500KV光学电压电流传感器数字信号处理系统

摘要：本文介绍了500KV的OMU中数字信号处理的新方案，该方案采用TMS320C542芯片进行信号处理。文章详细介绍了该系统的定点DSP系统的硬件设计、外围芯片设计、OMU系统软件算法。最后得出了整个OMU系统的整体性能和测试结论。

关键词：光学电压电流传感器；TMS320C542；DSP

引言

随着电力系统的容量和传输的电压等级进一步增大，传统的PT、CT因其传感机理而呈现出自身不可克服的问题，如：易受电磁干扰，体积大，重量重，造价高。

为了适应电力系统的发展，迫切需要一种新型的OCT、OVT来代替传统的CT、PT，以克服传统CT、PT的缺点，并且适应新型电站需要的新型OCT、OVT。由OCT和OVT组成的OMU（OpticalMeteringUnit）有着传统PT/CT无法比拟的优点，如：具有抗电磁干扰、绝缘性能好等优点，OCT、OVT这些优点符合未来电站、变电所发展的需要，同时OCT、OVT运行安全可靠，不会爆炸，还可以节约大量的铜和矽钢片，社会效益明显。由于OCT、OVT的绝缘结构相对简单，且随着电压等级的升高，OCT、OVT的性价比逐步升高，所以OCT、OVT的经济效应十分明显。

本文以现有的500KV的OMU为例，详细论述了光学电压电流传感器中的新型数字信号处理技术，首次将现代数字信号处理器用于该新型传感器中。

硬件

基于OMU中OCS和OVS的检测方法，和结合实际测量中的具体情况，考虑模拟电路易受环境温度和外部电磁干扰影响，我们尽可能地减少模拟电路环节，并采用TMS320C542DSP数字信号处理器作为核心处理器，以提高系统精度和稳定性。

当信号经模拟电路处理后，送至DSP，经DSP处理后，数据输出至PC机进行数据的管理，信号也可以输出至两路D/A滤波得到两路模拟输出以供互感器校验仪校验，整个DSP系统的方案设计如图1所示。

由于OMU的最后输出的检验需经过互感器校验仪进行校验，因此我们在DSP系统中设计了两路模拟输出，由于C542具有两个串口，且两个串口都可以作为标准串口使用，因此我们利用这两个串口与串行D/A进行接口，后接滤接器进行平滑滤波，得到最终的模拟输出以供互感器校验仪校验。在此D/A我们选用14位串行D/AMAX545，D/A后接的滤波器选用UAF42。

由于系统输入信号为11路模拟信号，它们分别为电压和电流传感器的两组信号和系统温度量，所以电压和电流传感头均采用双光路方案。

存贮器选用两片27C256构成32K16位ROM，又因为C542片内含有10KDARAM，这10KDAMAM相对于整个OMU数据处理系统运行所需程序和数据空间已经足够，故不需外挂高速RAM，而直接利用片内全速RAM作为程序区和数据区，这样直接提高了系统性能和稳定性。

图1DSP系统框架

系统软件设计

系统软件分为上位机和下位机两大部分，下位机以DSP为中心，采集信号，经过FIR滤波，进行有效值计算，将数据送至PC。而在上位PC机进行OCT电流和参考电流有效值二者比差计算，以及OCT光功率的计算、存储、显示。软件算法框图如图2所示。

上位机和下位机之间的通讯采用异步串行通讯传输。传输时，发送双方应按照所共同遵循的协议进行初始化。DSP对UART的初始化，主要为按照协议对8251A内部命令寄存器的初始化，在此我们采用起止式异步通信协议，选定模式为：传输速率9600B/S，1位停止位，无校验，字符长度8位，波特率系数16。

在上位机采用VB6.0软件平台设计串行通讯程序，本课题中选用了VB6.0Mscomm.VBx用户控件，使用Mscomm.VBx用户控件来进行串行通信的关键是正确设置其中的一些属性，在VB6.0中的通信程序设计中，我们设计了一个数据接收主窗口，在接收窗口中对串口进行初始化和利用定时时钟对数据进行定时查询接收。

图2软件算法框图

结论

本课题对该OMU进行了整机测试，这里以光学电压传感线性度试验为例，（实验条件：标准：升压变压器、0.05级分压器、数字万用表），其实验数据如下：

线形度图形如右图所示：（纵轴为OVT电压值，横轴为参考电压值）