（电工理论与新技术专业论文）电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究.pdf

a b s t r a c t t h i st h e s i sd i s c u s s e sa n ds t u d i e st h eb l o c k i n gc h a r a c t e r i s t i ct e s t i n gm e t h o do ft h e p o w e rl i n et r a pb a s e do nc o r r e l a t i v ed e t e c t i n gp r i n c i p l e a n dm o d e md i g i t a ls i g n a l p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a l s oi tg i v e si t sh a r d w a r ea n d s o f f w a r or e a l i z a t i o n e x p e r i m e n t s a p p r o v et h ev a l i d i t yo f t h em e t h o d t h em a i nw o r ko f t h i sp a p e ri sp r e s e n t e da sf o l l o w ： 1 i n t r o d u c ea n dd i s c u s st h er e s e a r c ha c t u a l i t yo ft h ep o w e rl i n et r a pt e s t i n gm e t h o d s i n t r o d u c ei n d e t a i lv a r i o u s t e s t i n gm e t h o d s ，d i s c u s st h e i ra d v a n t a g e s a n d s h o r t c o m i n g s a n a l y z e t h e p r i n c i p l e a n dc a p a b i l i t yo ft h ec u r r e n t t e s t i n g i n s t m m e n t s 2 p r e s e n tan e w t e s t i n gm e t h o db a s e d o nt h ec o r r e l a t i o np r i n c i p l e t h em e t h o dm a k e s u s eo f ap a i ro f o r t h o g o n a ls i g n a l st od e t e c tt h ea m p l i t u d ea n dp h a s eo f t h es i g n a lt o b em e a s u r e d i t sa c c u r a c yi n t h e o r yo n l yd e p e n d so n t h e s a m p l eq u a n t i t y e m p h a s i z ei t sa n t i n o i s ea b i l i t ya n a l y s i s ，a n dg i v i n g i t sm a t l a bs i m u l a t i o n s i m u l a t i o nr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ea c c u r a c yo ft h em e t h o dc a na c h i e v eal e v e lo f l 3 g e td s p c h i pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7a n da dc o n v e r s i o nc h i pa si t sc e n t r e ，g a l l 6 v 8 鹪 t h ec h i p - s e l e c tu n i t , s p l c 5 0 1d i s p l a ym o d u l ea st h eo u t p u to ft h ei n s t r u m e n t ， d e s i g nt h eh a r d w a r es y s t e ma n dg i v et h ep s p i c es i m u l a t i o no fi t sa n a l o gp a r t s i m u l a t i o nr e s u l tp r o v e st h a tt h ed e s i g no f t h ea n a l o gs e c t i o ni sf e a s i b l e 4 m a k i n gu s eo f t h et e x a si n s t r u