基于DSP的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量監測裝置研究設計

　　隨著(zhù)全世界新能源風(fēng)力發(fā)電的大力發(fā)展，電能質(zhì)量的監測成為風(fēng)電場(chǎng)的研究熱點(diǎn)。風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題可以分為穩態(tài)電能質(zhì)量與暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題通常以頻譜和持續時(shí)間為特征，分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩大類(lèi)，其主要表現形式有:電壓脈沖、浪涌、暫態(tài)振蕩、電壓跌落、毛刺或尖峰、電壓突起、電壓中斷及電壓短時(shí)閃變等，被普遍接受的主要性能指標有電壓短時(shí)變動(dòng)(上升、下降、中斷)、電磁暫態(tài)(脈沖、振蕩)。

　　為了滿(mǎn)足電能質(zhì)量監測的實(shí)時(shí)性、高速性和連續性，本文選用高速數字信號處理器DSP和復雜可編程邏輯器件FPGA實(shí)現了采樣和數據分析同步進(jìn)行，達到了同步不間斷地監測電能質(zhì)量的目的，并采用CAN總線(xiàn)通信方式與遠方控制中心通信，使分析的數據結果可以快速可靠地傳到上位機。

　　1 硬件設計

　　本文設計的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量監測系統采用DSP、FPGA、CAN等控制器組成，系統結構如圖1。系統實(shí)現了對風(fēng)電場(chǎng)運行過(guò)程中各性能指標的實(shí)時(shí)監測，這些指標分為穩態(tài)電能質(zhì)量(包括電壓有效值、電流有效值、有功功率、無(wú)功功率等)及暫態(tài)電能質(zhì)量(包括電壓波動(dòng)、電壓短時(shí)閃變計算)。同時(shí)建立良好通信，以便上位機存儲數據，控制數據的采集、計算和分析。

　　本系統采用的是“DSP+FPGA”的模式結構。數據采樣芯片是16位模數轉換芯片ADS8364。經(jīng)過(guò)電流變換器和電壓變換器后的風(fēng)電場(chǎng)三相電壓電流信號以及風(fēng)速風(fēng)向信號，由模數芯片ADS836進(jìn)行同步采樣、保持、A/D轉換成數字信號，傳送至DSP進(jìn)行分類(lèi)計算和數據處理，然后通過(guò)CAN通信接口傳送至上位機，進(jìn)行數據的分析管理。

　　DSP采用TI公司一款高性?xún)r(jià)比的2000系列DSP處理器TMS320F28335，TMS320F28335是基于TMS320Cxx 內核的浮點(diǎn)數字信號處理器，是一款功能強大的32位浮點(diǎn)DSP芯片。TMS320F28335具有150 MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個(gè)DMA通道支持ADC，有多達18路的PWM輸出，其中有6路為T(mén)I特有的更高精度的PWM輸出，12位16通道ADC，DSP片內內置256 K×16 bit Flash，8 K×16 bit Boot ROM。本文中的TMS320F28335主要完成采樣數據的實(shí)時(shí)分析處理，進(jìn)行各電能質(zhì)量指標計算，并將計算結果傳送至上位機。ADS8364是一種高速、低功耗、六通道同步采樣和轉換的16位模數轉換器，采用+5 V工作電壓，主要完成對風(fēng)電場(chǎng)的三相電壓電流以及風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行采樣，采樣數據發(fā)送至DSP進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。FPGA采用T2C35-V3，主要實(shí)現整個(gè)系統的邏輯控制，控制A/D采樣與芯片譯碼。