数字继电保护测试仪检测系统的数据采集装置研制

发布时间：2017-10-06 07:46

  本文关键词：数字继电保护测试仪检测系统的数据采集装置研制

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【摘要】：继电保护测试仪是确保电力系统安全稳定运行的重要测试工具,可以对变电站中的继电保护装置进行检测;随着变电站中数字化、智能化装置的使用,继电保护装置也逐步实现了数字化,而针对数字继电保护装置的测试也有了新的标准与要求。根据DLT/860系列标准研发的数字继电保护测试仪,可以有效的测试数字化继电保护装置的性能,为电力系统的安全运行提供了一个重要的保障。因此,有必要研制数字继电保护测试仪检测系统,用于对数字继电保护测试仪的性能进行定期检测。本课题研制了数字继电保护测试仪检测系统的数据采集装置,该装置属于数字继电保护测试仪检测系统的核心部分,能够对数字继电保护测试仪输出的相关信号进行数据的采集与处理,使得检测系统可以对数字继电保护测试仪的主要功能进行检测。针对数字继电保护测试仪输出的交流小信号、FT3数据帧以及开关量信号,数据采集装置都可以进行数据的采集与处理,并将处理所得的数据发送给检测系统的上位机进行分析与显示。本设计以基于Cortex-M4内核的STM32F407ZGT6处理器与可编程逻辑器件CPLD为核心,六路交流小信号由PGA205可编程增益放大器进行放大处理,然后使用高精度A/D采样芯片ADS8556进行采样,并通过FFT运算求得信号的幅值;FT3数据帧使用曼彻斯特编码,由CPLD对FT3数据帧进行曼彻斯特解码,通过STM32F407ZGT6处理器将解码所得的数据发送给上位机进行处理;数据采集装置设计了四对开关量,可用于检测数字继电保护测试仪的开关量模块;数据采集装置与检测系统的上位机之间使用以太网进行快速通信。本文首先介绍了课题研究的背景及意义,对数据采集装置需要完成的主要任务进行了说明,其次对数据采集装置所用到的算法及协议进行了介绍。接着在硬件设计部分结合电路图对装置的硬件模块进行了分析,在软件设计部分结合软件流程图对装置的软件设计进行了说明;然后通过测试确定了数据采集装置各模块的性能达到了设计要求,最后对本课题的成果进行总结并提出了设计的不足之处与改进措施。
【关键词】：继电保护 交流小信号检测 FT3曼彻斯特解码 开关量 Cortex-M4
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM77;TP274.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-11
• 1.1 研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 课题主要研究内容10
• 1.4 本章小结10-11
• 第2章 数据采集装置相关算法和协议介绍11-21
• 2.1 数据采集装置概述11-12
• 2.1.1 数据采集装置的主要功能11
• 2.1.2 数据采集装置的性能指标11-12
• 2.2 交流小信号采样方法选取12-13
• 2.2.2 非同步采样12
• 2.2.3 采样方法的选取12-13
• 2.3 快速傅里叶变换13-14
• 2.4 符合IEC60044-8标准的FT3数据帧格式介绍14-17
• 2.5 FT3数据帧曼彻斯特解码方法介绍17-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第3章 数据采集装置的硬件设计21-40
• 3.1 系统硬件方案设计21-22
• 3.2 ARM最小系统设计22-25
• 3.2.1 STM32F407ZGT6处理器介绍22-23
• 3.2.2 最小系统电路设计23-25
• 3.3 小信号检测模块电路设计25-32
• 3.3.1 滤波电路设计25-26
• 3.3.2 放大电路设计26-28
• 3.3.3 A/D采样电路设计28-30
• 3.3.4 同步电路设计30-31
• 3.3.5 flash电路设计31-32
• 3.4 曼彻斯特解码模块电路设计32-35
• 3.4.1 光电转换电路设计33-34
• 3.4.2 CPLD最小系统设计34-35
• 3.5 开关量电路设计35-38
• 3.5.1 开入量电路设计35-36
• 3.5.2 开出量电路设计36-38
• 3.6 网口通信电路设计38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第4章 数据采集装置的软件设计40-57
• 4.1 软件平台介绍40-41
• 4.2 主程序设计41
• 4.3 小信号检测模块程序设计41-45
• 4.4 FT3数据帧曼彻斯特解码程序设计45-50
• 4.5 开关量程序设计50-53
• 4.5.1 开入量程序设计51-52
• 4.5.2 开出量程序设计52-53
• 4.6 通信程序设计53-56
• 4.6.1 以太网协议简介53-55
• 4.6.2 Lw IP协议栈实现以太网通信55-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 系统调试与结果分析57-63
• 5.1 系统调试57-58
• 5.1.1 硬件调试57-58
• 5.1.2 软件调试58
• 5.2 试验结果与分析58-62
• 5.2.1 小信号检测模块测试59-60
• 5.2.2 FT3数据帧曼彻斯特解码模块测试60-62
• 5.2.3 开关量模块测试62
• 5.2.4 误差分析62
• 5.3 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-68
• 发表论文和参加科研说明68-69
• 致谢69-70
• 附录70-72

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本文编号：981598