m e n t sp r o v i d e dc a n da s s e m b l el a n g u a g ed e v e l o p i n g s o f h , , a r ea n db e u i n gr e a l - t i m et e c h n o l o g yc o m p a n y ss i m u l a t o r , d e s i g na n dd e b u g t h es o r w a r eo ft h es y s t e m a d j u s t m e n tr e s u l td e m o n s t r a t e st h a tt h eh a r d w a r ea n d s e f i w a r ed e s i g no ft h i si n s t r u m e n ta c c o r dw i t ht h ea c a d e m i ca n t i c i p a t i o n ，a n dc a n a c h i e v et h ea n t i c i p a n tp r e c i s i o n 5 g i v et h er e s u l to f t h ee x p e r i m e n t ，p r e s e n tt h ep o s s i b l ei m p r o v e m e n t si nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：p o w e rl i n eh i g hf r e q u e n c yt r a p ，c o r r e l a t i o n - d e t e c t i n gp r i n c i p l e ，a d c o n v e r t e r ，d s p - - 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 第一章绪论 目前，我国已建成的3 5 、1 1 0 、2 2 0 、3 3 0 和5 0 0 千伏电力系统，虽然采用了 微波、特高频、有线、电缆和光缆等通信方式，但电力线载波通信仍然是电力系 统生产调度、高频保护和行政联络的重要补充通信方式，尤其是高频保护，仍然 作为主保护使用。随着新技术的发展，其可靠性得到了进一步的提高。 1 1 阻波器在电力系统中的使用情况 电力线是用来传输工频电能的，所以在电力线的结构设计上不可能考虑高频 通信技术的特殊要求。但是电力线导线粗，结构坚固，对高频信号提供了衰耗小， 可靠性高的传送通路，经济地利用现成的电力线路是无可争议的优点。为此，电 力载波通信在3 5 - 5 0 0 千伏电力系统中得到了广泛的应用。利用电力线复用高频信 号的通信方式称为电力线载波通信【i 】。高频阻波器由能通过工频大电流的强流线 圈、调谐元件和保护调谐元件的避雷器所组成。高频阻波器通常串接在变电站引 出线的始端和分支线的分支点上，用以减少变电站或分支线对高频信号的介入衰 耗。它与耦合电容器、结合滤波器及电力线路一起构成电力线载波通道【l 】。原理上 讲，高频阻波器是一种由电感、电容和电阻元件混联而成的信号滤波器根据阻 塞频率的不同，分为单频阻波器、双频阻波器和定k 型滤波器式展宽阻波器等。 在低于1 0 0 千赫的频段上一般采用单频或双频阻波器，用于高频保护通道；在高 于1 0 0 千赫低于5 0 0 千赫的频段上一般采用定k 型滤波器式展宽阻波器，作为调 度通信通道。在5 0 0 千伏及以上电力系统，一般不设独立的保护通道，而采用与 调度通信复用的载波通道，所以均不用单频和双频阻波器。近年来，由于不再追 求在某一、二个窄带内取得过高的阻塞阻抗值，所以很少再用双频调谐1 2 】。而绝大 多数采用定k 型宽带调谐电路。双频调谐电路阻抗特性的特点是在很窄的频带内 阻抗很高，超过要求值很多，其准确性显得并不太重要。采用定k 型宽带调谐电 路则不然。追求的是在保证一定阻塞阻抗条件下取得最大的带宽，在阻塞频带边 沿处的阻抗值可能等于或略大于要求值。所以采用这种调谐电路的阻波器测量值 已容不得较大的误差 2 1 。图1 1 ( f i g 1 1 ) 是各型阻波器的电路结构f l 】。 郑州大学工学硕士论文 单频阻波器双频阻波器定k 型宽带调谐阻波器 图l - i 各型阻波器电路结构 f i g 1 1 c i r c u i ts t r u c t u r eo f v a r i o u sl i n e - t r a p s 图1 - 2 ( f i g 1 2 ) 是阻波器的外形，大约1 5 米高。 图1 2 阻波器外形 f i g 1 - 2 o u t l i n ei m a g eo f al i n e - t r a p 图l - 3 ( f i g 1 3 ) 是阻波器在变电站内的安装情况，图中是悬挂式安装方式，阻 波器用两只悬式绝缘子v 形悬挂于门形架下。此外还有绝缘支柱瓷瓶支撑的座式 安装方式。 