DSP與CPLD的智能變電站電網IED設計

摘要：著重介紹基于CPLD與DSP架構的智能變電站電網IED(Intelligent Electronic Device，智能電力監測裝置)的硬件架構和軟件流程。著重闡述了“高速A／D轉換器+CPLD”在信號采集過程中的優勢，以及多路信號如何通過CPLD被DSP選擇。DSP對信號進行處理，并利用FFT算法的結果分析電網的功率因素和諧波含量。
關鍵詞：智能變電站；IED；TMS320F2812；CPLD；FFT

引言
隨著新技術的不斷發展，數字化變電站正在興起。在智能電網規劃的推動下，未來數字化變電站將成為新建變電站的主流。眾所周知，電網信號量極多且相關性很強，這給采集計算和實時監測帶來了很大的麻煩。為了解決這一問題。本文的設計師基于DSP和CPLD搭建的智能IED(Intelligent Electronic Device，智能電力監測裝置)可以同時采集多路信號，并通過FFT算法得到電網運行的關鍵數據。
基于IEC61850的智能變電站的邏輯如圖1所示。IEC61850協議主要定義了變電站的信息分層結構：過程層、站控層和間隔層。本文重點研究智能IED設備，按照IEC61850協議的描述，IED檢測設備位于間隔層和過程層。其中，負責存儲測量數據、進行電網數據分析和診斷的主IED位于間隔層；與現場傳感器直接聯系的測量IED位于過程層；處于站控層的變電站現有計算機系統將存儲長期的歷史數據和診斷結果。

1 系統硬件設計
該系統由DSP、CPLD和高速A／D轉換器搭建的算法模塊，多路選擇數據采集模塊和信號濾波模塊組成。負責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轉換器采用的是Maxim公司的14位高速芯片MAX125。DSP專注于電網能量質量的計算，而CPLD和高速A／D轉換器構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轉換器采集，通過A／D轉換器+CPLD電路實現，最后通過數據總線送至DSP。完成參數計算后，DSP把數據格式進行統一打包上傳給主控IED，其主要功能是接收檢測IED的數據，并上傳給數據庫。