基于FPGA的OCT卡尔曼滤波并行处理方法

发布时间：2017-12-18 11:37

  本文关键词：基于FPGA的OCT卡尔曼滤波并行处理方法

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【摘要】：随着智能电网的提出与发展,数字化变电站要求互感器具有数字量的输出,并具有智能化的特征。基于Faraday磁光效应的光学电流互感器具有优良的绝缘性能和与电流大小和波形无关的线性化动态响应能力,适应于数字化变电站的要求。然而在测量小电流时,光学电流互感器中的光电信号比内部噪声信号小,且光学电流互感器的实时性要求颇高。另外,OCT在不同的工作环境下,测量精度受温度的影响也比较明显。因此,需要高速地分离光学电流互感器中的噪声和信号,在满足OCT测量精度的同时提高实时性。本文把基于FPGA的OCT卡尔曼滤波并行处理方法作为研究对象,对其进行了数学模型的建立、快速卡尔曼滤波算法编程和FPGA实现、温度-电流采集系统的建立和温度-电流的关系的探索等工作。首先阐述了光学电流互感器的测量原理,叙述了本文采用的OCT结构和噪声特性。通过噪声的频谱特性,分析得到OCT输出的信噪特性。为了满足光学电流互感器信噪特性和实时性要求,提出了一种适于在FPGA上实现的快速卡尔曼滤波算法。在输入电流分别为交流、直流、交直流三种情况下,建立合适的快速卡尔曼滤波动态空间模型。基于LabVIEW仿真验证快速卡尔曼滤波算法在三种情况下滤波的有效性,仿真表明快速卡尔曼滤波能够有效地对电流进行信噪分离,提高性噪比。基于LabVIEW FPGA硬件,将快速卡尔曼滤波算法在硬件平台上并行实现。对此算法的离线计算、数据存入与读取、状态量后验估计、滤波结果处理等模块进行了重点设计。利用IP核优化技术,改进了算法的FPGA实现结构,使得各模块可以真正的并行化运行。在保证滤波精度的同时提高了速度,降低了资源的使用率。最后,设计了温度-电流采集系统。该系统利用本文搭建的基于FPGA的信号实时处理平台,实时采集和处理各个温度下的电流数据,得到了温度-电流曲线,验证了本文基于FPGA实现的快速卡尔曼滤波算法的有效性,为OCT电流在线补偿工作夯实了基础。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM452

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本文编号：1304045