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 图l - 3 某2 2 0 千伏变电站一角 f i g 1 - 3 c o r n e r o f a 2 2 0 k v e l e c t r i cs u b s t a t i o n 图l - 4 ( f i g 1 - 4 1 是阻波器在电力系统中的使用情况【3 】。 l 图1 4 电力载波系统组成 f 嘻l - 4 p o w e rl i n ec a r r i e q s y s t e mc o n s t i n i t i o n 1 2 阻波器测试方法介绍及分析 l 根据电力系统载波通信规程，阻波器在安装及年检时必须进行阻塞阻抗及电 3 髫 l | 冀一 血 一 叮 妻 郑州大学工学硕士论文 阻分量频率特性的测量，当然在通道故障时阻波器也是需要重点检测的设备。国 际电工委员会( i e c ) 建议，在工作频带内，阻波器电阻分量地应大于电力线工 作相输入阻抗2 j 的j 4 l 倍。如2 为4 0 0 欧姆时，阻波器的电阻分量恐应不小于 5 7 0 欧姆，国家标准为6 0 0 欧姆，厂家标准甚至更高，达到不小于8 0 0 欧姆。实际 上，阻波器的电抗分量并不会和变电站的电抗完全抵消，仍会起一定的阻塞作用， 这样，变电站所引起的总的介入衰耗会更小。对交流电力系统线路阻波器，根据 国家标准g b t7 3 3 0 1 9 9 8 的规定，其阻塞电阻与阻塞阻抗应在规定的频带内用电 桥法测量。同时规定，也可用能够保证测量精度的其它方法测量。这些方法有电 压表法、比较法、三电压法和电容器法等。通常制造厂多用电桥法和比较法，而 用户多用电压表法 2 1 。现分别介绍如下。 1 2 1 电压表法 测量接线如图1 5 ( f i g ，l 5 ) 所示，图中上为强流线圈，d 为调谐元件。 l r 图1 - 5 电压表法测量接线图 f i g 1 - 5 v o l t a g e m e t e r m e t h o d m e ：l s l l o n l c n t w i r i n g d i a g r a m 利用此法可测出阻波器的阻抗频率特性曲线。在测量时，改变振荡器频率， 倒换开关s w ，逐一测出电压矾和阮，其阻抗可用式( i 1 ) 求出： 厂rr、 z 6 = l 一l l r ( 1 - 1 ) k u 2 由于阻波器一般不处于谐振点，阻抗不是纯电阻，两端的电压不等于矾和 u 2 的代数差，式( 1 1 ) 的计算结果存在一定的误差。为此，这里提出一种改进的电 压表法，直接测量阻波器两端的电压，如图1 - 6 ( f i g 1 6 ) n f f j 解决此问题。 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 图1 6 改进的电压表法测量接线图 f i g 1 - 6 m o d i f i e dv o l t a g em e t e rm e t h o dm e a s u r e m e n tw i r i n gd i a g r a m 阻波器阻抗可用式( 1 - 2 ) 求出： z = 篑月 0 - 2 ) 该方法的精度受测量表计输入阻抗的影响较大。因仪表输入阻抗对电路有分 流作用，必须采用输入阻抗小的测量装置。 1 2 2 差接电桥法 测量接线如图l 一7 ( f i g 1 - 7 ) 所示 l f i g 1 - 7 图1 7 差接电桥法测量接线图 根据电桥原理，电桥平衡时，应满足如下的关系： 郑州大学工学硕士论文 民+ j = r o + j ( 1 3 ) 只有电阻分量和电抗分量分别相等，电桥才平衡，即心= p o ，= 。r o 和 的值可直接由标准电阻箱和标准电容箱直接读出。 使用此法用的仪器设备较多，调整较麻烦，但可以得到很准确的结果。 1 2 3 比较法 测量接线如图1 - 8 ( f i g 1 8 ) 所示 r l 图1 8 比较法测量接线图 f i g 1 8 r e l a t i v em e t h o dm e a s u r e m e n tw i r i n gd i a g r a m 在各个所需频率上，调整岛，使硒上的电压降( s w 置于2 测得) 等于阻波 器上的电压降( s w 置于l 测得) ，则r o = z b 。 此法简单但只能测出模值阻抗。并且由于电压表输入电容的影响，在阻波器 并联谐振频率附近，会产生一定的误差。愈远离并联谐振频率，测得结果愈准确。 1 2 4 三电压法 l 图1 - 9 三电压法测量接线图 f i g 1 - 9t r i p l e v o l t a g e s m e a s u r e m e n t w i r i n g d i a g r a m 电力线高频阻波嚣阻塞特性数字测试仪研究 测量接线如图1 - 9 ( f i g i - 9 ) 所示 将图中所示砺、矾、u 2 分别用电压表测出。 令口= w 矾；扣吲矾；z b = r b + j x 6 , ，则风和x b 可用式( i 川和式( 1 5 ) 求出： 心：昙( 口z 一6 z 一1 ) ( 1 - 4 ) 毛= r 6 2 一 ( 口2 6 2 一1 ) 2 ( 1 5 ) 此法运用简便，但仪表测量误差会给测量结果的精度带来较大的影响。 