基于DSP的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置研究設(shè)計(jì)

　　隨著全世界新能源風(fēng)力發(fā)電的大力發(fā)展，電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)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(wěn)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(xù)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(xiàn)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(biāo)有電壓短時(shí)變動(dòng)(上升、下降、中斷)、電磁暫態(tài)(脈沖、振蕩)。

　　為了滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、高速性和連續(xù)性，本文選用高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP和復(fù)雜可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)了采樣和數(shù)據(jù)分析同步進(jìn)行，達(dá)到了同步不間斷地監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量的目的，并采用CAN總線通信方式與遠(yuǎn)方控制中心通信，使分析的數(shù)據(jù)結(jié)果可以快速可靠地傳到上位機(jī)。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用DSP、FPGA、CAN等控制器組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中各性能指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這些指標(biāo)分為穩(wěn)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(jì)算)。同時(shí)建立良好通信，以便上位機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和分析。

　　本系統(tǒng)采用的是“DSP+FPGA”的模式結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采樣芯片是16位模數(shù)轉(zhuǎn)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(hào)以及風(fēng)速風(fēng)向信號(hào)，由模數(shù)芯片ADS836進(jìn)行同步采樣、保持、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳送至DSP進(jìn)行分類(lèi)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，然后通過(guò)CAN通信接口傳送至上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析管理。

　　DSP采用TI公司一款高性價(jià)比的2000系列DSP處理器TMS320F28335，TMS320F28335是基于TMS320Cxx 內(nèi)核的浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，是一款功能強(qiáng)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(dá)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(nèi)內(nèi)置256 K×16 bit Flash，8 K×16 bit Boot ROM。本文中的TMS320F28335主要完成采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析處理，進(jìn)行各電能質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳送至上位機(jī)。ADS8364是一種高速、低功耗、六通道同步采樣和轉(zhuǎn)換的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用+5 V工作電壓，主要完成對(duì)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(shù)據(jù)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(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制，控制A/D采樣與芯片譯碼。