基于FPGA的數(shù)字化牽引變電所合并單元研究與設計.pdf

1、隨著智能電網技術的迅速發(fā)展和推廣，一些數(shù)字化設備、智能化設備相繼出現(xiàn)并應用于智能電網工程中。牽引供電系統(tǒng)相對于電力系統(tǒng)發(fā)展要緩慢，現(xiàn)在還處于牽引變電所綜合自動化階段。然而，電子式互感器技術等數(shù)字化技術日趨成熟，推動了牽引變電所數(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，對它的研究和設計就尤其重要了。
　　針對牽引變電所數(shù)字化方案，互感器及合并單元的配置是研究的一個重點。本文借鑒電力系統(tǒng)中的經

2、驗并參考電力系統(tǒng)中規(guī)范和配置，給出了牽引變電所中互感器、合并單元的技術要求以及配置原則，并針對典型牽引變電所的接線圖給出了具體的配置方案。結合牽引變電所過程層SV點對點傳輸、GOOSE組網的網絡結構，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計方案，合并單元核心包括數(shù)據采集模塊、數(shù)據處理模塊和數(shù)據發(fā)送模塊。
　　針對數(shù)據采集模塊，既能接收常規(guī)互感器的模擬信號又能接收電子式互感器發(fā)

3、出的數(shù)字信號是牽引變電所合并單元的特殊要求，如何滿足各路數(shù)據的同步是合并單元的關鍵技術。通過A/D控制模塊的設計，實現(xiàn)模數(shù)量的轉換;通過脈沖同步和插值同步的分析，確定了本設計的同步方案?；贔PGA，本文設計了采集模塊中FT3解析、1PPS有效性判斷、線性插值、FIFO和A/D控制模塊等子模塊。
　　針對數(shù)據處理模塊和發(fā)送模塊，代替DSP，充分利用FPGA快速數(shù)據處理和豐富資源設計。通過分析數(shù)字濾波器原理、相位補償算法（包括數(shù)字積

4、分器和短數(shù)據窗移相算法）、有效值計算等，在FPGA上實現(xiàn)了各數(shù)據處理子模塊。在對IEC61850-9-2報文的介紹的基礎上，闡述了以太網通信機制，重點是以太網控制器設計。最后，基于FPGA設計了9-2報文以太網發(fā)送模塊。
　　針對以上設計的三大模塊，本文選用Xilinx ISE13.1、Matlab等軟件對各個模塊進行了仿真驗證，并借助繼電保護測試儀測試了合并單元部分功能。結果表明，本設計是一種可行的數(shù)字化牽引變電所合并單元設計方