1 2 5 电容法 测量接线如图l - 1 0 征i g i l o ) 所示 l 图l - l o 电容法测量接线图 f i g 1 1 0c a p a c i t ym e l h o dm e a s u r e m e n tw i r i n gd i a g r a m 在测量时，合上开关s w 测得电压叫和以，断开开关s w 测得电压u 和。 令互= 鲁r ；z ：= 瓦u 2r ，而电容器的容抗= 磊1 ，则钿和可用式( 1 6 ) 和 式( 1 7 ) 求出： 铲警 c ，甸 r 。= 厢( t - 7 ) 此法需选择适当的电容，使容抗与阻波器阻抗相近。电容量亦需要用电桥 郑州大学工学硕士论文 精确测量。测量结果受仪表与计算引起的误差影响也较大。 以上5 种方法中，改进的电压表法需测量的量只有两个，只要设法增大仪表 的输入电阻，精度是可以保证的。而其他方法若非调整不便，不适合自动化测量， 便是需测量的量太多，计算误差大，达不到精度的要求，所以本文采用改进的电 压表法进行阻塞特性的测量。 1 3 论文主要内容及结构安排 虽然市场上已经出现了不少厂家生产的阻波器自动测量产品，但无一例外地 存在测量误差偏大的问题，均达不到用差接电桥测量的精度( l ) 。以具有代表 性的江苏宏图高科股份有限公司( 原国营7 3 4 厂) 通信设备分公司生产的g k 3 6 9 0 型 阻波器、结合滤波器自动测试仪为例，以下是其公布的性能指标： 测试信号源频率范围4 0 k h z 5 0 0 k h z ，最小频率间隔( a f ) l k h z ； 频率误差3 1 0 r 6 1 h z ： 在全频段范围内，可选择点频或扫频方式测量； 阻塞电阻( 砖) 测量范围：4 0 q 4 k 0 ，误差5 ； 阻塞阻抗( z ) 测量范围：4 0 0 4 k o ，误差5 ； 采用矢量检测、对数压缩、数字直接合成( d d s ) 等国际先进技术，专为测 量阻波器、结合滤波器的高频特性而设计的智能型、全数字化仪表，比传 统的电桥法测量，具有快捷、准确、操作简便等特点。 可见其精度远达不到差接电桥法的水平。 另外，阻波器工作在有强电场干扰的变电站内，除了工频干扰之外，由于电 晕以及各种电气设备的电磁辐射的影响，在整个工作频带内还存在着大量的噪声 干扰。阻波器的强流线圈体积大，更易于被电磁场所感应，在测量的某些频段， 有用信号很可能被各种噪声所淹没。针对阻波器这种恶劣的测量环境，需要一种 能够克服噪声影响的新型测量仪器。 本论文力求在抗干扰能力和精度上有所突破，利用相关检测原理结合d s p 技 术精密测量高频电力阻波器的阻塞频率特性，并利用d s p 处理器自带的定时器输 出的稳定方波信号所具有的丰富谐波来代替振荡器作为信号源，同样可以覆盖整 个测量频带，使系统结构更加简单且易于调试。实验结果证实该测试仪可以达到 优于l 的精度。 全文共分为六章，其结构安排如下： 第一章绪论。 介绍了阻波器在电力系统中的使用情况及其测试方法，测量仪器的研究现状 r 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 以及论文的研究意义、主要内容及结构安排。 第二章相关检测原理及其算法分析。 系统阐述了相关检测原理及其在阻波器测量中的应用。 第三章阻波器测试仪的硬件设计与实现 对阻波器测量仪的硬件系统进行了研究，给出了各部件的器件选择，并针对 线路板的制作给以说明。 第四章阻波器测试仪的软件设计。 给出程序流程图，并对主程序和中段处理程序的设计进行了详细的讨论。 第五章实验结果及分析。 给出了实验数据并进行了误差分析。 第六章结论及展望。 对全文所做研究内容进行7 总结，并对今后需要进一步开展的研究工作做了 简单展望。 郑州大学工学硕士论文 第二章相关检测原理及其算法分析 以一种具有典型参数的定k 型宽带调谐阻波器来进行算法分析及m a t l a b 仿 真。图2 1 ( f i g 2 一1 ) 是其以改进的电压表法进行高频参数测量的电路接线图。其中， 厶，q 、厶、巴、马构成阻波器，r 2 是外接电阻，f 为振荡器。 l l 图2 1 测量示意图 f i g 2 - im e a s u r i n gd i a g r a m m a t i cs k e t c h 图中砘、群：分别为加在阻波器和外接电阻两端的瞬时电压，取关联参考方向。 事实上，如果能精确测出加在阻波器两端的电压和流过阻波器的电流的幅值及两 者之间的相位差，那么阻波器的阻抗值和电阻分量就可以很容易求出，而流过阻 波器的电流可通过测量加在和阻波器串接的外接电阻( 为了计算方便，一般取 l o o q 或l k q ) 两端的电压间接得到： ， 乙=r(2-1) r = z b c o s ( 吼- 仍) ( 2 2 ) 其中，u i 、u 2 分别为h 。、 ：的幅值，魏、纯分别为嘶、“：的初始相位。 获取电压幅值和初始相位有模拟和数字两种方法，模拟方法实现简单，但精 度较差，也不灵活，这里主要介绍数字的方法。 