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基于嵌入式FPGA的合并单元设计

作 者: 周勇
导 师: 李开成
学 校: 华中科技大学
专 业: 电气信息检测技术
关键词: 合并单元 电子式互感器 SOPC FPGA
分类号: TM45
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 44次
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内容摘要


随着智能电网相关技术的深入研究和发展,系列数字化、智能化的一次设备和二次设备相继出现,一些数字化变电站试点工程也投入运行,反映了电力系统的发展方向。电子式互感器较传统的电磁式互感器有着显著的优势,在变电站建设中有着广泛的应用前景,其应用的一个关键技术是电子式互感器与二次设备的接口通信问题,本文研究的合并单元就是该技术的具体实现,合并单元的出现简化了二次设备设计,对变电站内信息共享和系统集成有着非常重要的作用。本文首先分析了数字化变电站的发展前景,详细对比了电子式互感器与电磁式互感器的优缺点,结合国内外合并单元的研究应用现状,分析了IEC61850通信协议的接口特点,提出了一种基于SOPC的合并单元的设计方案,详细介绍了合并单元的各功能模块的具体实现。本文分硬件和软件两部分详细介绍了基于嵌入式SOPC技术的合并单元,采用Nios II内核处理器的FPGA平台,定制了系统相关外设,构成了一个完整的处理器系统,深入研究了合并单元的时钟同步问题,采用GPS精确对时和高精度晶振精确定时,保证了时钟同步以及采样脉冲的准确性。结合FPGA的IO接口多的特点,设计了多路数据同步接收模块,并采用FIFO数据缓冲模块和内部RAM实现12路数据的集中处理,提高了系统的集成度,采样数据由Nios II系统按照IEC61850-9-1协议组帧,采用双路以太网输出模块实现数据的快速传输,最后通过实验验证了系统的可靠性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 数字化变电站  8-9
  1.2 电子式互感器  9-10
  1.3 合并单元的研究意义  10-11
  1.4 国内外合并单元的研究及应用现状  11-12
  1.5 本文研究内容  12-14
2 合并单元分析和研究  14-17
  2.1 合并单元的定义  14-15
  2.2 合并单元的通信特点  15-16
  2.3 合并单元的主要功能  16-17
3 合并单元系统级设计  17-23
  3.1 系统功能需求分析  17-18
  3.2 合并单元系统方案选择  18-20
  3.3 合并单元系统结构设计  20-23
4 合并单元的硬件系统设计  23-31
  4.1 硬件系统结构图  23
  4.2 FPGA 选择  23-25
  4.3 FPGA 配置接口  25-27
  4.4 时钟同步设计  27-28
  4.5 串行数据接收  28
  4.6 通信功能实现  28-31
5 合并单元的软件设计  31-53
  5.1 FPGA 程序流程设计  31-34
  5.2 数据采集模块  34-37
  5.3 CRC 循环冗余解码模块  37-39
  5.4 信号同步功能模块  39-44
  5.5 FIFO 数据缓冲模块  44-45
  5.6 数据存储模块  45-46
  5.7 Nios II 软核SOPC 系统介绍  46-49
  5.8 数据网络输出模块程序设计  49-53
6 分析与总结  53-56
  6.1 实验结果分析  53-54
  6.2 全文总结  54-56
致谢  56-57
参考文献  57-60

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 互感器
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