新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計應(yīng)用 > 基于DSP+CPLD的智能IED設(shè)計

基于DSP+CPLD的智能IED設(shè)計

作者: 時間:2011-07-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文的搭建的(Intelligent Electronic Device,電力監(jiān)測裝置)可以同時采集多路信號,并通過FFT算法得到電網(wǎng)運行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150523.htm

  IEC61850的變電站的邏輯如圖1所示。IEC61850協(xié)議主要定義了變電站的信息分層結(jié)構(gòu):過程層、站控層和間隔層。本文重點研究智能設(shè)備,按照IEC61850協(xié)議的描述,檢測設(shè)備位于間隔層和過程層。其中,負責(zé)存儲測量數(shù)據(jù)、進行電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析和診斷的主IED位于間隔層;與現(xiàn)場傳感器直接聯(lián)系的測量IED位于過程層;處于站控層的變電站現(xiàn)有計算機系統(tǒng)將存儲長期的歷史數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果。

  

基于IEC61850的智能變電站的邏輯

  圖1 智能變電站邏輯框圖

  1 系統(tǒng)硬件

  該系統(tǒng)由、和高速A/D轉(zhuǎn)換器搭建的算法模塊,多路選擇數(shù)據(jù)采集模塊和信號濾波模塊組成。負責(zé)采集的是目前較為主流的工控DSP,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專注于電網(wǎng)能量質(zhì)量的計算,而CPLD和高速A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)建的電路適用于多路信號的同時采集。

  智能IED處理流程如圖2所示。檢測的信號主要是三相電壓、三相電流信號。信號前端電路將執(zhí)行低通濾波功能,濾除對信號影響比較大的雜波。隨后信號被高速A/D轉(zhuǎn)換器采集,通過A/D轉(zhuǎn)換器+CPLD電路實現(xiàn),最后通過數(shù)據(jù)總線送至DSP。完成參數(shù)計算后,DSP把數(shù)據(jù)格式進行統(tǒng)一打包上傳給主控IED,其主要功能是接收檢測IED的數(shù)據(jù),并上傳給數(shù)據(jù)庫。

  

智能IED處理流程

  圖2 智能IED處理流程

  1.1 多路選擇開關(guān)

  本系統(tǒng)采集的對象較多,由于計算功率因數(shù)角和介損角必須是同相同時刻的電壓和電流之間的相位差,因此必須同時采集三相電壓對應(yīng)的三相電流值和三相末屏電流值。MAX125是雙通道8路采集,每一路可以采集4路信號,在本系統(tǒng)中將用到其中3路,另一路信號可以被閑置。

  1.2 與上位機通信接口

  實際上,本系統(tǒng)只是整個智能變壓器的一個數(shù)據(jù)采集模塊。所有采集信號在經(jīng)過處理后還要打包傳遞給上位機。本系統(tǒng)采用簡單的RS232傳輸方式。將一次所有的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C,在上位機打包之后通過TCP/IP傳遞給監(jiān)控中心。

  1.3 數(shù)據(jù)采集和A/D轉(zhuǎn)換模塊

  智能電網(wǎng)最少也需要采集20路信號。包括高中三相電壓、三相電流、三相末屏電流和中性點電流。這些信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入到監(jiān)測裝置。

  本系統(tǒng)要求計算到13次以上的諧波含量,F(xiàn)FT算法采集2個電網(wǎng)周期至少128個點。電網(wǎng)頻率為50 Hz,那就意味著要在40 ms里采集128個工作點,采集頻率為3200 Hz。為了保證采集的點集中在兩個完整的周期里,需要利用DSP定時中斷采集工作點。在整個系統(tǒng)中,信號采集單元的轉(zhuǎn)換精度對整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣起著至關(guān)重要的作用。MAX125自帶采樣保持器,通道同時采樣,采樣精度14位,適合電網(wǎng)某一時刻的電壓電流同時采樣;輸入電壓的范圍是±5 V,采集一路的時間為3μs,非常適合高速采集的系統(tǒng)。

  當MAX125對采樣的8路信號轉(zhuǎn)換完畢后,其INT引腳產(chǎn)生中斷信號,與CPLD中自定義的INT引腳相連表示轉(zhuǎn)換完畢,DSP可以通過響應(yīng)中斷對采樣信號進行讀取與處理。MAX125通過對A0~A3的地址線編程實現(xiàn)通道的選擇,CLK信號用作A/D轉(zhuǎn)換所需的時鐘,由CPLD的時鐘提供。MA X125的數(shù)據(jù)總線(D0~D13)、時鐘輸入CLK、片選輸入CS、寫輸入WR、讀輸入RD、轉(zhuǎn)換開始輸入CONVST和中斷輸出INT引腳,均與CPLD中自定義的相應(yīng)功能I/O引腳相連。由于本系統(tǒng)需同步采集20路前端信號,而MlAX125為8通道差分輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片,所以本系統(tǒng)需用3片MAX125芯片。

  1.4 信號調(diào)理電路

  220 kV或以上的變壓器引出的信號,要經(jīng)過現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境再進入傳感器。從傳感器進入MAX125的信號還要經(jīng)過長線傳輸。它的信號通常不能被控制單元直接接收,因此信號調(diào)理電路就成為控制系統(tǒng)中必不可少的一部分。一般來說在差分輸入端將20 mA標準電流信號轉(zhuǎn)換成1~5 V的標準電壓信號,經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)理后輸入A/D轉(zhuǎn)換器。其中輸出端電壓高于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓值,在此進行分壓后進行采樣。

  電力系統(tǒng)中大量的非線性負載,會使得電網(wǎng)的電能質(zhì)量大幅降低。從電網(wǎng)中采集的信號如果不做任何處理將會影響DSP的運算精度。本系統(tǒng)中對信號的處理采用的是低通濾波器。低通濾波模塊一般是用電路元件(如電阻、電容、電感)來構(gòu)成所需要的頻率特性電路。一個理想的低通濾波器能夠完全剔除高于截止頻率的所有頻率信號,并且低于截止頻率的信號可以不受影響地通過。


上一頁 1 2 下一頁

關(guān)鍵詞: IED 設(shè)計 智能 CPLD DSP 基于

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