2 1 相关检测原理介绍 电力线高频阻波嚣阻塞特性数字测试仪研究 自然界中有用信号总是混杂有不同程度的噪声，相关检测方法正是一种适用 于噪声环境的测量方法。 设x ( o 是伴有噪声的周期方波信号，其可表示为： 三 x ( t ) = “o ) + f ( f ) = 艺a ks i n ( k c o o t + q o k ) + e ( t ) ( 2 3 ) k f f i l 其中，“( ，) 为均值为0 的标准方波信号，可分解为基频的各次谐波之和，p ( f ) 为均值为0 的高斯白噪声。 为避免频谱混迭。信号应经滤波变为满足奈奎斯特定理的带限信号。利用同 步采样防止频谱泄漏，假设每周期采样次，得到的序列为： m 颤栉) = 甜( 帕+ p ( 砷= 4s i n ( 2 m n n , + 仍) + p ( 而 ( 2 - 4 ) m 引入频率为方波序列甜( 力的k 倍的参考正弦序列： y kl 哪2 以s i n ( 2 破n v ，ju ，j 利用各次谐波的正交性，可得到各次谐波与待检信号之间的相关函数为： 8 m ( 册) 2 熙专萎 & s n 【2 廨o + 肼) 7 以】【荟m4 s 抽( 2 砌7 m + 仍) + p ( 厅) b = l = 兰! 墅c ( 2 疵r a n , 一纯) + r 。( 肼) ( 2 6 ) 由于参考序列儿o ) 与随机噪声序列口( 帕互不相关，所以伽) = o ，于是有： ( 搠) = - 竽c o s ( 2 d o n n , 一纯) ( 2 7 ) ( o ) = 竽c o s 败 ( 2 - 8 ) 引入与y 。o ) 正交的序列： 缸( 力= 毋c o s ( 2 砌，j )( 2 9 ) 同理可得 郑州大学工学硕士论文 k ( o ) = 竽s n 依 以c o s 伊产2 k ( o ) 峨 a ks i n e 产2 8 ( 0 ) ，b k 该次谐波分量可用向量表示为 玩= 4 c o s 佟+ j 4s i n q ，, = 2 墨l ( o 壤+ j 2 足h ( o ) b k ( 2 l o ) ( 2 - 1 1 ) f 2 - 1 2 ) ( 2 1 3 ) 由以上分析可知，利用参考信号与待检信号具有强相关性、参考信号又与随机噪 声相互独立、互不相关的性质，可以减少甚至去除噪声对测量结果的影响。 相关检测方法的测量误差主要取决于样本的容量和采样的精度1 3 】。 2 2 相关检测原理在阻波器测试中的应用 由于各次谐波的情况相似，而且各次谐波经过线性系统的响应遵从叠加原理， 以下只考虑基波的情况。 如图2 - l i g 2 i ) ，假设 蚝= u is i n ( c o d + 吼)( 2 1 4 ) u 2 = u 2s i n ( c o o t + 仍)( 2 1 5 ) 采样后的数字序列为： “l ( 竹) = u 1s i n ( 2 7 m ，+ 识)( 2 - 1 6 ) ”2 ( ，1 ) = u 2s i n ( 2 a n 虬+ 仍) ( 2 1 7 ) 参考正交正弦函数序列用计算机产生，以表格形式存储在程序存储器内，分别 为： p 1 ( 抖) = u os i n ( 2 月n j )( 2 1 8 ) p 2 ( 功= u o c o s ( 2 ：m )( 2 1 9 ) 按以上方法可求得 【= 丛警塑( 2 - 2 0 ) 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 u：型堡!盟2 砜 u = 半 即协仍= 警 啪= 警 岫仍= 警 铲象圳。 u 1 ( 2 - 2 城 ( 2 2 2 ) ( 2 - 2 3 ) ( 2 - 2 4 ) 佗- 2 5 ) ( 2 - 2 6 ) 伽觇刊= 等= 业坐篇半 ：；堡! ! 竺堡! ! 竺：堡! ! ! ! 垒! ! 竺( 2 - 2 7 ) = - ；= = = 圭= = = = = = = ；= = = = ，；= i = = = = = = ；i = = = = = = ： ( o ) + 。( 0 ) 屹( o ) + 8 乙( o ) r 。z 。c o s 渤一仍) ：墨! 生攀! 垄些三丝竺兰盟(2-28)b 222 2100 = z 6c o s 觇一绝) = 坠 娄兰兰竽兰丝二二 ( 2 - 2 8 ) r 乏q 【o ) + 只厶( o ) 由此可见，测量的精确度受与阻波器串联的电阻的影响较大，应选用精度高、 温度系数小的标准无感电阻。或用标准电阻进行校i - f 3 i 。 m a t l a b ( m a t r i xl a b o r a t o r y ) 是m a t h w o r k s 公司开发的、目前国际上最具影 响力、也是最有活力的科学与工程计算软件。它提供了强大的科学运算、灵活的 程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口 的功能。由于它具有强大的计算和绘图功能、大量稳定可靠的算法库和简洁高效 的编程语言，已成为数学计算工具方面事实上的标准【1 2 l 。