風(fēng)力發(fā)電機實(shí)驗測試系統的設計與實(shí)現

風(fēng)能是一種用之不竭、清潔的可再生能源，在眾多可再生能源中具有很大潛力。我國風(fēng)力資源豐富，研究發(fā)展適合風(fēng)力發(fā)電使用的風(fēng)力發(fā)電機，具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值[1]。風(fēng)力發(fā)電機研制成功后，為了保證風(fēng)力發(fā)電機的正常運行與安全，出廠(chǎng)前的測試顯得至關(guān)重要。目前的風(fēng)力發(fā)電機測試系統中，測試參數單一，需用多個(gè)測試設備分別測試不同的參數。
　 針對目前風(fēng)力發(fā)電機測試設備的缺點(diǎn)，本文設計了一套基于數字信號處理器TMS320C5416的功能全面的風(fēng)力發(fā)電機測試系統，解決了以往測試儀器功能單一的問(wèn)題。其中數據采集部分是整個(gè)系統高精度測量的關(guān)鍵所在。本數據采集部分以THS1206和ADS7864為核心，采用CPLD和DSP對兩種采集芯片進(jìn)行邏輯控制與數據傳輸，同時(shí)采集22個(gè)通道的數據,分別為8路交流電壓、8路交流電流、2路直流電壓、2路直流電流和2路4~20 mA信號。由于本測試系統需對交流部分進(jìn)行頻譜分析,對于需要進(jìn)行頻譜分析部分采用最高速率為6 MS/s的THS1206，不需進(jìn)行頻譜分析的部分采用可同步采樣的ADS7864。采樣轉換精度為12 bit，利用前端信號調理電路可將待測信號調理到-5 V~+5 V，這種結構很好地滿(mǎn)足了風(fēng)力發(fā)電機測試系統的精度高、速率快、簡(jiǎn)單可靠的要求。
1 系統總體設計
　 本文的風(fēng)力發(fā)電機測試系統總體實(shí)現框圖如圖1所示，主要組成部分為DSP和2種A/D芯片(分別為4片THS1206和4片ADS7864)。圖中，8路0～1 500 V的交流電壓和8路0～10A的交流電流首先經(jīng)過(guò)交流電壓互感器和交流電流互感器后分別變?yōu)?5 V～+5 V交流電壓和0～5 A的交流電流。此外，本系統需測試的還有2路0 ~1 500 V直流電壓，2路0~100 mA直流電流，2路4~20 mA標準信號。22路需測試的信號全部經(jīng)過(guò)各自的信號調理電路,將電壓范圍調理到A/D芯片適用的范圍。核心器件CPU采用TI公司的TMS320C5416, TMS320C5416是一種低功耗、高性能的16位定點(diǎn)DSP芯片，速度為160 MIPS，集實(shí)時(shí)信號處理能力和控制器外設功能于一身。滿(mǎn)足測試系統要求，負責數據實(shí)時(shí)采集與處理。大規?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD主要完成系統各個(gè)功能模塊的總線(xiàn)（數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、控制總線(xiàn)）管理。時(shí)鐘電路可方便顯示整個(gè)測試系統的采樣開(kāi)始與結束時(shí)間，可具體顯示到年、月、日、時(shí)、分、秒，方便觀(guān)看。LCD液晶顯示屏可方便觀(guān)測頻譜分析的諧波波形。鍵盤(pán)作為整個(gè)測試系統的一個(gè)輸入設備，可控制系統啟動(dòng)。TMS320C5416本身內部只有16 KB的ROM和128 KB的RAM，由于本測試系統需采集大量數據進(jìn)行測試，所以有必要進(jìn)行存儲器外擴來(lái)進(jìn)行數據及時(shí)存儲，其中SRAM用于存儲實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數據，Flash存儲的數據可防止掉電時(shí)丟失，E²PROM用于存儲采樣頻率及前端互感器的變比等。通過(guò)USB接口連接PC機，用于保存每次的測量結果，方便管理與打印，利于查找。

2 測試系統硬件設計
2.1 THS1206與TMS320C5416的接口電路
THS1206是TI公司推出的可編程、多通道、低功耗、內置FIFO的12位并行高速A/D轉換芯片，功耗只有220 mW，最高采樣速率可達到6 MS/s,4通道同時(shí)采樣單通道采樣速率可達到1 MS/s以上，完全滿(mǎn)足本系統需要進(jìn)行頻譜分析的高速率要求[3]。
THS1206模數轉換器主要特點(diǎn)是四個(gè)模擬通道可同時(shí)實(shí)現無(wú)相差采樣，即可同時(shí)由采樣方式轉換到保持方式下。四個(gè)模擬通道可設置為3種方式：(1)四個(gè)單通道輸入；(2)兩個(gè)差分通道輸入；(3)兩個(gè)單通道輸入和一個(gè)差分通道輸入。THS1206提供了三個(gè)參考電壓(1.5 V、2.5 V、3.5 V)。它的許多引腳功能是可編程的，這使得其與處理器的硬件接口很靈活，轉換結果以并行方式通過(guò)數據總線(xiàn)的D0~D11位來(lái)傳送。