風(fēng)力發(fā)電機實驗測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

風(fēng)能是一種用之不竭、清潔的可再生能源，在眾多可再生能源中具有很大潛力。我國風(fēng)力資源豐富，研究發(fā)展適合風(fēng)力發(fā)電使用的風(fēng)力發(fā)電機，具有重要的理論意義與實用價值[1]。風(fēng)力發(fā)電機研制成功后，為了保證風(fēng)力發(fā)電機的正常運行與安全，出廠前的測試顯得至關(guān)重要。目前的風(fēng)力發(fā)電機測試系統(tǒng)中，測試參數(shù)單一，需用多個測試設(shè)備分別測試不同的參數(shù)。
　 針對目前風(fēng)力發(fā)電機測試設(shè)備的缺點，本文設(shè)計了一套基于數(shù)字信號處理器TMS320C5416的功能全面的風(fēng)力發(fā)電機測試系統(tǒng)，解決了以往測試儀器功能單一的問題。其中數(shù)據(jù)采集部分是整個系統(tǒng)高精度測量的關(guān)鍵所在。本數(shù)據(jù)采集部分以THS1206和ADS7864為核心，采用CPLD和DSP對兩種采集芯片進行邏輯控制與數(shù)據(jù)傳輸，同時采集22個通道的數(shù)據(jù),分別為8路交流電壓、8路交流電流、2路直流電壓、2路直流電流和2路4~20 mA信號。由于本測試系統(tǒng)需對交流部分進行頻譜分析,對于需要進行頻譜分析部分采用最高速率為6 MS/s的THS1206，不需進行頻譜分析的部分采用可同步采樣的ADS7864。采樣轉(zhuǎn)換精度為12 bit，利用前端信號調(diào)理電路可將待測信號調(diào)理到-5 V~+5 V，這種結(jié)構(gòu)很好地滿足了風(fēng)力發(fā)電機測試系統(tǒng)的精度高、速率快、簡單可靠的要求。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
　 本文的風(fēng)力發(fā)電機測試系統(tǒng)總體實現(xiàn)框圖如圖1所示，主要組成部分為DSP和2種A/D芯片(分別為4片THS1206和4片ADS7864)。圖中，8路0～1 500 V的交流電壓和8路0～10A的交流電流首先經(jīng)過交流電壓互感器和交流電流互感器后分別變?yōu)?5 V～+5 V交流電壓和0～5 A的交流電流。此外，本系統(tǒng)需測試的還有2路0 ~1 500 V直流電壓，2路0~100 mA直流電流，2路4~20 mA標準信號。22路需測試的信號全部經(jīng)過各自的信號調(diào)理電路,將電壓范圍調(diào)理到A/D芯片適用的范圍。核心器件CPU采用TI公司的TMS320C5416, TMS320C5416是一種低功耗、高性能的16位定點DSP芯片，速度為160 MIPS，集實時信號處理能力和控制器外設(shè)功能于一身。滿足測試系統(tǒng)要求，負責(zé)數(shù)據(jù)實時采集與處理。大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD主要完成系統(tǒng)各個功能模塊的總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線）管理。時鐘電路可方便顯示整個測試系統(tǒng)的采樣開始與結(jié)束時間，可具體顯示到年、月、日、時、分、秒，方便觀看。LCD液晶顯示屏可方便觀測頻譜分析的諧波波形。鍵盤作為整個測試系統(tǒng)的一個輸入設(shè)備，可控制系統(tǒng)啟動。TMS320C5416本身內(nèi)部只有16 KB的ROM和128 KB的RAM，由于本測試系統(tǒng)需采集大量數(shù)據(jù)進行測試，所以有必要進行存儲器外擴來進行數(shù)據(jù)及時存儲，其中SRAM用于存儲實時動態(tài)數(shù)據(jù)，F(xiàn)lash存儲的數(shù)據(jù)可防止掉電時丟失，E²PROM用于存儲采樣頻率及前端互感器的變比等。通過USB接口連接PC機，用于保存每次的測量結(jié)果，方便管理與打印，利于查找。

2 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 THS1206與TMS320C5416的接口電路
THS1206是TI公司推出的可編程、多通道、低功耗、內(nèi)置FIFO的12位并行高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，功耗只有220 mW，最高采樣速率可達到6 MS/s,4通道同時采樣單通道采樣速率可達到1 MS/s以上，完全滿足本系統(tǒng)需要進行頻譜分析的高速率要求[3]。
THS1206模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要特點是四個模擬通道可同時實現(xiàn)無相差采樣，即可同時由采樣方式轉(zhuǎn)換到保持方式下。四個模擬通道可設(shè)置為3種方式：(1)四個單通道輸入；(2)兩個差分通道輸入；(3)兩個單通道輸入和一個差分通道輸入。THS1206提供了三個參考電壓(1.5 V、2.5 V、3.5 V)。它的許多引腳功能是可編程的，這使得其與處理器的硬件接口很靈活，轉(zhuǎn)換結(jié)果以并行方式通過數(shù)據(jù)總線的D0~D11位來傳送。