DSP與CPLD的智能變電站電網(wǎng)IED設(shè)計(jì)

摘要：著重介紹基于CPLD與DSP架構(gòu)的智能變電站電網(wǎng)IED(Intelligent Electronic Device，智能電力監(jiān)測(cè)裝置)的硬件架構(gòu)和軟件流程。著重闡述了“高速A／D轉(zhuǎn)換器+CPLD”在信號(hào)采集過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)，以及多路信號(hào)如何通過(guò)CPLD被DSP選擇。DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并利用FFT算法的結(jié)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
隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站正在興起。在智能電網(wǎng)規(guī)劃的推動(dòng)下，未來(lái)數(shù)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(hào)量極多且相關(guān)性很強(qiáng)，這給采集計(jì)算和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了很大的麻煩。為了解決這一問(wèn)題。本文的設(shè)計(jì)師基于DSP和CPLD搭建的智能IED(Intelligent Electronic Device，智能電力監(jiān)測(cè)裝置)可以同時(shí)采集多路信號(hào)，并通過(guò)FFT算法得到電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
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(jié)構(gòu)：過(guò)程層、站控層和間隔層。本文重點(diǎn)研究智能IED設(shè)備，按照IEC61850協(xié)議的描述，IED檢測(cè)設(shè)備位于間隔層和過(guò)程層。其中，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)、進(jìn)行電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析和診斷的主IED位于間隔層；與現(xiàn)場(chǎng)傳感器直接聯(lián)系的測(cè)量IED位于過(guò)程層；處于站控層的變電站現(xiàn)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將存儲(chǔ)長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)由DSP、CPLD和高速A／D轉(zhuǎn)換器搭建的算法模塊，多路選擇數(shù)據(jù)采集模塊和信號(hào)濾波模塊組成。負(fù)責(zé)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(zhuǎn)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(jì)算，而CPLD和高速A／D轉(zhuǎn)換器構(gòu)建的電路適用于多路信號(hào)的同時(shí)采集。
智能IED處理流程如圖2所示。檢測(cè)的信號(hào)主要是三相電壓、三相電流信號(hào)。信號(hào)前端電路將執(zhí)行低通濾波功能，濾除對(duì)信號(hào)影響比較大的雜波。隨后信號(hào)被高速A／D轉(zhuǎn)換器采集，通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器+CPLD電路實(shí)現(xiàn)，最后通過(guò)數(shù)據(jù)總線送至DSP。完成參數(shù)計(jì)算后，DSP把數(shù)據(jù)格式進(jìn)行統(tǒng)一打包上傳給主控IED，其主要功能是接收檢測(cè)IED的數(shù)據(jù)，并上傳給數(shù)據(jù)庫(kù)。