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基于SOPC的电子式互感器系统设计

作　者: 张明志
导　师: 段雄英
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电子式互感器 IEC 61850 SOPC 数字接口 Nios II软核 光纤通信
分类号: TM45
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


经济发展对电力需求的增加,推动了电力技术的发展。随着高压、超高压输电技术、智能电网技术、数字化变电站技术的发展和应用,对于电力设备提出了新的要求。电力互感器作为电力系统中最重要的高压设备之一,被广泛应用于继电保护、系统监测、电力系统分析之中,关系到电力系统的安全性与可靠性。传统的互感器所暴露出的绝缘要求高、磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄等缺点难以适应电力系统新的需求。近年来,基于现代通信技术和数字处理技术的电子式互感器成为人们研究的热点,随着信息技术的飞速发展,越来越多的新技术逐渐被引入到电子式互感器设计中,以提高其工作可靠性,降低运行总成本。为了在变电站自动化系统集成过程中实现无缝集成和设备的互操作,国际电工委员会IEC制定了变电站内通信网络与系统的通信标准体系IEC 61850标准,包括电力互感器在内的变电站电力设备之间的通信都要符合这个标准。SOPC技术可将处理器、存储器、外设接口和多层次用户电路等系统设计需要的功能模块集成到一块芯片上,因其灵活、高效、设计可重用等特性,SOPC技术已经被广泛用于许多领域。本文首先对国内外电子式互感器发展研究现状进行了描述,对符合IEC 61850通信标准的电子式互感器的通信接口进行了分析,在此基础上,提出了基于单芯片SOPC技术的电子式互感器系统设计方案,给出了电子电路层次的系统实现方法。在高低压侧通信中,提出了一种基于同步串行通信技术的光纤通信实现方法,在上行光纤中利用分时复用技术传输采样控制信号和数据同步串行通信控制信号,降低通信误码率,提高了串行通信的可靠性。使用GPS秒脉冲同步的方法实现电子式互感器合并单元的数据同步;利用嵌入式以太网技术实现了符合IEC 61850-9-1通信协议的数字输出接口。采用模块化的思想设计出相应的具体软/硬件,完成了系统样机的设计和制作,通过测试验证了该样机的性能满足要求并具有较高的可靠性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 数字化变电站  9-10
  1.3 电子式互感器发展与研究现状  10-14
    1.3.1 电子式互感器的定义及特点  10-11
    1.3.2 电子式互感器的分类  11-12
    1.3.3 国内外电子式互感器的研究现状  12-14
  1.4 论文主要内容及章节安排  14-15
2 基于IEC 61850通信协议的电子式互感器数字接口  15-27
  2.1 IEC 61850协议简介  15-19
    2.1.1 IEC 61850的制订背景  15-16
    2.1.2 IEC 61850内容概述  16-17
    2.1.3 IEC 61850的内涵及特征  17-19
  2.2 电子式互感器数字接口的通信模型  19-25
    2.2.1 电子式互感器数字接口的定义和数学描述  19-22
    2.2.2 IEC 61850采样值传输模型  22-23
    2.2.3 基于IEC61850-9-1的电子式互感器数字输出接口  23-25
  2.3 电子式互感器数字接口的功能要求  25-27
3 基于SOPC的电子式互感器系统级设计  27-39
  3.1 SOPC简介  27-36
    3.1.1 Nios Ⅱ软核SOPC系统及组件  28-33
    3.1.2 基于Nios Ⅱ的SOPC系统开发流程  33-36
  3.2 系统级设计方案  36-39
4 电子式互感器系统的软硬件设计实现  39-65
  4.1 模块化设计思想  39-40
  4.2 硬件系统设计  40-48
    4.2.1 高压侧硬件设计  40-42
    4.2.2 低压侧硬件设计  42-48
  4.3 软件系统设计  48-65
    4.3.1 高压侧软件实现方案  48-49
    4.3.2 低压侧软件系统实现  49-62
    4.3.3 高低压侧数据通信设计  62-65
5 仿真与试验测试  65-74
  5.1 GPS同步模块仿真与测试  65-67
    5.1.1 软件仿真  65-66
    5.1.2 硬件测试  66-67
  5.2 光纤通信仿真与测试  67-72
    5.2.1 软件仿真  67-71
    5.2.2 硬件实验测试  71-72
  5.3 以太网通信测试  72-74
结论  74-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  78-79
致谢  79-80

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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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