在電力系統中，變電站承擔著電網運行中電能的轉換、分配、控制以及管理的任務，在電網安全與系統經濟運行方面發揮著至關重要的作用。為了保障整個電力系統運行的安全性、可靠性與經濟性，調度監控中心必須準確地掌握整個系統的運行狀態，能夠及時對監測到的數據進行分析，以便快速做出正確的判斷及決策。
    變電站的監視控制系統完成對變電站內數據采集與控制，是變電站綜合自動化的重要組成部分。而數據采集系統是變電站的監視控制系統的中心環節,也是最基礎的部分，其采集量的實時性、精度與準度對配電自動化起著決定性的作用[1]。本文設計了采用DSP作為采集器系統的主要核心處理器，并在DSP內部嵌入μC/OS-II實時操作系統實現數據的同步采集和傳輸，較好地滿足了系統高實時性和精度的要求。
1 采集器整體設計思想
    采集器硬件電路的總體架構如圖1所示,主要由DSP、CPLD、A/D采樣保持器、外擴Flash、信號調理電路和電源等部分組成。從一次側設備中的PT/CT采集過來的電流及電壓信號[2]，通過光耦隔離進行變換后，再經過二階濾波器進行濾波傳送至A/D轉換電路，A/D轉換電路輸出數字信號至DSP，DSP對所得到的數據進行傅里葉變換,計算出電流、電壓信號量的有效值，再通過外擴的Flash存儲器對采集的數據進行存儲，同時送到串行緩沖器中等待合并器的讀取。

2 采集器硬件電路設計
2.1 采集器信號調理部分
    信號調理電路主要是對采集的數據信號進行變換和二階低通濾波。
2.1.1 電壓電流信號的電平抬升
    由于從一次側設備中的互感器副邊輸出的是交流信號,存在正負特性,而ADS8364模塊參考電壓為2.5 V，只能轉化0~2.5 V范圍內的電壓，故交流模擬量信號在采樣前需要進行信號的調理，使其波形處于0~2.5 V范圍內。本文采用運算放大器實現這一部分的處理。電路如圖2所示。

2.1.2 采集器前端濾波電路
    將三相交流電壓、電流信號經過互感器變換后的小電壓、小電流信號經過二階低通濾波器濾波，然后輸出給ADS8364模數轉換器。根據奈奎斯特采樣定理的要求,對信號的采樣速率fs要高于最高模擬信號頻率fh的2倍,通過二階低通濾波器進行濾波,截止頻率為50 Hz，保證低頻信號的頻寬。其電路如圖3所示。

2.2 ADS8364 接口電路的設計
　為了滿足系統實時性、高精度的設計要求，數據采集模塊中A/D采樣高速、多通道和同步采樣非常重要。A/D轉換器作為系統的核心器件,首先根據系統來選取16位低功耗的A/D轉換器。因此,本系統選用ADS8364模塊，能夠使系統的整體性能和精度得到保證。
   ADS8364接口電路的設計如圖4所示，在該接口電路中，接口電路的控制器主要是LC4128V，同時也是ADS8364接口電路的核心部分。控制ADS8364來選擇要轉換的數據通道,產生ADS8364的片選信號、轉換時鐘信號、轉換開始信號等是它的主要作用。當TMS320F2812寫入地址202FH時，同時外部地址總線上的寫信號XWE有效時,能夠通過內部邏輯電路產生ADS8364模數轉換器的起動信號ADCONVST，這樣才能夠進行轉換第一個6路的模擬輸入量[3]。當此6路模擬量完全轉換后， A/D模數轉換器接口控制芯片再次啟動其他的模擬量的轉換，前后兩組6路轉換的模擬量通過TMS320F2812處理器進行處理。

2.3 CPLD接口電路的設計
    在一般情況下，利用小規模邏輯器件譯碼的方法不能夠滿足DSP系統需要的時候，DSP系統需要從外部擴展快速CPLD部件來配合使用[4]。由于CPLD具有時序嚴格、速度較快、可編程性好等優點，因此CPLD適合于實現譯碼和專門邏輯電路。
   本系統采用外擴CPLD的方式來增加I/O功能，CPLD選擇Lattice公司的LC4128V。LC4128是ispMACH4000中的一種,在速度和低功耗方面都具有優良的性能,其支持的I/O電壓標準有三種：3.3 V、2.5 V和1.8 V。DSP與CPLD接口電路如圖5所示。

