74 电力兼自动化 2006,30(2) Timer2的周期寄存器以实时控制每个周期的各个 间隔存人通用定时器的周期寄存器中，以实时控制 采样点（零时刻除外）：捕获端口采用中断方式进行， 采样频率。PPS同时启动32位CPUTimer0(以控 其时基以DSP的通用定时器Timerl为准，理想情 制每个周期的零时刻采样点，对于32位 况下每20ms产生一次捕获中断，为防止频率捕获 CPUTimert0,在1个PPS内理论计时精度u为 遗漏，在定时器一个满数计时内要进行2个周期捕 0.233ns,但对150MHz晶振只能精确到6.67ns, 获，则对于16位的Timerl而言其定时计数器 其硬件晶振时间还有尚可利用的资源。由于每秒同 T1CNT单步计时精度可达： 步一次，因此完全可以协同GPS作为同步信号源。 {=40000=0.610 DSP定时器的周期寄存器具有2级缓存，其暂 28 (1) 存寄存器称为映像寄存器或影子寄存器(shadow 取2次捕获值之差，即可得工频周期T(T为捕 register),在一个定时周期的任意时刻都可以把一 获单元底层栈寄存器与捕获单元顶层栈寄存器之 个新的计数值写到暂存寄存器中，但不影响当前定 差，以Timerl计数值为单位，计时精度为t1 precisom)。 时器工作，只有当前定时周期结束才把暂存寄存器 设采样点数为N,计算得出的由通用定时器 的计数值加载到周期寄存器；频率每捕获一次，产生 Timer2给出的采样间隔Tna(以Timer2计数值为 中断，计算系统频率和下一个周期的采样间隔 单位，计时精度为t2)为： Iperod,并将采样间隔装载到通用定时器Timer2的 (2) 周期寄存器，以实时控制每个周期的各个采样点（零 时刻除外)；并不影响主程序中当前周期的A/D转 式中：t2preo为控制采样间隔的通用定时器Timer2 换采样间隔和周期，因此当系统频率发生变化时，采 的单步计时精度，取值为： 样间隔能在当前周期和下一个周期之间实时控制， 20000 (3) 26N 避免了因频率变化而引起的混迭现象；也满足了一 个数据窗内采样周期完整性和自适应调整采样率的 由于int()为取整函数，pre受定时器预定标 系数的影响，不能无限制地取小，故存在一定的截断 同步采样要求。 误差： 3同步相置测量算法 A-TtiprecimonN T period taprecuion (4) 可知，对于截断误差“来说，N值越大，采样间 目前常用的相量测量算法有过零检测、DT、 隔越小，其截断误差也越小。对于标准50Hz工频 卡尔曼滤波等算法。过零法的问题是过零点可能被 1个周期64点采样方案，采样周期(Timer22计数 扭曲，主要是因为谐波和噪声的干扰；卡尔曼滤波是 值)为Tr=23425,截断误差≈0.01us,这种由 线性、无偏、最小方差的实时递推滤波，但其计算量 周期误差造成的测量误差在允许的精度范围之内。 大、递推步骤多，且初始误差矩阵要经过统计计算， 对于采样间隔每单位数值的变化反映于频率的变化 在PMU中难以实现。 量为0.00003Hz。完整周期抗混迭同步采样要根 本文应用了连续数据窗的DFT计算相量的方 据系统频率的变化，调整异地同步数据窗的宽度，即 法们。其基本思想如下：一正弦信号X,每个周期 采样周期和采样间隔，异地同步脉冲由GPS的PPS 对其进行N次采样，得采样值集合{x4,=1,2,, 确定，以保证在不同系统频率偏差下都能采样到一 N),采用DFT的计算公式，其基频分量如下： 个周期的完整数据。采样脉冲发生如图2所示。 X=之x,e3 N台 (5) CPU定时器 PPS 以上是非递推DFT算法，计算量大，每个数据 D 捕获单元1 转换 要进行2N次乘法和2N-1次加法，下面的递推 通用定时器 DFT算法较为简洁。设x'是针对序列{x4,k=r, r+1,…,n十r一1}的相量，x+1是针对下一个数据 率信号 捕获单元2一PL山一周期寄存稀 窗的采样序列{xk,k=r十1，r十2，…，n十r的相量， 则x1的递推公式为： 图2同步采样 Fig.2 Synchronized sampling x+1=12 Nxs,-)e (6) 当PPS被捕获时，立即启动A/D转换，并根据 由于完整周期抗混迭同步采样方法能精确跟踪 频率信号的捕获值经动态PLL调节时钟后，将采样 频率的变化进行变间隔实时采样，因此相量信息可 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net电 力 系 玩 自 劝 快 , 的周期寄存器 以 实时 控 制 每 个 周 期 的各 个 采样点 零 时刻 除外 捕获端 口 采用 中断方式进行 , 其时基 以 的通 用 定 时器 为 准 , 理 想 情 况下 每 产 生 一 次捕 获 中断 , 为 防止频 率 捕 获 遗漏 , 在定时器一个满 数 计 时 内要 进 行 个 周 期 捕 获 , 则 对 于 位 的 而 言 其 定 时 计 数 器 单步计 时精度 可达 。 , 。 。 一 取 次捕获值之差 , 即可得工频周期 为捕 获单元底层 栈 寄存 器 与捕 获 单 元 顶 层 栈 寄存 器 之 差 , 以 计数值 为单位 , 计 时精度为 。 。 设采样 点 数 为 , 计 算 得 出 的 由 通 用 定 时 器 给 出的采样 间隔 。 以 计数值为 单位 , 计时精度为 。 。 为 、 一 了箕丫」』理纽竺 义丫 、 旧 式 中 标 为控制采样 间 隔 的通 用 定 时器 的单 步计 时精度 , 取值为 琦 , 涯一 一 由于 为取 整 函 数 , 。 受 定 时 器 预 定 标 系数 的影响 , 不 能无 限制地取小 , 故存在一定的截断 误差 产 , 。 , 。。 一 、。 。 可 知 , 对 于 截 断误 差 产 来 说 , 值越 大 , 采样 间 隔越 小 , 其截断误差 也 越小 。 对 于 标 准 工 频 个周期 点 采 样 方 案 , 采 样 周 期 计 数 值 为 。 , 截断误差 产七 拜 , 这 种 由 周期误差造 成的测 量 误差 在 允 许 的精 度 范 围之 内 。 对 于采样 间隔每单位数值 的变化反 映于频率的变化 量为 。 完 整周期抗 混 迭 同步采样 要根 据系统频率 的变化 , 调整异地 同步数据 窗 的宽度 , 即 采样周期和采样 间隔 , 异地 同步脉 冲由 的 确定 , 以保证在不 同系统 频率 偏 差 下 都 能 采 样 到一 个周期 的完整数据 。 采样 脉 冲发生 如 图 所示 。 间隔存人通用定 时 器 的周 期 寄存器 中 , 以 实 时控 制 采样 频 率 。 同 时 启 动 位 以 控 制 每 个 周 期 的 零 时 刻 采 样 点 , 对 于 位 , 在 个 内 理 论 计 时 精 度 拌 为 , 但 对 晶振 只能精确到 , 其硬件 晶振 时 间还有 尚可利用 的资源 。 由于每秒 同 步一 次 , 因此完全可 以 协 同 作 为同步信号源 。 定时器 的周 期寄存器 具 有 级 缓存 , 其暂 存 寄存 器 称 为 映 像 寄 存 器 或 影 子 寄 存 器 , 在一个 定 时周期 的任意 时 刻都可 以 把一 个新 的计数值写到暂存寄存器 中 , 但不 影 响 当前定 时器工作 , 只 有 当前 定 时周 期 结束 才 把 暂存寄 存器 的计数值加载 到周期寄存器 频率每捕获一 次 , 产生 中 断 , 计 算 系 统 频 率 和 下 一 个 周 期 的 采 样 间 隔 、 , 并 将采 样 间 隔装 载 到通 用 定 时 器 的 周 期 寄存器 , 以 实时控制每个周期 的各个采样点 零 时刻 除外 并 不 影 响 主程 序 中当前 周 期 的 转 换采样 间隔和周期 , 因此 当系统频率发生 变化时 , 采 样 间隔能在 当前周 期 和下 一 个 周 期之 间实 时控 制 , 避 免 了因频率变 化 而 引起 的混 迭 现 象 也 满 足 了 一 个数据窗 内采样周期完整性 和 自适应 调 整采样率的 同步采样要求 。 同步相 测 且 算法 目前常用 的相 量 测 量 算 法 有 过 零 检 测 、 、 卡尔曼滤波等算法 。 过零法 的问题是过零点可 能被 扭 曲 , 主要是 因为谐 波和 噪声的干扰 卡尔曼滤波是 线性 、 无偏 、 最小方 差 的实 时递 推 滤 波 , 但 其计算 量 大 、 递推步骤多 , 且 初 始误 差 矩 阵要 经 过统 计计 算 , 在 中难 以实现 。 本文应用 了连 续数 据 窗 的 计算 相 量 的方 法口 ’〕 。 其基本思 想 如 下 一 正 弦信 号 , 每个 周 期 对其进行 次采样 , 得采样值集合 二 , 一 , , … , , 采用 的计算公式 , 其基频 分量如下 艺 一“ 赘 采 样 控 转换 制 逻 辑 叔率信号 周期寄存器 图 同步采样 如 幻 以 上是非递推 算 法 , 计算 量 大 , 每个 数据 要进行 次 乘法 和 一 次 加 法 , 下 面 的递 推 算法 较 为 简 洁 。 设 是 针 对 序 列 , , , … , 十 一 的相 量 , ‘ 是 针 对 下 一 个数 据 窗 的采样 序列 , 一 十 , , … , 的相量 , 则 叶‘ 的递推公式为 汁 一 二 已组资卫 十 附 万一 一 一 当 被捕获时 , 立 即启 动 转换 , 并 根 据 频率信号的捕获值经 动态 调 节时钟 后 , 将 采 样 由于完 整周期抗 混迭 同步采样方法 能精确跟踪 频率 的变化进行 变 间 隔实 时 采 样 , 因此 相 量信 息 可