 1 F 4 1 0 a s t h e c o r e T h e a n a l o g t o - d i g i t a l c o n v e r s i o n mo d u l
6、 e i s ma d e u p o f 4 p i e c e s o f AD7 6 0 6 t o r e a l i z e s y n c h r o n o u s s a mp l i n g o f 3 2 i n p u t s i g n a l s T h e d a t a s t o r a g e mo d u l e c o n s i s t s o f d o c u me n t ma n a g e me n t c o n t r o l c h i p C H3 7 6 S a n d U d i s k t o s o l v e t h e ma
7、 s s d a t a s t o r a g e p r o b l e m Al l t h e s e mo d u l e s c o o r d i n a t e c o mmu n i c a t i o n s b y s u b r o u t i n e c a l l s Me a s u r e me n t o n d i f f e r e n t v o l t a g e s i g n a l s o f mu l t i p l e c h a n n e l s p r o v e s t h a t d a t a a c q u i s i t i
8、o n u n i t r e a l i z e s t h e p r e d e fin e d f u n c t i o n , a n d t h e a c c u r a c y me e t s t h e r e q u i r e me n t Ke y wo r ds mo d e l i d e n t i fic a t i o n , s yn c h r o n o u s mu l t i - c h a n ne l s a mp l i ng , ma s s - d a t a s t o r a g e , C8 0 5 1 F 41 0 , AD7
9、6 06 , CH3 7 6 S 0 引 言 基于此, 在对电力系统的工作特点进行深入研究 电力 系统 中模 型参数的准确与否对电力 系统 的 的基础上 , 研发了专用于电力系统的模型辨识仪。它 仿真计算分析具有重要的意义。 1 9 9 6 年8 月1 0日, 美国 由多路数据 同步采集器和上位机辨识软件两部分组 西部 电网大停 电 ,系统 出现振 荡 、解 列 ,并 失去 成 。数据采集器根据上位机指令实现现场数据 的采 3 0 0 0 0 M W负荷 ,但是事后使用电网动态数据库对事 集 ,上位机辨识软件读取采样数据完成模型参数辨 故进行重现时, 发现仿真结果却是系统稳定 , 由此可 识。
10、高性能的数据采集器设计是本文介绍的重点。 见现有的模型参数不能精确反映电力系统的实际运 辨识算法对采集状态量的同时性要求很高, 此外 行情况 。 由文献【 2 4 可知, 国内外的专家在模型辨 在对系统内某个部分进行辨识时, 常常要考虑到系统 识领域进行了深入的研究, 也提出了一系列先进的理 内其他部分的影响。例如对励磁系统进行辨识, 需要 论和方法 , 模型辨识的算法很多且已经 比较成熟 。但 顾及发 电机以及原动机系统的影响 , 为了保证辨识的 高性能电力系统模型辨识仪在我国的研发和应用工 可靠性, 就需要对三个系统进行联合辨识。因此数据 作还较为薄弱 , “ 四大参数 辨识基本上还处于半
11、人工 采集器不仅要能够保证采样的同时性 , 同时还应该具 状态, 效率低, 辨识结果准确性不很理想。 备足够的采样通道。 本文采用c 8 O 5 1 F 4 1 0 单片机控制 一 7 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 6期 2 0 1 4年3月 2 5日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e as u r e m e nt& I n s t r u me n t at i o n VO I 5 1 NO 6 M a r 2 5- 2 0 1 4 4 片8 通道的模数转换芯片A D 7 6 0 6 实现3 2 路信号的同 步
