基于SOPC的电能质量监测与保护系统设计

发布时间：2017-12-01 17:02

  本文关键词：基于SOPC的电能质量监测与保护系统设计

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【摘要】：随着电网规模的不断扩大,非线性负荷数量的迅速上升,使得电力系统的电能质量恶化问题日益严重,而同时国民生产和生活对电能质量的要求却越来越高。因此,实时监测电网的电能质量状态,及时有效地解决存在的问题,保证电力系统安全、经济、高效地运行,是一项具有重要意义的研究课题。本文设计了一种新型电能质量监测与保护系统,通过调用嵌在现场可编程门阵列(FPGA)内部的软核处理器Nios II来构建片上可编程系统(SOPC)综合开发平台,对电网电压、电流、功率、频率和谐波等电力参数进行实时监测和分析,同时根据实时分析结果由FPGA输出的弱电信号控制操动机构对断路器等设备做出控制操作,从而有效保护电力系统的稳定运行。论文首先对电能质量监测与保护系统的发展概况和背景做了简单介绍,并对电能质量监测原理与保护技术以及本系统采用的SOPC技术进行了理论阐述。然后着重从硬件和软件两个方面详细介绍了系统的设计和实现。其中硬件部分是以FPGA为核心,主要完成了SOPC综合开发平台的构建以及电源电路、信号调理电路、A/D采集电路、实时时钟及存储电路、串口电路、按键及显示电路、故障保护电路等各个硬件模块的设计。软件设计部分主要介绍了数据采集模块、实时时钟和存储模块、按键及显示模块、输出驱动与保护模块、数字滤波模块、FFT谐波分析模块等几部分。其中,数据采集通过A/D控制器IP核和同步数字锁相倍频电路实现对电网信号的实时采集;谐波分析采用FFT IP核实现,并在FFT运算之前设置了FIR数字滤波,与模拟低通滤波相结合,有效地滤除干扰成分,提高测量精度。同时,本设计中各个模块的实现主要是通过硬件描述语言Verilog编写的自定义IP Core,并将其集成在SOPC Builder中,通过构建NIOS II软核系统,并将上述各个模块作为NIOS II软核处理器的外设挂在Avalon总线上,来对其实现控制。这些模块方便调用、便于移植,体现了SOPC的设计优势。最后,对论文工作进行了总结和展望,并通过一系列测试实验验证了本系统的正确性和精度。基于SOPC的电能质量监测和保护系统具有开发周期短、集成度高、可重构等优点,有效提高了系统的灵活性和可扩展性,对电能质量监测仪进一步开发有着重要的借鉴意义。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM76

【参考文献】

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1 闫斌;;基于FFT谱分析测频算法的FPGA实现[J];科技创新与应用;2013年35期

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本文编号：1241789