以下是用m a t l a b 6 5 的 m 文件编辑器编写的函数文件，以文件名w a r m e r m 存储在m a t l a b 程序的w o r k 文 郑州大学工学硕士论文 件夹下，用于验证以上算法： 一一一一一- - f u n c t i o n 【b l ，b 2 - - w a r m e r ( f , q ，q l ，n s ) w a r m e r ( f , q ，q l ，n s ) ；f 开始频率，k h z ； q ：总采样点数；q l ：每周期采样点数；n s ：噪声水平； h = f ：2 + f ：2 9 n = l e n g t h ( h ) ； b l - - - z e r o s ( 1 ，q ) ；b 2 = z e r o s ( 1 ，o j ； r l = z e r o s ( ! ，1 5 ) ；r 2 - - o s ( 1 ，1 5 ) ；z l = z e r o s ( 1 ，1 5 k f o rk = l ：n 【k 1 ，k 2 ，r l ( k ) ，z l ( k ) - - w a r m ( h ( k ) ，f , l ，0 5 ，4 5 0 ，1 0 0 0 ，q ，q 1 ) ； b l = b l + k l ；b 2 = b 2 + k 2 ； e n d b l = b l + n s + r a n d n ( 1 ，q ) ；b 2 = b 2 + n s r a n d n ( 1 ，q ) ； d e l t a = l 陀0 4 8 ； b 1 = r o u n d ( b 1 d e l t a ) d e l t a ；b 2 - - r o u n d ( b 2 d e l t a ) d e l t a ； n = 0 ：q - i ； f o ry = 1 ：2 ：2 9 ， u r = e x p ( - j 2 p i + y q 1 n ) ； u l = b l u r t q + 2 ；u 2 = b 2 u e q 2 ； r 2 ( + 1 ) 2 一 e a l ( u l u 2 ) + 1 0 0 0 ； z 2 ( 0 + 1 ) 2 ) = ( ( r e a l ( u l u 2 ) + 1 0 0 0 ) 2 + ( i m a g ( u l u 2 ) + l o o o ) 2 ) “o 5 ； e n d f i g u r e ( 1 ) ；s u b p l o t ( 1 ，2 ，1 ) ；p l o t ( h ，r 1 ，h ，r 2 ，) ； t i t l e ( 。r e s i s t a n c ec o m p o n e n t - f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c ) ： x l a b e l ( f - k a z g ；y l a b e l ( r b ：o ； l e g e n d ( - ：r e a lv a l u e , ：m e a s u r e m e n tv a l u e g ： s u b p l o t ( 1 ，2 ，2 ) ；p l o t ( h , z 1 ，h ，z 2 ，) ； t k l e ( i m p e d a n c e f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c 3 ； x l a b e l ( f k i - i z g ； y l a b e l ( z b ：n ； l e g e n d ( 一：r e a lv a l u e , ：m e a s u r e m e n tv a l u e g , f i g u r e ( 2 ) ；s u b p l o t ( 1 ，2 ，1 ) ； p l o t ( h ，( p d - r i ) r i 1 0 0 ，h ，( z 2 - z i ) z i 1 0 0 , - 9 ； t i t l e ( r e l a t i v ee r r o r - f r e q u e n c ye h a r a c t e r i s t i e g ： x l a b e l ( f ：k n z ) ：y l a b e l ( r e l a t i v ee r r o r ：1 ； 14 电力线高频阻波嚣阻塞特性数字测试仪研究 l e g e n d ( 一：r be r r o r 。