12、采样。A D 7 6 0 6 是一款l 6 位分辨率的高精度模数转 换芯片, 每个通道进行一次转换将产生2 字节的数据, 假设采集器的3 2 个通道同时使用 , 以1 6 0 0 s p s ( 次 秒 ) 的速度循环采样1 s , 将产生I O O MB 的数据 。如此大容 量的数据存储利用 给单片机扩展外部数据存储器这 种传统的方法显然是不行的。 本文通过使用文件管理 控制芯片将采样数据存储于u 盘之 中, 解决了数据存 储 问题。此外市售普通u盘的容量 ( 2 G B 及以上 ) 即能 满足在一次试验中进行多次测量的需求 , 可以有效避 免使用单次测量数据进行辨识时可能产生的错误。 1
13、数据采集器总体结构 数据采集器用于现场多路输人信号的同步采集 , 并将采样数据以文本文档形式存储于u 盘之中。采集 完成 以后 , 采样数据通过U盘拷贝至上位机由辨识软 件 的数据处理环节进行处理 , 实现采样数据 的十进制 转换以及通道分拣 。上位机辨识软件通过U A R T 串口 与数据采集器通信 , 下达包括采样频率 、 采样点数在 内的采样命令。数据采集器 的总体结构如图1 所示。 图1 数据采集器的总体结构 F i g 1 Ov e r a l l s t r u c t u r e o f d a t a a c q u i s i t i o n u n i t 2 数据采集器的
14、硬件电路设计 在满足多通道 同步采样及大容量数据存储 的前 提下 , 参照文献 5 , 数据采集器采用高度集成的模块 化设计 , 使其兼具体积小、 通用性强以及可脱机运行 等优点 。 其主要由三部分组成 : ( 1 ) 核心控制器 ; ( 2 ) 模 数转换模块 ; ( 3 ) 数据存储模块 。 2 1 芯片选型及其特点 2 1 1 核心控制器 单片机是整个数据采集器的控制核心 , 主要实现 三个方面的功能: ( 1 )接收上位机发送的采样命令 ; ( 2 )控制模数转换模块根据命令要求进行同步采样; ( 3 ) 控制数据存储模块完成采样数据的存储。 为保证单片机能够实现以上功能, 特选用S
15、i l i c o n L a b o r a t o r i e s 公 司生产的C 8 0 5 1 F 4 1 0 单片机 。 其采用流 水线处理技术 , 不 区分时钟周期和机器周期 , 能在执 行指令期间预处理下一条指令, 执行效率与传统5 1 单 片机相比有了很大的提高。另外c 8 O 5 1 F 4 1 0 单片机具 备多种总线接口,包括U A R T 、 S P I 、 S M B U S( 与I 2 C 兼 容) 总线以及C A N 总线。 其中U A R T 接口可以实现单片 机与上位机的连接 , 接收上位机发送的采样命令。 S P I 接 口可以实现与模数转换模块的连接 ,
16、从而读取采样 数据。 2 1 2 模数转换模块 模数转换模块 由4 片组 合使用 的模数转换 芯片 A D 7 6 0 6 构成。每片A D 7 6 0 6 芯片可实现对8 路模拟输 入信号的同步采样, 4 片A D 7 6 0 6 芯片组合使用 ,可实 现3 2 个通道的同步采样 , 能够满足绝大部分情况下对 采样通道数的需求。此外A D 7 6 0 6 还有以下几个显著 优点: ( 1 ) A D 7 6 0 6 采用5 V 单电源供电, 与核心控制器及 数据存储模块所需供电电压相同。 另外无论以何种采 样频率工作 , 其模拟输入 阻抗均为1 M Q, 经互感器输 出的 信号 可 以无 需
17、 通 过 驱 动 放 大 器 而 直 接 接入 A D 7 6 0 6 。 因此可以去掉信号链中的双极性 电源( 它通 常是系统 中的噪声源 ) 。 选用AD 7 6 0 6 可以简化采集器 的电源设计 ; ( 2 ) 由文献 6 可知, A D 7 6 0 6 内置有2 5 V片内带隙 基准电压源 以及基准 电压缓 冲电路 。通过设 置R E F S E L E C T I 脚为高 氐电平, 可配置A D 7 6 0 6 工作于内 夕 部基准电压模式。 当多片A D 7 6 0 6 组合使用时, 可将其 中一片配置为内部基 准电压的工作模式 ,其R E F I N R E F O U T I
