本文關(guān)鍵詞：基于SOPC的電能質(zhì)量監(jiān)測與保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,非線性負(fù)荷數(shù)量的迅速上升,使得電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量惡化問題日益嚴(yán)重,而同時國民生產(chǎn)和生活對電能質(zhì)量的要求卻越來越高。因此,實(shí)時監(jiān)測電網(wǎng)的電能質(zhì)量狀態(tài),及時有效地解決存在的問題,保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效地運(yùn)行,是一項(xiàng)具有重要意義的研究課題。本文設(shè)計(jì)了一種新型電能質(zhì)量監(jiān)測與保護(hù)系統(tǒng),通過調(diào)用嵌在現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)內(nèi)部的軟核處理器Nios II來構(gòu)建片上可編程系統(tǒng)(SOPC)綜合開發(fā)平臺,對電網(wǎng)電壓、電流、功率、頻率和諧波等電力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析,同時根據(jù)實(shí)時分析結(jié)果由FPGA輸出的弱電信號控制操動機(jī)構(gòu)對斷路器等設(shè)備做出控制操作,從而有效保護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。論文首先對電能質(zhì)量監(jiān)測與保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展概況和背景做了簡單介紹,并對電能質(zhì)量監(jiān)測原理與保護(hù)技術(shù)以及本系統(tǒng)采用的SOPC技術(shù)進(jìn)行了理論闡述。然后著重從硬件和軟件兩個方面詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。其中硬件部分是以FPGA為核心,主要完成了SOPC綜合開發(fā)平臺的構(gòu)建以及電源電路、信號調(diào)理電路、A/D采集電路、實(shí)時時鐘及存儲電路、串口電路、按鍵及顯示電路、故障保護(hù)電路等各個硬件模塊的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)部分主要介紹了數(shù)據(jù)采集模塊、實(shí)時時鐘和存儲模塊、按鍵及顯示模塊、輸出驅(qū)動與保護(hù)模塊、數(shù)字濾波模塊、FFT諧波分析模塊等幾部分。其中,數(shù)據(jù)采集通過A/D控制器IP核和同步數(shù)字鎖相倍頻電路實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)信號的實(shí)時采集;諧波分析采用FFT IP核實(shí)現(xiàn),并在FFT運(yùn)算之前設(shè)置了FIR數(shù)字濾波,與模擬低通濾波相結(jié)合,有效地濾除干擾成分,提高測量精度。同時,本設(shè)計(jì)中各個模塊的實(shí)現(xiàn)主要是通過硬件描述語言Verilog編寫的自定義IP Core,并將其集成在SOPC Builder中,通過構(gòu)建NIOS II軟核系統(tǒng),并將上述各個模塊作為NIOS II軟核處理器的外設(shè)掛在Avalon總線上,來對其實(shí)現(xiàn)控制。這些模塊方便調(diào)用、便于移植,體現(xiàn)了SOPC的設(shè)計(jì)優(yōu)勢。最后,對論文工作進(jìn)行了總結(jié)和展望,并通過一系列測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本系統(tǒng)的正確性和精度。基于SOPC的電能質(zhì)量監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、集成度高、可重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),有效提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性,對電能質(zhì)量監(jiān)測儀進(jìn)一步開發(fā)有著重要的借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM76

【參考文獻(xiàn)】

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1 閆斌;;基于FFT譜分析測頻算法的FPGA實(shí)現(xiàn)[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2013年35期

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本文編號：1241789