, ：z be r r o g ) ； s u b p l o t ( 1 ，2 ，2 ) ； p l o t ( h ，r 2 r 1 ，h ，z 2 - z i9 9 , - ； t i t l e ( e r r o r - f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c 3 ； x l a b e i ( f ：妞力；y l a b e l c r e l a t i v ee r r o r ：q ) ： l e g e n d ( - ：r be r r o r , ：z be r r o r ) ： r - 一 f u n c t i o n 【u l ，u 2 ，r , z - - w a r m ( f , f l ，l l ，l 2 ，c 1 ，c 2 , l q ，n 1 ) w a r m ( f , l ! ，l 2 ，c i ，c 2 ，n , n i ，” f o r m a tl o n g n = n + 1 0 0 0 ；f = f f l 0 0 0 ； l l = l l 1 0 - 3 ；l 2 = l 2 + 1 0 - 3 ；c 1 = c 1 1 0 - 1 2 ；c 2 = c 2 1 0 - 1 2 ； x l = i ( 2 + p i f l 2 - 1 ( 2 p i + f c 2 ) 卜9 1 0 ； g 2 = i 。( 2 p i f c 1 一i ( 2 + p i + p l l ) ) ； c f - g 2 + i x i ；x = i g ；r - - r e a l ( x ) ； 2 r - 0 艮 2 h i m a g 。( ) ) 2 ) a 0 5 ； n = o ：n o l ； u 0 = f l f * c o s ( 2 + p i f f f l n 1 n ) ； x 2 f 1 0 0 0 ( 1 0 0 0 + x ) ； u 2 = u 0 。r e a l ( x 2 ) - ( i m a g ( x 2 ) ) n 肿s i n ( 2 p 伽瓜1 + n ) ； u l = u o u 2 ： ，0 一一一一一一一 图2 - 2s n r - - 2 0 d b 时的阻塞频率特性 f i g 2 - 2f r e q u e n c yb l o c k i n gc h a r a c t e r i s t i cw h i l es n r - - - = 2 0 d b 15 郑州大学工学硕士论文 嘏 。 罢 童 c l 邑 蔓 e r m m q u e n c yc h a c a c t e n n i c 。 图2 - 3s n r - = 2 0 d b 时的误差频率特性 f i g 2 - 3e r r o r - f r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i cw h i l es n r - 。2 0 d b 打开m a t l a b 6 5 ，在命令输入提示符后输入命令w a r m e r ( 2 0 ，3 2 7 6 8 ，1 2 8 ，0 1 ) 回 车，运行后出现如 虱2 - 2 ( f i g 2 - 2 ) 和图2 3 ( f i g 2 - 3 ) 所示结果。 再在命令输入提示符后输入命令w a r m e r ( 2 0 ，3 2 7 6 8 ，1 2 8 ，0 0 1 ) 回车，运行后出现 如 2 - 4 ( f i g 2 - 4 ) 和图2 5 ( f i g 2 5 ) 所示结果。 图2 4s n r = 4 0 d b 时的阻塞频率特性 f i g _ 2 4f r e q u e n c yb l o c k i n gc h a r a c t e r i s t i cw h i l es n r = 4 0 d b ；n*p。w#女m8f&p“ii 电力线高频阻波器阻塞特性致字测试仪研究 图2 - 5s n r = 4 0 d b 时的误差频率特性 f i g 2 5e r r o r - f i c q u c n c yc h a r a c t e r i s t i cw h i l es n r = 4 0 d b 由以上仿真结果可以看出，误差随着频率的增大而增大，这是由于高次谐波 分量振幅递减所引起的。随着信噪比的增大，误差将显著下降。 郑州大学工学硕士论文 第三章阻波器测试仪的硬件设计与实现 本测试仪由电源部分、微处理器、随机存储器、控制逻辑、抗混迭滤波器、 a d 转换器、键盘和l c d 显示器组成。图3 - 1 ( f i g 3 1 ) 是其原理方框图。 图3 - 1 测试仪组成 f i g 3 1m e a s u r i n gi n s t n n n e n tc o n s t i t u t i o n 3 1 测试仪工作原理 测试仪上电后，首先由主程序读键盘操作，由键盘输入必要的初始化值。若 开始键动作，则c p u 初始化定时器产生测量及同步采样所需频率的方波信号，延 时启动a d 转换器采样，并把转换得到的数据以中断方式读入c p u 进行计算和处 理，结果以一定的格式驱动l c d 显示器显示。各部件的片选由1 片g a l l 6 v s 负 责。测试仪电路原理示意图如图3 - 2 ( f i g 3 - 2 ) 。 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 图3 - 2 测试仪电路图 f i g 3 - 2m e u r i i 唱i n s m e n tc i r c u i td h g r a m 其中u l 是数字信号处理器s p ) ，u 2 是随机存储器，u 3 是由运算放大器及阻 容元件所组成的6 阶低通滤波器，u 4 是双运算放大器，u 是a d 转换器，u 6 是逻 辑门阵列，u 7 是l c d 显示模组，u 3 是键盘。 