摘要：正交频分复用(OFDM)是实现无线变比测试仪通信的关键技术之一.本文介绍了基于导频的(OFDM)系统的基本信道估计方法,并给出了典型估计方法的比较与计算机仿真;在此基础上对今后的研究方向进行了概括的描述.

　　关键词：(OFDM)无线通信;电流变比;测试

　　0引言

　　正交频分复用(OFDM) 是一种多载波调制技术。由于具有很高的频谱利用率、很强的抗多径延迟能力,它已经广泛的应用在数字音频广播、数字电视以及无线局域等无线高速数据传输系统中。

　　随着电网建设的逐步完善, 相应的电力配电装置得到了迅猛的发展，高压电流互感器已在高压电网中得到广泛的应用。目前市场上许多电能现场校验仪具有低压端CT变比校验功能，对高压电流互感器变压比由于安全原因无法校验。为解决高压变比测试问题，当今较好的两种方法一种是高压检测端与检测主装置用光纤连接;另一种是高压检测端与检测主装置采用无线通信方式即无线高压变比测试仪。本文介绍的是一种基于TMS320F2812便携式无线高压电流互感器变比测试仪的设计方法。

　　1 无线高压变比测试原理

　　无线高压CT变比测试仪主要由高压侧电流检测模块、低压侧电流检测模块两部分构成，其系统结构如图1所示。

　　OFDM发射

OFDM接收

　　进行变比测量时，安装在高压绝缘杆顶部的高压侧检测模块所采集的一次电流信号，将采用无线传输方式发送到手持式低压侧检测终端模块，终端模块则直接采集高压电流互感器的二次电流;手持式终端将根据一次、二次电流信号，计算出高压电流互感器一次、二次电流、变比及变比误差。

　　电流变比算法(参1)采用的是基波比值计算法，该方法先对高、低压端同步采样的电流值为x1(n)、x2(n)进行FFT计算，得到其基波幅值，然后再对其基波幅值进行比较获得变比，因此不受谐波的影响，测量精确可靠。

　　由于本系统采用的是交流准同步采样，用FFT算法获取电流基波参数进行电流变比测量，减少谐波影响，提高测量精度，其运算量相对较大，同时考虑便携式低功耗的特点，CPU选用了TI 公司最新推出的32 位定点高性能低功耗TMS320F2812处理器[2]，主频最高150MHz，可满足本系统的精度和实时性需要。

　　2 硬件电路设计

　　2.1 电流检测电路

　　电流取样电路分为高压一次侧端和低压二次侧端取样电路，二次侧端取样电路结构如图2所示。低压端采用5A/2mA钳形电流互感器，由钳形电流互感器得到电流信号后将电流信号通过具有自动校准功能的运放组成的I/V转换电路进行信号转换，再经放大电路将信号电平提高，以便于A/D转换。高压侧端电流取样电路和低压侧类似，就是增加了高压端钳形电流互感器，测量完成后再进行相应的信号调理即可进入A/D转换。

　　图2：二次侧端取样电路

　　2.2 交流准同步采样电路

　　为实现交流准同步采样，(参2)采用波形变换电路，将输入的工频信号经滤波、放大和比较后变成与输入信号同频率的脉冲信号，由DSP的外部中断XINT1对其进行检测和周期计算后256分频产生A/D同步采样控制信号，实现256点准同步采样，电路如图3所示。

　　图3：同步波形变换电路

　　2.3 AD采样电路

　　在便携式仪器设备中,往往要求其数据采集系统不仅具有速度快、精度高的特点,而且还要求其具有供电电压低、体积小以及功耗低等特性。本系统采用的ADS8320是一种逐次逼近式、单通道、16位、高速、微功耗A/D转换器，它的采样最高频率可达100kHz。在2.7V供电和100kHz采样速率下,其功耗仅为1.8mW。其接口电路如图4所示。信号采样用准同步采样方法。根据准同步采样定理, 同步信号获取模块动态跟随电网频率,定时刷新采样模块的采样间隔值。采样模块按采样间隔值定时对信号进行整周期256 点采样。在使用中,要确保A/D 采样频率和串行口传输速率的设置相互协调, 以确保在下一个采样间隔里DSP有足够的时间读取当前采样数据。

　　图4：A/D接口电路

　　2.4 无线收发电路

　　无线收发电路(参3)采用Nordic公司的单片无线收发芯片nRF905。nRF905全部高频元件集成,工作稳定、可靠性高，可工作在433/868/915MHz三个频段。采用高抗干扰GFSK调制，内置完整的通信协议和CRC，进一步保证了通信的可靠性。最大发射功率+10dBm，使传输距离>100m。

　　3 系统的软件设计

　　本系统软件设计是以CCS2000为开发平台，采用C语言编程。主要由数据采集、FFT、无线通信、显示驱动，键盘管理和主程序组成。其主程序流程如图5所示。

　　图5：主程序流程

　　外部XINT1中断用于测量信号周期，采用定时器1进行计数;定时器0用于信号周期256等份后定时启动A/D，实现256点准同步采样。在研制过程中采用相关技术措施，所开发的测试仪具有如下特点：

　　(1)采用FFT算法获取基波电流进行高压变比测量，排除谐波干扰，提高了测量精度。

　　(2)高压电流信号采用无线传输方式，绝对确保操作的安全性。

　　(3)采用准同步实现单周期256点的采样，减小测量误差。

　　(4)采用32位高速DSP作为主控制器，提供高速的数据处理及图形处理能力。

　　图6即是本测试仪的外形图;图7即是本测试仪的运行界面：

　　图6：测试仪外形图

　　图7：测试仪的运行界面

　　4 测试情况

　　本装置用福州亿森电力设备有限公司生产的0.05级ES-56型多功能电源采样校验装置和升流器模拟变比200的电流互感器测试, 高压一次侧配置0.2级1000A/200mA钳形电流互感器测升流器输出工频电流，二次侧配置0.1级5A/2mA钳形电流互感器测BD-3H输出工频电流，相距100米。多次测试结果表明该装置达到如下技术指标：

　　(1)高压钳表无障碍传输距离为150米;

　　(2) 电流量程：

　　一次高压钳表：200A;

　　二次低压钳表：6A;

　　(3)变比测量范围：1～300;

　　(4)测量精度：高压电流1%;低压电流0.2%;变比1%;

　　(5)耐压：70000V/分钟;

　　(6)整机功耗<3VA 。

　　装置的 外形尺寸：195×100×45(mm)，重量0.5kg，便于携带。

　　5 结束语

　　本系统采用无线全双工通信手段，实现了高压变比测试，确保操作人员的人身安全，其高压范围只与绝缘杆的绝缘等级有关。并用基波电流进行变比测量，减少谐波干扰，提高了测量精度，设计理念新颖。采用低功耗高速的TMS320F2812作为核心处理器,微功耗高精度ADS8320作为模数转换，使该仪器不仅具有速度快、精度高的特点,还具有体积小、功耗低、携带方便等特性，能较好的实现现场在线测试。

　　参考文献：

　　参1：赖振文《低压电器》2009年 第19期《AT89C51单片机在单双电桥检定装置中的应用》

　　参 2：郭志伟《福建电力与电工》2006年第4期〈〈发电厂下网电量计量方案探讨〉〉。

　　参 3：陈明杰《福建电力与电工》2009年第2期〈〈变送器错接线对测量的影响〉〉。