本帖最后由 tyw 于 2010-9-7 13:32 编辑
关于ADE7758校准的研究.zip
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基于ADE7758的风力机电网测量系统设计与校准.pdf
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基于线周期累加法的ADE7758校准系统的设计
引言:
电能表作为电能的计量工具,最重要的是其计量的准确程度,电表的精度除了来源于自身的设计以外,还取决于成品出厂前的校准。作为一个测量系统,它在正常工作之前都应当经过严格的校准流程。以前的同类系统由于测量芯片的集成度不高，所以芯片外围必须设计模拟校准电路，采用人工调整电压或采样电阻阻值来进行校准，不仅精度不高而且费时费力。ADE7758是美国ADI公司推出的三相高精度多功能电能计量芯片,它内部集成了完全的数字校准电路，这使整个电能表的参数校准过程完全可以通过软件控制。对于ADE7758的校准有两种方法可供选择：①利用ADE7758的校表脉冲输出APCF/VARCF通过校表台来校准ADE7758，这种方式最为常用，一般生产厂家也都具备这些条件，但这种方式的缺点就是效率较低。②利用精密基准源，设置ADE7758工作在线周期累计模式。可以同时校准三相的功率偏差、相位偏移以及电压电流增益。这种模式的优点是效率高，校准快。本文主要研究讨论了使用ADE7758的线周期累加法进行校准的原理和流程。
1、校准原理
电能表作为电能的计量器具,最重要的是其测量的精度.实际应用中,我们用基本误差来衡量电能的测量精度.所谓基本误差就是在规定的测试条件,测试范围以及规定的接线方式下,系统测量所出现的误差.可以表示为:
r=
MC为测量值，MR为实际值。
ADE7758通过检测信号的上升沿过零记录信号周波数并产生过零中断, 所谓线周期累加法是指通过设置周期数,当系统记录的上升沿过零达到该数值时,即产生线周期中断,系统完成了一个线周期的计算.在这个过程中,系统的有功功率和无功功率寄存器中的数值时是整个线周期的累加和.
利用线周累加法计算有功功率和无功功率，由于是对信号的整周期进行处理，可以消除信号的正弦部分,消除在能量计算时出现的噪声,从而提高测量的精度.
E(t)=VRMS*IRMS*T;
T为累计时间.
T=
基于线周期累加法校准ADE7758,主要是通过配置线周期寄存器来选择使用线周期模式,这样在出现线周期中断后,系统开始累加计算能量值.利用线周期累加法校准ADE7758不仅可以消除能量计算中的正弦噪声,还可以同时对三相功率和相位进行校准,提高了校准的效率.
2、校准算法
(1)增益寄存器测定值可以通过以下公式求出：
增益校准主要包括电压电流增益校准,有功功率增益校准和无功功率校准.在校准有功功率和无功功率增益时,使用线周期累加法.MR为期望值，其值可用以下公式求的：
其中mc为测量常数,测试中设定mc为6400,具体意义是ADE7758的脉冲输出APCF和VARCF输出脉冲数与电能的关系,即APCF为6400imp/kwh, VARCF为6400imp/kwh.
Itest,Vnom,cos 为校准条件,其中在有功功率增益校准时Itest=1.5A, Vnom=220v, cos =1, 在有功功率增益校准时Itest=1.5A, Vnom=220v, cos =0.
T为线周期累计时间.
为APCF的分频倍数,为了满足与mc测量常数匹配,设定APCFDEN=1,APCFNUM=3730。
为VARCF的分频倍数,为了满足与mc测量常数匹配,设定VARCFDEN=1,VARCFNUM=3730。
WDIV为有功功率的分频倍数,VARDIV为无功功率的分频倍数.校准中, 为了保证在6V时功率寄存器不溢出，我们对功率进行了2分频即设定WDIV=VARDIV=2.
MC为测量植，再设定好线周期模式和线周期数并在线周期中断发生后,读取xWATTHR寄存器和xVARHR寄存器,该值即为MC.
(2)偏移寄存器测定值可以通过以下公式求出：
其中T为线周期累计时间.
CLKIN为ADE7758的外部晶振输入,系统采用10M的晶振.
Offset为在相连二个测试条件下的偏移量,其值可计算为:
I1为小电流取0.15A,I2为正常测试电流取1.5A
,xVARHR 和xVARHR2分别为线周期累加模式下测得二种测试条件下的有功功率和无功功率值.
(3)相位寄存器测定值可以通过以下公式求出：
Qa,Pa为测试条件下，三相标准源所输出的有功和无功功率值。
如果error>0,X_PHCAL=-error*23.1667*180/3.1415;
如果error<0,X_PHCAL=-error*46.3333*180/3.1415;
3、校准流程
因为ADE7758的电压增益，电流增益都会对后续的有功/无功能量有影响，所以ADE7758必须先校准电压增益，电流增益，ADE7758的校准要校准三相电压增益，三相电流增益，三相有功增益，三相无功增益，三相相位校准，视在电能门槛的校准。
校准的前提是有高精度的稳定三相信号源和标准表。稳定的信号源向系统提供给定的输出，便于在多个参考条件下完成单一参数的校准。而标准表的作用是测量信号源提供给系统的实际值，并将实际值与ADE7758的测量值进行比较，这样才可以计算出实际误差。所以信号源的稳定性和标准表的精度直接影响到系统的精度。
PC机通过串口控制三相信号源给终端系统提供相应的信号输出，并将标准表的各种参数的实际值包括电压电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数通过另一个串口发送给F2812，F2812执行校准程序根据ADE7758的测量值和标准表的实际值之间的偏差计算各种校准参数，然后在通过SPI总线将各种校准参数写入ADE7758的各种校准寄存器中。
ADE7758的校准寄存器（以A相为例）主要包括：增益校准寄存器（AVRMSGAIN、AIGAIN、AWG、AVAG、AVRG），偏移校准寄存器（AVRMSOS、AWATTOS、AVAROS），相位校准寄存器（APHCAL）。增益校准主要用于校准由于电阻分压器，电流互感器的实际参数与设计参数不同以及有A/D变换器引入的幅度上的误差。偏移校准用于校准电压互感器和电流互感器低端非线性引入的误差，该误差可以通过在测量结果上加上一个很小的偏移量来校准。
相位校准用于校准电压通道和电流通道之间由于互感器引入的误差。
4、 问题探讨
在实际应用中，我们发现和解决了ADE7758一些问题。
（1）ADE7758电压输入通道,在没有信号输入的情况下,有较大显示值，如将输入通道对地短接,此值将更大。所以在用ADE7758自身校准系统进行校准将严重影响线性。发现原因是因为该零点显示电压并不与输入信号电压完全叠加。ADE7758的RMS算法为：先对v（t），i（t）信号自乘得到V2-V2C0S（2wt），然后滤波得到V2。再开根号。由于开根号算法在零输入时噪声很大。所以，在零输入时最好采取屏蔽的方法。
（2）电压,电流总在进行缓慢跳动。上升到一定值再下降再上升，如此循环。用数字滤波处理后仍然有部分纹波。所以如果能够在过零时读出RMS值，可以避免纹波影响
（3）无功分相必须加A相电压,电流.否则,单加B相或C相,将导致无功不正确。 |
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