基于DSP的风电场电能质量监测装置研究设计

　　随着全世界新能源风力发电的大力发展，电能质量的监测成为风电场的研究热点。风电场电能质量问题可以分为稳态电能质量与暂态电能质量问题。暂态电能质量问题通常以频谱和持续时间为特征，分为脉冲暂态和振荡暂态两大类，其主要表现形式有:电压脉冲、浪涌、暂态振荡、电压跌落、毛刺或尖峰、电压突起、电压中断及电压短时闪变等，被普遍接受的主要性能指标有电压短时变动(上升、下降、中断)、电磁暂态(脉冲、振荡)。

　　为了满足电能质量监测的实时性、高速性和连续性，本文选用高速数字信号处理器DSP和复杂可编程逻辑器件FPGA实现了采样和数据分析同步进行，达到了同步不间断地监测电能质量的目的，并采用CAN总线通信方式与远方控制中心通信，使分析的数据结果可以快速可靠地传到上位机。

　　1 硬件设计

　　本文设计的风电场电能质量监测系统采用DSP、FPGA、CAN等控制器组成，系统结构如图1。系统实现了对风电场运行过程中各性能指标的实时监测，这些指标分为稳态电能质量(包括电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率等)及暂态电能质量(包括电压波动、电压短时闪变计算)。同时建立良好通信，以便上位机存储数据，控制数据的采集、计算和分析。

　　本系统采用的是“DSP+FPGA”的模式结构。数据采样芯片是16位模数转换芯片ADS8364。经过电流变换器和电压变换器后的风电场三相电压电流信号以及风速风向信号，由模数芯片ADS836进行同步采样、保持、A/D转换成数字信号，传送至DSP进行分类计算和数据处理，然后通过CAN通信接口传送至上位机，进行数据的分析管理。

　　DSP采用TI公司一款高性价比的2000系列DSP处理器TMS320F28335，TMS320F28335是基于TMS320Cxx 内核的浮点数字信号处理器，是一款功能强大的32位浮点DSP芯片。TMS320F28335具有150 MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出，12位16通道ADC，DSP片内内置256 K×16 bit Flash，8 K×16 bit Boot ROM。本文中的TMS320F28335主要完成采样数据的实时分析处理，进行各电能质量指标计算，并将计算结果传送至上位机。ADS8364是一种高速、低功耗、六通道同步采样和转换的16位模数转换器，采用+5 V工作电压，主要完成对风电场的三相电压电流以及风速风向进行采样，采样数据发送至DSP进行实时分析处理。FPGA采用T2C35-V3，主要实现整个系统的逻辑控制，控制A/D采样与芯片译码。