论文部分内容阅读
基于FFT算法的电力系统谐波检测装置，大多采用DSP设计。DSP是采用哈佛结构设计的一种CPU，运算能力很强，速度很快；但是其顺序执行的模式限制了其进行FFT运算的速度。现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)在近年来获得了突飞猛进的发展，目前已成为实现数字系统的主流平台之一。与DSP相比，FPGA最大的优势就是可以进行并行计算。在进行FFT这类并行运算为主的算法时，采用FPGA的优势不言而喻。
本文介绍了FFT算法在谐波检测中的应用，以Xilinx公司生产的Spartan-3A DSP FPGA的开发板为平台，在System Generator环境下利用Xilinx模块搭建了基于FFT的电压、电流谐波分析模型。通过输入已知数学表达式的信号进行仿真分析，验证了该方法的可行性。
然后，对应开发板上的接口设计了前端采样电路。包括CT/PT传感器单元、鉴相倍频同步单元、A/D转换单元。为保证信号的同步采样，三相电压、电流信号经CT/PT传感器单元后分别进入两片Max125进行A/D转换。利用鉴相倍频同步单元产生的倍频信号控制A/D转换。
在ISE软件环境下，用VHDL语言完成了控制单元的设计，包括对A/D转换器的各信号时序控制、数据的输入输出(缓存单元FIFO)的控制、FFT计算单元的各控制信号的控制等。然后将VHDL文件导入到System Generator中的Black Box模块，在单相电压、电流谐波分析模型基础上搭建三相电压、电流的谐波分析模型，将模型转换成为硬件联合仿真模块，再输入实测的电压、电流信号进行硬件联合仿真，验证系统在FPGA上的硬件可实现性。
最后利用System Generator模块生成对应此三相模型的ISE工程文件，在ISE环境下进行综合、布局布线、配置等步骤，将生成的程序文件配置到FPGA上，完成了该谐波检测模型在FPGA上的实现。