雷电定位系统中故障检测及授时系统的FPGA实现

发布时间：2020-05-20 18:22

【摘要】：在日常生活中,雷电是在各地都非常普遍的自然灾害,其释放的巨大能量经常影响到国家输电网络的正常运行。由于经济成本等因素的限制,我国很多的输电线路处于裸导线状态,常年暴露于外界,因雷击而造成的故障占到跳闸原因的百分之五十以上,这已经成为电力系统的一大问题。因此,一种能够迅速地、准确地找到雷击故障所在地的方案,在保障供电系统稳定运行中扮演着至关重要的作用。为了更清楚的分析和设计雷电定位系统,本文中首先介绍了雷电定位系统、数字下变频技术以及精确时间标定技术的发展背景及意义,查找资料并研究了它们当前在国内外的研究现状。然后在第二章以及第三章中详细的分析了数字下变频技术的基础理论并进行了系统的详细设计,比如积分级联滤波器、有限冲击响应数字滤波器等。同时,在第四章中,对精确时间标定技术的特性进行了研究,进行了授时系统的设计。在第五章中,利用Vivado和Modesim等软件进行具体的硬件电路实现,并编写相应的功能程序,将设计需求转变为实际的代码以及电路结构。另外,对于所编写的程序,进行了准确的的仿真测试以及功能调试。最后,总结了本论文工作的内容并提出了设计中的有待改进之处。本文中利用时差定位技术(TOA)、模数转换技术、数字下变频技术、信号处理技术以及时钟同步技术,设计出了能够实时监测输电线路并对雷击精确授时的的系统。该系统能够不间断的对输电线路的磁场状况进行监测,当某处受到雷击影响时,其周围的磁场会立刻随之变化,此时,通过模数转换,在FPGA中所接收的数字信息就会即刻产生故障尖峰。再通过能量阈值检测,配合GPS中精确的PPS秒脉冲,能够对所接受到的故障尖峰进行准确的授时。各地的雷击测量站以此为根据便能精确的计算出雷击所发生的位置,并及时、快速的对故障进行修理,保障输电网络的稳定运行。通过各地的雷击故障检测系统,根据GPS的常时稳定性以及恒温晶振的短时稳定性,能够将雷击故障时间误差控制在100ns,其对应的地理位置误差为30米,这个结果非常准确,能够保障排查人员迅速的找到故障所在。
【图文】：

积分梳状滤波器的幅频特性图

实际监测的雷电波形
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM863

【参考文献】

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本文编号：2673015