DSP与CPLD的智能变电站电网IED设计

　　引言

　　随着新技术的不断发展，数字化变电站正在兴起。在智能电网规划的推动下，未来数字化变电站将成为新建变电站的主流。众所周知，电网信号量极多且相关性很强，这给采集计算和实时监测带来了很大的麻烦。为了解决这一问题。本文的设计师基于DSP和CPLD搭建的智能IED(Intelligent Electronic Device，智能电力监测装置)可以同时采集多路信号，并通过FFT算法得到电网运行的关键数据。

　　基于IEC61850的智能变电站的逻辑如图1所示。IEC61850协议主要定义了变电站的信息分层结构：过程层、站控层和间隔层。本文重点研究智能IED设备，按照IEC61850协议的描述，IED检测设备位于间隔层和过程层。其中，负责存储测量数据、进行电网数据分析和诊断的主IED位于间隔层;与现场传感器直接联系的测量IED位于过程层;处于站控层的变电站现有计算机系统将存储长期的历史数据和诊断结果。

　　图1 智能变电站逻辑框图

　　1 系统硬件设计

　　该系统由DSP、CPLD和高速A/D转换器搭建的算法模块，多路选择数据采集模块和信号滤波模块组成。负责DSP采集的是目前较为主流的工控DSP，CPLD采用的是Altera公司的EPM3256，A/D转换器采用的是Maxim公司的14位高速芯片MAX125。DSP专注于电网能量质量的计算，而CPLD和高速A/D转换器构建的电路适用于多路信号的同时采集。

　　智能IED处理流程如图2所示。检测的信号主要是三相电压、三相电流信号。信号前端电路将执行低通滤波功能，滤除对信号影响比较大的杂波。随后信号被高速A/D转换器采集，通过A/D转换器+CPLD电路实现，最后通过数据总线送至DSP。完成参数计算后，DSP把数据格式进行统一打包上传给主控IED，其主要功能是接收检测IED的数据，并上传给数据库。

　　图2 智能IED处理流程

　　1.1 多路选择开关

　　本系统采集的对象较多，由于计算功率因数角和介损角必须是同相同时刻的电压和电流之间的相位差，因此必须同时采集三相电压对应的三相电流值和三相末屏电流值。MAX125是双通道8路采集，每一路可以采集4路信号，在本系统中将用到其中3路，另一路信号可以被闲置。

　　1.2 与上位机通信接口

　　实际上，本系统只是整个智能变压器的一个数据采集模块。所有采集信号在经过处理后还要打包传递给上位机。本系统采用简单的RS232传输方式。将一次所有的数据传输到上位机，在上位机打包之后通过TCP/IP传递给监控中心。

　　1.3 数据采集和A/D转换模块

　　智能电网最少也需要采集20路信号。包括高中三相电压、三相电流、三相末屏电流和中性点电流。这些信号通过传感器转换成电压信号输入到监测装置。