基于FPGA数字化变电站智能终端的设计研究

发布时间：2017-10-23 15:01

  本文关键词：基于FPGA数字化变电站智能终端的设计研究

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【摘要】：我国目前正在大力的发展智能电网,对于智能变电站的研究和建设是智能电网建设的核心目标之一。智能变电站中提出的一次设备智能化指的就是用电子互感器代替传统的互感器,用智能断路器代替传统高压断路器,以实现变电站系统中高压电路与低压电路的有效隔离,保证变电站系统工作稳定性和维护的便捷性。但是由于智能断路器的技术还不成熟,为了保证智能变电站一次设备智能化的实现,便在过程层中引入了一个全新设备：智能终端。智能终端是智能变电站中一次设备与二次设备的结合面,实现了对传统一次设备的智能化改造,是目前智能变电站解决与传统开关、变压器接口的最优方案。智能终端是智能电网中的重要组成部分,本文从智能电网的概念和结构出发,分析智能终端所处的位置以及实现的主要功能,然后对智能终端的硬件设计提供一种可行的实现方案,对传统智能终端的诸多弊端进行改进。本文设计方案为基于Xilinx的Zynq7010型号FPGA核心芯片方案,利用其芯片内置的网络处理核心、串口处理核心、USB口处理核心,实现基础功能；同时由FPGA控制,搭配一系列功能芯片,实现诸如flash读写,模拟量输入输出功能。同时对其实现的主要功能进行代码设计及仿真,验证实现功能以证明其可行性。Zynq7010芯片内部包含两个ARM核心和一个逻辑处理核心,利用其高效能的处理能力改善传统微机式等方式的传统智能终端在数据处理能力上的不足。同时其自带的千兆网口收发解决方案,配合PHY和网络变压器等硬件方案,实现以光纤为介质的千兆网传输方案,改善传统铜线式传输的速率低、抗干扰能力差、传输介质体积重量大的缺点。
【关键词】：智能变电站 智能终端 FPGA
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM76;TM63
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 1 引言10-14
• 1.1 研究目的及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 我国智能终端系统存在的问题12
• 1.4 课题主要研究内容12-14
• 2 智能变电站14-17
• 2.1 智能变电站概念14
• 2.2 智能电网对变电站的要求14-15
• 2.3 智能变电站网络构架15-16
• 2.4 智能化一次设备16-17
• 2.4.1 智能化一次设备16
• 2.4.2 智能化一次设备的特征16-17
• 3 智能终端硬件设计17-30
• 3.1 硬件功能细分17-19
• 3.2 核心芯片选择19-21
• 3.3 外部设备设计21-23
• 3.3.1 PS端随机存储器DDR3设计21-22
• 3.3.2 千兆光纤网络口设计22
• 3.3.3 数据存储SPI-flash设计22-23
• 3.4 电源设计23-24
• 3.5 开关量输入输出设计24-25
• 3.5.1 开关量输入电路24-25
• 3.5.2 开关量输出电路25
• 3.6 模拟量输入输出设计25-27
• 3.6.1 模拟量输入电路25-26
• 3.6.2 模拟量输出电路26-27
• 3.7 USB电路设计27-28
• 3.8 网口设计28-30
• 4 智能终端功能实现分析及仿真30-47
• 4.1 总体功能框架30
• 4.2 SPI-flash控制功能30-38
• 4.2.1 SPI-flash功能介绍30-34
• 4.2.2 VHDL代码设计仿真34-38
• 4.3 输入输出口控制功能38-42
• 4.3.1 时钟分频器38-39
• 4.3.2 滤波器39-42
• 4.4 模拟量输入输出功能42-47
• 5 结论与展望47-49
• 5.1 结论47
• 5.2 展望47-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-52
• 附录52-76
• 作者简介76

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本文编号：1083953