18、 脚能够输出2 5 V的基准 电压 , 可 以用来驱 动其他 的配置 为外部基 准 电压工 作模式AD 7 6 0 6 芯 片 , 无需专 门提供基准电压电路 ; ( 3 ) A D 7 6 0 6 内置 的1 6 位电荷再分配逐次逼近 型 模数转换器( AD C ) , 可以保证对采样精度 的要求 。另 外 所有通道 均能 以高达2 0 0 k s p s 的吞 吐速率 进行采 样 , 可以满足对采样速度的要求; ( 4 ) A D 7 6 0 6 可 以处理 + l O V和_ 5 V 真双 极性输入 信号。 其内置的输入箝位保护电路可以使输入通道耐 受最高达+ 1 6 5 V 的电压;
19、( 5 ) A D 7 6 0 6 提供三种接 口方式 : 并行接 口、 高速 串行接 口( S P I ) 和并行字节接 口。所需接 口模式可通 过引脚配置选择 。并且其数字接 口的电平为2 3 5 2 5 V, 可以与当前任何主流的单片机连接。 2 1 3 数据存储模块 数据存储模块 由文件管理控制芯片C H3 7 6 S 和u 盘组成 。C H3 7 6 S 芯片 内置 了处理Ma s s S t o r a g e 海量存 一 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 6期 2 0 1 4年3月 2 5日 电测与仪表 El e c t r
20、i c al M e a s u r e m e nt& I n s t r u m e n t a t i o n Vo 1 5 1 NO 6 M a r 2 5 I 2 0 1 4 储设备的专用通讯协议固件 ,内置了F A T 1 6 和F A T 3 2 以及F A T 1 2 文件系统的管理固件 ,支持常用的U S B 设 备 , 市售大部分u 盘均可支持。采集器采用闪迪公 司 生产的C r u z e r B l a d e 的u 盘 , 存储容量为8 G B 。 C H 3 7 6 S 芯片主要有以下几个功能 : ( 1 ) 支持1 5 Mb p s 低速和1 2 Mb p s 全
21、速U S B 通讯 , 兼 容U S B V 2 0 , 外围器件只需要晶体和电容, 且支持5 V 供 电电压 ; ( 2 ) 能够 自动检测u s B 设备的连接与断开, 提供 设备连接和断开的事件通知 ; ( 3 ) 支持U S B 设备的控制传输、 批量传输、 中断传 输 ; ( 4 ) 提供文件管理功能: 打开、 新建或删除文件、 枚举和搜索文件、 创建子目录、 支持长文件名; ( 5 ) 提供文件读写功能 : 以字节 为最小单位或者 以扇区为单位对文件进行读写 ; ( 6 ) 提供2 MB 速度的8 位并行接 口, 支持连接到单 片机的并行数据总线。 2 2 数据采集器的硬件连接 2
22、 2 1 核心控制器与模数转换模块的连接 核心控制器与模数转换模块的连接包括控制线 连接和数据线连接两部分 。 控 制 线 连 接 包 括 : ( 1 ) C 8 0 5 1 F 4 1 0的 I O端 口 ( P 2 5 ) 与4 片A D 7 6 0 6 芯片的R E S E T I 脚相连 , 提供复 位输入 ; ( 2 ) C 8 0 5 1 F 4 1 0 的I O 端 口( P 2 6 ) 与4 片A D 7 6 0 6 芯片的C O N V S T l 脚( C O N V S T A和C O N V S T B 两引脚 相连组成) 相连, 提供转换开始信号, 保证3 2 路信号
23、采 样 的 同 时性 ; ( 3 ) C 8 O 5 1 F 4 1 0 的I O端 口( P 2 4 、 P 2 0 、 P 0 7 、 P 0 6 )分别与4 片A D 7 6 0 6 芯片的c S 引脚相连 , 利 用 使能数据帧传输,依次从各个芯片中读取转换 数据。4 J 芯片分别以A 、 B 、 c 、 D 依次进行命名。 为减少 占用C 8 0 5 1 F 4 1 0 的I O 端 口数 ,通过将4 片 A D 7 6 0 6 的 S E R B Y T E S E L 弓 l 脚连接高 电平 、 D B1 5 引脚连接低电平 ,配置A D 7 6 0 6 的数据接 口为高速 串
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力系统 模型 辨识 路数 同步 采集 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【p****t】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【p****t】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。