基于FPGA的數(shù)字化牽引變電所合并單元研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣，一些數(shù)字化設(shè)備、智能化設(shè)備相繼出現(xiàn)并應(yīng)用于智能電網(wǎng)工程中。牽引供電系統(tǒng)相對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)展要緩慢，現(xiàn)在還處于牽引變電所綜合自動(dòng)化階段。然而，電子式互感器技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)日趨成熟，推動(dòng)了牽引變電所數(shù)字化、智能化的發(fā)展。相比電力系統(tǒng)，數(shù)字化牽引變電所合并單元的輸入有其特殊性，因此，對(duì)它的研究和設(shè)計(jì)就尤其重要了。
　　針對(duì)牽引變電所數(shù)字化方案，互感器及合并單元的配置是研究的一個(gè)重點(diǎn)。本文借鑒電力系統(tǒng)中的經(jīng)

2、驗(yàn)并參考電力系統(tǒng)中規(guī)范和配置，給出了牽引變電所中互感器、合并單元的技術(shù)要求以及配置原則，并針對(duì)典型牽引變電所的接線(xiàn)圖給出了具體的配置方案。結(jié)合牽引變電所過(guò)程層SV點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、GOOSE組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了數(shù)字化牽引變電所合并單元的接口及功能需求，以及選擇了以FPGA為核心的合并單元總體硬件設(shè)計(jì)方案，合并單元核心包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。
　　針對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊，既能接收常規(guī)互感器的模擬信號(hào)又能接收電子式互感器發(fā)

3、出的數(shù)字信號(hào)是牽引變電所合并單元的特殊要求，如何滿(mǎn)足各路數(shù)據(jù)的同步是合并單元的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)A/D控制模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模數(shù)量的轉(zhuǎn)換;通過(guò)脈沖同步和插值同步的分析，確定了本設(shè)計(jì)的同步方案。基于FPGA，本文設(shè)計(jì)了采集模塊中FT3解析、1PPS有效性判斷、線(xiàn)性插值、FIFO和A/D控制模塊等子模塊。
　　針對(duì)數(shù)據(jù)處理模塊和發(fā)送模塊，代替DSP，充分利用FPGA快速數(shù)據(jù)處理和豐富資源設(shè)計(jì)。通過(guò)分析數(shù)字濾波器原理、相位補(bǔ)償算法（包括數(shù)字積

4、分器和短數(shù)據(jù)窗移相算法）、有效值計(jì)算等，在FPGA上實(shí)現(xiàn)了各數(shù)據(jù)處理子模塊。在對(duì)IEC61850-9-2報(bào)文的介紹的基礎(chǔ)上，闡述了以太網(wǎng)通信機(jī)制，重點(diǎn)是以太網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)。最后，基于FPGA設(shè)計(jì)了9-2報(bào)文以太網(wǎng)發(fā)送模塊。
　　針對(duì)以上設(shè)計(jì)的三大模塊，本文選用Xilinx ISE13.1、Matlab等軟件對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并借助繼電保護(hù)測(cè)試儀測(cè)試了合并單元部分功能。結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)是一種可行的數(shù)字化牽引變電所合并單元設(shè)計(jì)方