基于FPGA的電網實時數據采集與控制
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隨著科學技術和國民經濟的快速發展，各種工業生產對電力系統對電能質量的要求越來越高，因此，對電網參數進行實時檢測與分析具有重要的意義。要解決電能質量問題，首先要建立電能質量各項指標的監測和分析系統，對電網中的各種指標進行實時更新測量和數據采集。傳統的電網數據采集系統往往采用單片機或數字信號處理器(DSP)作為控制器，來控制模／數轉換器(ADC)、存儲器和其他外圍電路的工作。但是，由于單片機本身的指令周期以及處理速度的影響，其時鐘頻率較低，各種功能都要靠軟件的運行來實現，而軟件運行時間在整個采樣時間中占有很大的比例，效率較低，很難滿足系統對數據采集系統實時性和同步性的要求。由于對電網的諧波進行FFT分析時，電網頻率不是一成不變的，因此，以固定的采樣頻率對電信號進行采樣時，如電網頻率發生波動，采樣頻率將不能與輸入信號同步，因而會產生頻譜泄漏。事實上，除了產生頻譜泄露以外，對于離散傅里葉變換來說，非同步采樣時，即使信號含有單一頻率，其離散傅里葉變換也不可能求出信號的準確參數，而會產生柵欄效應。
為了解決這些不足，可在數據采樣部分采用高速A／D轉換芯片ADS7864，即在數據采集的控制部分則利用FPGA(可編程邏輯器件)直接控制ADS7864對模擬信號進行采樣。然后將轉換好的12位二進制數據迅速存儲到FPGA內部的存儲器中。為了提高諧波測量的精度，還可采用硬件描述語言VHDL來設計數字鎖相環和同步被測信號，以實現對誤差的修正。控制器則根據數字鎖相環模塊檢測出的信號頻率大小實時調整A／D轉換器的采樣頻率，以同步被測信號，提高測量精度。
1設計方案
圖1所示是本數據采集控制模塊的設計框圖。圖中，數字鎖相倍頻模塊每輸出一個有效的采樣觸發信號CLK，ADC控制器就完成一次6通道的采樣操作，然后停止等待下一個觸發脈沖的到來。時鐘管理模塊的作用是利用最小系統板上的50 MHz晶振輸入，經過編程進行1000分頻，以將其轉換成50 kHz提供給AD控制器。至于雙口RAM存儲模塊，由于QuqartusII內部有一個可調用的ROM宏功能模塊，因此，在使用時，只要將其調出，并按照本系統的要求對存儲容量和地址端口進行設置，就可以作為模塊來用。
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