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同步相量测量单元中信号同步采集与处理模块的研究

作　者: 王毅
导　师: 黄琦
学　校: 电子科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 同步相量测量数字锁相环离散傅里叶变换 DSP CPLD
分类号: TM933.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 196次
引　用: 5次
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内容摘要

近年来,基于同步相量测量装置的广域测量系统因其在提高电网安全稳定性方面的优势,已成为现代电力系统领域的热门研究课题。同步相量测量装置在高精度同步时钟的触发下对电网中各监测点的状态进行同步监测,并将其状态信息发送至控制中心服务器,从而实现对电网的全局动态观测。本文主要对同步相量测量装置中的信号同步采集与处理模块进行了研究,并基于CPLD和DSP对该模块进行了设计与实现。文中首先介绍了信号同步采集与处理模块的总体结构,并按照功能将其划分为三个子模块:模拟信号检测模块,同步采样脉冲发生模块和数据处理与通信模块。在文章后续内容中,文章分别对这三个模块进行详细介绍。模拟信号检测模块包括信号调理电路和模数转换电路两部分;前者主要包括滤波电路、幅值调节电路和限幅保护电路;后者基于ADS7864芯片完成。同步采样脉冲发生模块为信号采样的同步性提供了保证。该模块利用数字锁相环技术,跟踪时钟同步单元的秒脉冲信号,产生同步的采样脉冲信号。该模块的设计基于CPLD和Verilog语言实现。数据处理与通信模块的设计基于DSP芯片TMS320F2812完成。文中首先分析比较了同步相量测量常用算法,并选取了一种直接修正离散傅里叶法。然后结合DSP芯片,完成了算法的软件实现。在数据的通信上设计了与网络传输模块的通信接口和用于功能扩展和调试的接口,前者在设计上采用了IEEE1451.2协议中规定的TII接口,使其更具通用性,后者采用了RS232串口通信接口,方便与PC机进行通信。最后,文章进行了相关仿真和测试实验。仿真和实验结果表明,所设计信号同步采集与处理模块能很好地完成对信号的采集,处理和数据通信功能,满足设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 选题背景与意义  10-11
  1.2 同步相量测量技术综述  11-14
    1.2.1 同步相量测量技术原理概述  11-13
      1.2.1.1 广域测量系统基本原理和结构简介  11
      1.2.1.2 同步相量测量技术基本原理概述  11-13
    1.2.2 同步相量测量的发展与研究现状  13-14
  1.3 本文的主要工作  14-15
第二章信号同步采集与处理模块总体设计  15-18
  2.1 信号同步采集与处理模块功能定义  15
  2.2 信号同步采集与处理模块总体设计  15-17
  2.3 本章小结  17-18
第三章模拟信号检测模块的设计与实现  18-31
  3.1 信号调理电路设计  18-27
    3.1.1 信号调理电路的组成  18
    3.1.2 传感器的选择和使用  18-19
    3.1.3 滤波电路设计  19-24
      3.1.3.1 有源滤波器基本结构及原理  20-21
      3.1.3.2 有源滤波器参数选择及性能分析  21-24
    3.1.4 幅值调理电路设计  24-25
    3.1.5 限幅电路设计  25-27
      3.1.5.1 限幅电路原理  25-26
      3.1.5.2 限幅电路功能测试  26-27
  3.2 模数转换电路设计  27-30
    3.2.1 交流采样的原理及要求  27-28
    3.2.2 信号采样及A/D 转换电路设计  28-30
      3.2.2.1 ADS7864 芯片介绍  28-29
      3.2.2.2 ADS7864 的工作原理  29
      3.2.2.3 ADS7864 与DSP 和CPLD 的连接  29-30
  3.3 本章小结  30-31
第四章同步采样脉冲发生模块设计  31-40
  4.1 同步采样脉冲发生模块的设计与实现  31-38
    4.1.1 数字鉴相器的设计  32-35
      4.1.1.1 数字鉴相器基本原理  32-33
      4.1.1.2 数字鉴相器的设计  33-34
      4.1.1.3 数字鉴相器功能仿真  34-35
    4.1.2 数字环路滤波器的设计  35-36
      4.1.2.1 数字环路滤波器的原理与设计  35-36
      4.1.2.2 数字环路滤波器功能仿真  36
    4.1.3 数字压控振荡器的设计  36-38
      4.1.3.1 数字压控振荡器的原理与设计  36-37
      4.1.3.2 数字压控振荡器功能仿真  37-38
    4.1.4 信号调节模块的设计  38
  4.2 同步采样脉冲发生模块性能测试  38
  4.3 本章小结  38-40
第五章数据处理与通信模块设计  40-61
  5.1 TMS320F2812 介绍及其外围电路设计  40-42
    5.1.1 TMS320F2812 芯片简介  40-41
    5.1.2 电源及复位电路设计  41-42
  5.2 相量测量常用算法分析与选取  42-48
    5.2.1 同步相量测量常用算法简介  42-43
    5.2.2 一种基于DFT 的相量测量改进算法介绍  43-48
      5.2.2.1 非同步采样情况下的DFT 误差分析  44-46
      5.2.2.2 频率和相角测量  46-47
      5.2.2.3 幅值测量  47-48
  5.3 数据处理的软件设计与实现  48-56
    5.3.1 软件开发环境简介  48-49
    5.3.2 算法相关库函数介绍  49-50
    5.3.3 模数转换相关控制信号产生  50-51
      5.3.3.1 ADC 工作时钟信号的产生  50-51
      5.3.3.2 ADC 数据的读取控制信号  51
    5.3.4 读取数据的软件处理  51-52
      5.3.4.1 读取数据的解析  51-52
      5.3.4.2 定点DSP 对浮点小数的处理  52
    5.3.5 数据处理软件设计流程  52-54
    5.3.6 软件实现算法的算例验证  54-56
  5.4 通信接口设计  56-60
    5.4.1 基于IEEE1451.2 标准的TII 通信接口设计  56-59
      5.4.1.1 IEEE1451.2 标准简介  56-57
      5.4.1.2 TII 接口功能定义及通信流程  57-58
      5.4.1.3 TII 接口的电路设计与实现  58-59
    5.4.2 RS232 调试串口设计  59-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章模块性能总体测试  61-66
  6.1 实验测试平台介绍  61-62
  6.2 实验测试结果  62-65
  6.3 本章小结  65-66
第七章总结与展望  66-68
  7.1 总结  66-67
  7.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
攻硕期间取得的研究成果  71-72

同步相量测量单元中信号同步采集与处理模块的研究

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