DSP與CPLD的智能變電站電網(wǎng)IED設計

摘要：著(zhù)重介紹基于CPLD與DSP架構的智能變電站電網(wǎng)IED(Intelligent Electronic Device，智能電力監測裝置)的硬件架構和軟件流程。著(zhù)重闡述了“高速A／D轉換器+CPLD”在信號采集過(guò)程中的優(yōu)勢，以及多路信號如何通過(guò)CPLD被DSP選擇。DSP對信號進(jìn)行處理，并利用FFT算法的結果分析電網(wǎng)的功率因素和諧波含量。
關(guān)鍵詞：智能變電站；IED；TMS320F2812；CPLD；FFT

引言
隨著(zhù)新技術(shù)的不斷發(fā)展，數字化變電站正在興起。在智能電網(wǎng)規劃的推動(dòng)下，未來(lái)數字化變電站將成為新建變電站的主流。眾所周知，電網(wǎng)信號量極多且相關(guān)性很強，這給采集計算和實(shí)時(shí)監測帶來(lái)了很大的麻煩。為了解決這一問(wèn)題。本文的設計師基于DSP和CPLD搭建的智能IED(Intelligent Electronic Device，智能電力監測裝置)可以同時(shí)采集多路信號，并通過(guò)FFT算法得到電網(wǎng)運行的關(guān)鍵數據。
基于IEC61850的智能變電站的邏輯如圖1所示。IEC61850協(xié)議主要定義了變電站的信息分層結構：過(guò)程層、站控層和間隔層。本文重點(diǎn)研究智能IED設備，按照IEC61850協(xié)議的描述，IED檢測設備位于間隔層和過(guò)程層。其中，負責存儲測量數據、進(jìn)行電網(wǎng)數據分析和診斷的主IED位于間隔層；與現場(chǎng)傳感器直接聯(lián)系的測量IED位于過(guò)程層；處于站控層的變電站現有計算機系統將存儲長(cháng)期的歷史數據和診斷結果。

1 系統硬件設計
該系統由DSP、CPLD和高速A／D轉換器搭建的算法模塊，多路選擇數據采集模塊和信號濾波模塊組成。負責DSP采集的是目前較為主流的工控DSP，CPLD采用的是Altera公司的EPM3256，A／D轉換器采用的是Maxim公司的14位高速芯片MAX125。DSP專(zhuān)注于電網(wǎng)能量質(zhì)量的計算，而CPLD和高速A／D轉換器構建的電路適用于多路信號的同時(shí)采集。
智能IED處理流程如圖2所示。檢測的信號主要是三相電壓、三相電流信號。信號前端電路將執行低通濾波功能，濾除對信號影響比較大的雜波。隨后信號被高速A／D轉換器采集，通過(guò)A／D轉換器+CPLD電路實(shí)現，最后通過(guò)數據總線(xiàn)送至DSP。完成參數計算后，DSP把數據格式進(jìn)行統一打包上傳給主控IED，其主要功能是接收檢測IED的數據，并上傳給數據庫。