基于DSP的風電場電能質量監測裝置研究設計

　　隨著全世界新能源風力發電的大力發展，電能質量的監測成為風電場的研究熱點。風電場電能質量問題可以分為穩態電能質量與暫態電能質量問題。暫態電能質量問題通常以頻譜和持續時間為特征，分為脈沖暫態和振蕩暫態兩大類，其主要表現形式有:電壓脈沖、浪涌、暫態振蕩、電壓跌落、毛刺或尖峰、電壓突起、電壓中斷及電壓短時閃變等，被普遍接受的主要性能指標有電壓短時變動(上升、下降、中斷)、電磁暫態(脈沖、振蕩)。

　　為了滿足電能質量監測的實時性、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實現了采樣和數據分析同步進行，達到了同步不間斷地監測電能質量的目的，并采用CAN總線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

　　本文設計的風電場電能質量監測系統采用DSP、FPGA、CAN等控制器組成，系統結構如圖1。系統實現了對風電場運行過程中各性能指標的實時監測，這些指標分為穩態電能質量(包括電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率等)及暫態電能質量(包括電壓波動、電壓短時閃變計算)。同時建立良好通信，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。經過電流變換器和電壓變換器后的風電場三相電壓電流信號以及風速風向信號，由模數芯片ADS836進行同步采樣、保持、A/D轉換成數字信號，傳送至DSP進行分類計算和數據處理，然后通過CAN通信接口傳送至上位機，進行數據的分析管理。

　　DSP采用TI公司一款高性價比的2000系列DSP處理器TMS320F28335，TMS320F28335是基于TMS320Cxx 內核的浮點數字信號處理器，是一款功能強大的32位浮點DSP芯片。TMS320F28335具有150 MHz的高速處理能力，具備32位浮點處理單元，6個DMA通道支持ADC，有多達18路的PWM輸出，其中有6路為TI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時分析處理，進行各電能質量指標計算，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，主要完成對風電場的三相電壓電流以及風速風向進行采樣，采樣數據發送至DSP進行實時分析處理。FPGA采用T2C35-V3，主要實現整個系統的邏輯控制，控制A/D采樣與芯片譯碼。