谐波是电力系统的一大公害,消除谐波污染,把谐波含量控制在允许范围内,已经成为主管部门和用电单位的共同奋斗目标。而要消除电网中的谐波,首先就要对谐波进行准确测量,谐波测量工作已经越来越引起人们的关注[1]。A/D转换电路是电力系统谐波测量中必不可少的一个重要环节,是电力系统谐波测量系统前端的核心。
FPGA因具有强大的逻辑控制能力、高速的运算能力、灵活的可编程性,已经越来越多的被用于各种数字系统。在FPGA内部一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA模块来实现数字信号处理可以很好地解决并行和顺序性的矛盾,直至速度问题,而且其灵活的可配置性,使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改,易于测试及硬件升级。在QUARTusII开发软件中用Verilog HDL硬件描述语言能够很容易进行逻辑电路设计,并且在FPGA中可以实现用硬件进行配置,可有效降低软件运行时间和软件设计复杂程度[2]。因此,FPGA非常适合在电力系统谐波测量系统中作为核心器件。
本文中采样电路选用AD73360,在QuartusII中用Verilog HDL硬件描述语言实现了AD73360及VGA与FPGA的接口设计,最后通过实验验证了设计的正确性。
1 系统总体方案
系统以ALTEra公司的DE2开发板为平台,系统框图如图1所示。信号采集单元核心器件为电压、电流互感器。互感器将待测高压、大电流信号线性转换为合适的微弱电压信号,该微弱电压信号经信号调理电路放大为合适的电压信号,经低通滤波电路滤除高于2 500 Hz的高频噪声,然后送到A/D转换单元进行A/D转换,转换后形成数字信号存储到存储器中,再送到FFT处理单元进行快速傅里叶变换,变换后得到的数据再储存到存储器中,再进行一系列相关运算,如:谐波电压含有量、谐波电流含有量、各次谐波电压含有率、各次谐波电流含有率等,最后经VGA进行显示出波形和相关数据。
2 AD73360的配置[3]
2.1 A/D电路设计
A/D电路如图2所示。A/D电路可分为以下三个部分。