2.4 開關量輸入部分電路設計
    數字化變電站采集器還需要采集如斷路器、隔離開關狀態等開關量，為了使采集器與強電部分在電氣上完全隔離，故兩者之間使用光電耦合的方式連接，以提高抗干擾能力和響應速度。開關量輸入轉換部分用輸入緩沖器來對外部信號起緩沖整形的作用[5]。開關量的輸入是DSP通過選通端的控制來實現，電路如圖6所示。開關量信號通過TLP5214光電耦合器進入74LS244緩沖器緩沖后，送至DSP數據總線。74LS244芯片通過片選端接收CPLD輸出信號,并將此信號送至DSP的地址總線，即實現由CPLD輸入開關量到TMS320F2812芯片I/O空間的映射。
2.5 外擴存儲器的接口電路設計
    在數據保存方面，TMS320F2812中片上存儲僅有256 KB，還有16 KB的SRAM，無法滿足存儲數據的需要。需通過擴展256 KB SARAM和512 KB Flash ROM的尋址空間訪問外部存儲器，在系統的采集器裝置上，存儲的總容量是768 KB，能夠滿足采集器對所采集數據進行保存的需要。
    本設計選用IS61LV25616(256 K×16 bit)和SST39VF800，其主要的數據訪問時間分別是10 ns和70 ns。鑒于TMS320F2812主要采用統一尋址形式，所以選擇作為程序存儲器和數據存儲器可以直接擴展的SARAM和Flash ROM。同時，為了保存掉電不丟失系統中的數據，擴展了32 KB EEPROM,選用DS1230，32 K×8 bit, 用2片組成32 K×16 bit。外擴存儲器與TMS320F2812的接口電路，將SARAM分配在ZONE2，地址范圍為0x80000～0xBFFFF，片選信號與DSP的XZCS2相連。EEPROM分配在ZONE6,地址范圍為0x10000～0x107FFF,片選信號為CS1、CS2、CS3，外部存儲器擴展電路如圖7所示。

3 系統軟件設計
    采集器是數字化變電站系統的最底層的獨立采集處理終端，采集器的主要功能是負責對模擬量、數字量的采集及繼電器的控制(開關量的輸出)，另外需要與上層的合并器進行數據通信,主要是將采集到的數據上傳，并接收同步信號、時鐘信息，以及設置信息。
　本系統軟件的程序中將數據采集器定義為一個結構，包括相關的變量和采集器相關的操作函數，如采集器的設備號、采樣頻率、接收和發送緩沖區及A/D數據讀取、組幀、解析幀函數。數據采集及其處理部分的程序流程圖如圖8所示。

    本文所設計的數字化變電站數據采集器系統中以TMS320F2812作為主要核心處理器，并在其內部嵌入μC/OS-II實時操作系統實現數據的同步采集和傳輸，較好地滿足了系統高實時性和精度的要求。不僅減少了數字化變電站在一次側和二次側設備維修、監控等方面的費用，同時對提高整體系統運行的穩定性和可靠性等方面起到至關重要作用，是一種比較理想的智能采集系統，具有很好的發展前景。
參考文獻
[1] 沈國榮.變電站自動化發展綜述[J].江蘇電機工程，2000,12(19):1-5.
[2] 蔣衛,楊華云,江波.高壓三相組合互感器三相檢定方法及其實現研究[J].電測與儀表,2011,48(7):46-49.
[3] 宋立業,李逃昌,彭繼慎. 基于CPLD的F2812和AD7865的接口電路設計[J].電氣技術,2009(2).
[4] 崔桂磊,商建東.基于TMS320VC5410的實時信號處理系統的設計[J]. 電子工程師,2003(2):50-52.
[5] Zhou Jun, Li Zhixia, Lu Yong.The development of the on-line power quality monitoring systembased on DSP[J].Electrical Measurement and Instrumentation,2007(7).