畸变信号条件下电能量实验仪设计(2)
2.1 ARM软件设计
ARM子系统的软件设计功能模块如图4所示,它主要由设备驱动模块、译码模块和图形界面模块等几个功能模块组成.系统各模块在Linux的统一控制管理下有效地协调工作.ARM处理器端主要是运行Linux的操作系统,同时嵌入QT/Embedded图形界面系统.使用C++编程实现该图形界面系统,通过图形界面系统实现人机交互,最终显示处理后的数据及波形.无需键盘和鼠标,系统运行后图形界面的操作全部由触摸屏完成.
2.2 DSP的软件设计
2.2.1
DSP软件算法
本文应用小波分频带功率测量算法实现畸变信号条件下的电能的合理计量.由功率潮流分析的结果可得畸变信号条件下合理计量功率P为: 式中:P,为基波电压与基波电流产生的功率;PIS为基波电压与畸变电流产生的功率;PIS为畸变电压与基波电流产生的功率.Pa为计量节点a处的实测功率;PS为Pa中的畸变功率.
由式(5)可知,实现畸变信号下电能计量只需要分解与重构畸变电流、畸变电压信号,根据小波变换原理与各电网信号的具体情况,把不需要的小波系数置成零,这样,就得到了重构信号的小波系数,进一步得到畸变信号u'S(t)、i'S(t).
南初始采样值可得
最后,利用式(5)计算出用户合理计量的功率.
2.2.2 DSP软件实现
实验仪的DSP核主要由DSP/BIOS操作系统控制,承担的主要功能是与ARM端的数据传递、小波分频带功率测量算法的实现及各项功率值计算,它可以单独验证某一阶段算法的有效性,也可以一次性处理所有阶段的验证.系统初始化后,ARM采集数据并发送给DSP时,ARM先将数据存放在共享内存中,通过DSPLINK向DSP发出中断,DSP收到中断后开始执行程序,DSP从共享内存中读出数据进行电压、电流的小波分解与重构运算以及功率值计算.当DSP进行小波分频带功率测量算法后,会中断ARM读取处理后的数据结果.DSP主程序流程图如图5所示,
其中针对小波分频带算法,编写了电能计量算法函数库,包括小波分解函数、小波重构函数以及各个功率计量函数,以满足不同畸变信号条件下的应用要求.还编写了中断处理函数、数据接收分类处理等辅助函数,在进行应用程序开发时就可以直接调用电能计量控制函数库中的函数,这样使程序模块化减少了重复编写代码段的工作,同时增强了程序的可读性与可移植性.
2.3 双核间通信
基于DM3730处理器的双核通信软件系统调用由DSPLINK来完成,DSPLINK提供一套通用API,从应用层抽象出ARM与DSP的物理连接特性,进而降低用户开发的复杂度.
图6 DSP/BIOS LINK的软件体系结构图
DSP/BIOS LINK的软件体系结构图如图6所示,图中在DSP端用DSP/BIOS来支持畸变信号条件下电能计量算法的运行,在ARM端OS用Linux来支持其对系统外设的管理.DSPLINK作为嵌入式Linux操作系统的设备驱动程序,管理ARM端和DSP端应用程序的交互,从而实现DSP核资源的管理和利用.
3 实验结果
3.1 直流、谐波和间谐波信号实验结果
半导体整流信号中含有直流、谐波及问谐波,调制信号a(t)为为阶跃信号,
由模拟电网信号发生器输出的半导体整流信号的电压、电流信号如图7中(a)、(d)所示.
在实验仪上进行功率分解测量实验,图7 rf,(b)、(e)是经dB40小波分解重构的基波电压、电流信号,(c)、(f)为重构的畸变电压电流信号,根据重构的信号计算各项功率值,结果如表l所爪.
表1结果表明在此硬件平台上测量的各功率潮流方向与理论分析结果相同,验证了畸变信号条件下电能合理计量方法的正确性.同时,测试了C代码实现功率分解测量算法的运行时问为2054μs,说明该算法满足实时性的要求.
3.2 连续频谱信号实验结果
设a(t)为连续频谱信号
其他其中t0为a(t)出现的时刻,
在实验仪上对此电压和电流信号进行数据处理得到各项功率值,图8中(a)、(d)是由模拟电网信号发生器产生的连续畸变信号的电压信号、电流信号;(b)、(e)是经dB40小波分解重构的基波电压、电流信号,(c)、(f)为重构的畸变电压电流信号,根据重构的信号计算各项功率值,结果如表2所示.
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