3 2 各都分器件的选用及设计 元件的选用是以性价比高、实现方便为原则的，同时考虑了系统的易扩充性。 3 2 1 微处理器 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 是美国德州仪器公司推出的具有1 4 4 个引脚的1 6 位定点数字 信号处理器d s p 这款芯片具有以下特点： 采用高性能静态c m o s 技术，供电电压仅为3 3 v ，减小了控制器的功耗； 郑州大学工学硕士论文 最高4 0 m i p s 的执行速度使得指令周期仅为2 5 n s ，具有较强的实时处理能力。 基于t m s 3 2 0 c 2 x xd s p 的c p u 核，保证了与上代产品的兼容性。 片内集成了高达3 2 k 字的f l a s h 程序存储器，2 5 k 字的数据，程序r a m ， 其中双口r a m ( d a r a m ) 5 4 4 字，单口r a m ( s a r a m ) 2 k 字。 两个事件管理器模块e v a 和e v b ，每个包括：两个1 6 位通用定时器；8 个1 6 位脉宽调制( p w m ) 通道；可编程的p w m 死区控制；3 个捕获单元；片内光 电编码器接口电路；a d 转换器同步触发。 可扩展的外部存储器共1 9 2 k 字空间：6 4 k 字程序存储器空间；6 4 k 字数 据存储器空间；6 4 k 字i o 寻址空间。 看门狗定时器模块( w d t ) 。 l o 位a d 转换器最小转换时间5 0 0 n s ，可选择由两个事件管理器来触发两 个8 通道a d 转换器或一个1 6 通道a d 转换器。 控制器局域网络( c a n ) 2 0 b 模块。 串行通信接n ( s c o 模块。 1 6 位的串行外设( s a d 接口模块。 基于锁相环的时钟发生器。 高达4 0 个可单独编程或复用的通用输入输出引脚( g p i o ) 。 5 个外部中断。 电源管理包括3 种低功耗模式，能独立地将外设转入低功耗模式。 t m s 3 2 0 系列d s p 具有灵活的指令集，改进的并行结构，在一个周期内可完 成一次乘法和加法操作，具倒位序功能，适于信号处理与控制应用n 3 2 2 外部扩展数据存储器 选用两片i n t e g r a t e ds i l i c o ns o l u t i o ni n c ( i s s d 公司的6 4 k 字i s 6 1 l v 6 4 1 6 存储 器，一片作为外置程序存储器，另一片作为外置数据存储器，用来存储a d 转换 结果。该芯片具有以下特点】： 速度快，访问时间可选，有8 、l o 、1 2 和1 5 n s 四种： 采用c m o s 技术，功耗低( 7 5 m 9 0 ； 与r r r l 电平兼容； 3 3 v 单电源供电； 高低字节可控制： 三态输出。 3 2 3 控制逻辑 电力线高频阻波器阻塞特性数字测试仪研究 外部设备的片选用g a l 器件来实现。通用陈列逻辑o a l ( g e n e r i ca r r a yl o g i c ) 是采用先进的e 2 m o s 工艺制造的大规模专用数字集成电路，是专用集成电路a s i c 的一个重要开支。g a l 器件具有高速、低功耗、用户可反复编程及结构灵活等特 点同时，c m o s 工艺使得输入阻抗很高，要求的输入驱动电流大大低于普遍双 极型器件，使驱动电路可有很高的扇出系数，而电平可与t 几电路兼容。本系统 采用l a t t i c e 公司的g a l l 6 v 8 逻辑阵列来控制l c d 显示器、a d 转换器等外部 器件的片选。g a l 器件在使用前必须编制通用编程器可识别的j e d e c 文档，然后 才能由编程器写入，完成预定的逻辑功能。这里用p r o t e l 9 9 s e 软件提供的p l d 设 计工具来制作j e d e c 文档，具体过程如下： a 打开p r o t e l 9 9 s e ； b 创建l i n c t r a p 数据库； e 打开该数据库的d o c u m e n t s 文件夹，点击鼠标右键，选择n e w ，用p l d - c u p lw i z a r d 向导建立l i n c t r a p p l d 文件，按设计要求填入以下内容： n a m ec o n t r o ll o g i c ： p a r t n op l d 0 1 ； r e v i s i o n l ； d a t e2 0 0 6 - 1 0 - 2 4 ； d e s i g n e rz h a n g g u o z h i ； c o m p a n yz h e n g z h o uu n i； a s s e m b l y； l o c a t i o n ； d e v i c e 9 1 6 v 8 ； f o r m a t ； ， + + + t h i sp l d d e s i g n ( r e v i s i o nn c