DPS技術在電力系統中的應用

賀紫倩

摘 要：電力系統是由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成的一個規模宏大、瞬息多變的多輸入輸出的系統，幾乎在每個環節都包含著數據的采集與傳輸。電力系統數據要求的實時性很強，不僅包括頻率，電壓，電流，有功，無功，諧波分量，序分量等，還有些采集的特征量頻率變化快而且復雜。普通的采集處理方法在實時性、數據量和計算速度方面已遠不能適應電力系統的要求，正是在這種情況下，DSP技術逐漸被應用到電力系統中。

關鍵詞：DSP；電力系統；應用；

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-09-00-01

一、DSP技術介紹

DSP（Digital Signal Processor）是在模擬信號變換成數字信號以后進行高速實時處理的專用處理器。DSP技術的實現主要基于DSP芯片，DSP芯片是基于超大規模集成電路技術和計算機技術發展起來的一種高速專用微處理器，有強大的運算功能和高速的數據傳輸能力，能方便地處理以運算為主的不允許時延的實時信號，對信號進行采集，變換，濾波，估值，增強，壓縮，識別等處理。

DSP處理器的主要特點包括：

（一）哈佛體系結構。哈佛結構是不同于傳統的馮諾依曼結構的并行體系結構，馮諾依曼結構將指令和數據存儲在同一存儲器中，統一編址；而在哈佛結構中，數據和程序存儲器在兩個分開的空間中，每個存儲器獨立編址，獨立訪問，并相應設置了程序總線和數據總線兩條總線，因此取指和執行能完全重疊進行，使數據的吞吐率提高了一倍。

（二）流水線操作。與哈佛結構相關，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執行時間，增強了處理器的處理能力。在多級流水線操作中，取指、譯碼、執行和數據存儲的操作可以并行、獨立得處理，這可使指令執行能完全重疊，從而大大提高了處理器的處理速度。

（三）內置專用的硬件乘法器。DSP芯片由于有專用的硬件乘法器，乘法可在一個指令周期內完成，這可以大大縮短數據處理算法中的乘法運算時間。這對于電力系統自動化裝置的設計來說非常重要，因為在裝置軟件中，對數據的處理算法（如電力系統中常用的傅式算法）中就有很會用到大量的乘法運算。若能縮短每條乘法指令的運算時間，就可以大大節省程序運行時間。

在電力系統自動化裝置中，對主控制器的要求主要體現在運算速度、數據處理能力以及復雜算法的實現能力等，而對事務管理能力以及低功耗的要求并不高。綜合考慮各種要求，電力系統自動化裝置選用DSP作為處理器[2]。

二、DSP技術在電力系統中的應用

（一）DSP技術在電能質量監控中的應用。電能同其它產品一樣，也有嚴格的質量標準，這些標準主要體現在電壓、頻率和波形三個方面。一旦發現各質量指標不符合規定和要求，可以根據不同的需要發出告警信號、引起上位機中斷或直接進行相應控制等。在電能質量監測裝置中可實時監測諸多參數，規程要求的高次諧波的次數為29次，根據奈奎斯特定理，采樣率至少要達到29×2×50=2900Hz，，這樣高的采樣率最好用專門的DSP芯片來實現[3]。

另外，當配電網發生故障或有些節點突然投入大負荷時，會引起較大的電壓凹陷，并會持續一定的時間，這需要我們根據其電壓降低程度實時快速地進行補償。DSP技術又將在其中發揮不可替代的作用，如小波方法對奇異點的檢測，DSP芯片的高速計算和反饋控制?？梢哉f，電能質量控制是DSP技術在電力系統中應用的一個最佳結合點。

（二）DSP與電力電子技術相結合應用于電網諧波抑制和無功補償。無功功率補償對觸發時間和算法的快速性有著較高的要求，DSP技術和芯片在這里能發揮巨大作用。將DSP與電力電子裝置的控制聯系起來，發揮其控制靈活、實時性強的特點，就可以很好地實現諧波抑制。在電力系統中應用電力電子裝置無功控制的同時，不可避免地會在電網中產生諧波污染。解決這個問題的一種途徑是裝設有源濾波裝置對諧波進行合理補償。基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法需要進行大量實時計算，DSP芯片可以充分發揮高速實時運算。另一種解決辦法是改進電力電子裝置，使其不產生諧波且不消耗無功功率，或根據需要控制功率因數。這種方法可使用大容量變流器采用多重化技術，將多個方波疊加以消除低次諧波，從而得到接近正弦波的階梯波[4]。

兩者相比，采用改進電力電子裝置的方法，實現諧波抑制和無功補償更為有效。不過，這兩種方法都表現出了對DSP技術的需求，這種需求，必然促進DSP技術與電力電子技術結合應用的光明前景。

（三）DSP在繼電保護中的應用。目前，微機繼電保護產品在電力系統中得到了廣泛的應用，大大提高了電力系統供電的安全性和可靠性，促進了電力系統自動化的發展。然而，到目前為止，應用于我國電力系統的微機保護產品采用的單片機對非正常運行條件下的系統參數測量，在速度和精度上無法滿足要求?；贒SP技術的數據采集和處理系統由于其強大的數學運算能力和特殊設計，都使得它在繼電保護方面的實現上得心應手。小波變換的分析方法就是DSP技術在電力系統暫態控制的應用中的具體實踐。

（四）DSP在電力系統微機故障錄波裝置中的應用

故障錄波器可以記錄因短路故障、系統震蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動引起的系統電流、電壓及其導出量，如有功、無功及系統頻率的全過程變化現象，是分析系統故障的重要依據。因此，豐富詳盡的現場實測數據尤其是故障或非正常狀態下的數據，具有越來越重要的價值。DSP技術以其高速運算功能和數據處理功能，在故障錄波器中發揮著不可小視的作用。

三、結束語

本文通過對DSP技術及其在電力系統中的應用做的敘述與探索，對DSP在電力領域中的應用產生極大的信心。隨著DSP技術的新發展，相信會有更新的技術融入到電力系統的理論與實踐中去，這無疑會給電力領域帶來機遇與挑戰，讓電力系統的發展越來越完善和造福社會。

參考文獻：

[1]李國湘等.DSP技術在電力系統數據采集及處理中的應用[D]. 天津理工大學. 2005 （04）

[2]崔學深等. DSP技術在電力系統中的應用和硬件實現方式[J]. 現代電力. 2002 （02）：36-40

[3]羊劍等.嵌入式平臺和DSP技術在電力監控系統中的應用研究[J]. 電氣應用. 2005 （24）：57-60

[4]藺祥宇.基于DSP的電力系統故障錄波器的數據采集與傳輸研究[D].北京交通大學. 2006