發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 23:23

【摘要】：伴隨著智能電網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展,數(shù)字化電能表已大范圍應(yīng)用于變電站中,因此,對(duì)數(shù)字化電能表的研究成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。雖然,目前數(shù)字化電能表已經(jīng)在實(shí)際生活中應(yīng)用,并有比較成熟的技術(shù),但是,在變電站的應(yīng)用中,還存在著一些問(wèn)題,如:大數(shù)據(jù)量的處理速度不夠快、MAC地址固定化不可更改等。而FPGA不僅具有現(xiàn)場(chǎng)可編程能力、處理數(shù)據(jù)的速度快、實(shí)時(shí)性好、自帶IP核等優(yōu)點(diǎn),且比較適合在高速采樣頻率下工作。由此可以看出,它非常適合作為需要實(shí)時(shí)控制的數(shù)字化電能表內(nèi)部的一個(gè)CPU。本課題以變電站數(shù)字化電能表為起點(diǎn),詳細(xì)講述目前變電站唯一的協(xié)議IEC61850標(biāo)準(zhǔn),以及IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,最后闡述了本課題研究的數(shù)字化電能表的系統(tǒng)框架,主要包含硬件電路的搭建與FPGA邏輯設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。在硬件電路的搭建部分,首先介紹了器件及芯片的選型,然后采用Altuim Designer軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì),最后搭建了基于目標(biāo)芯片EP4CE115F29C7N、AFBR-5803AT光纖以太網(wǎng)收發(fā)器和DP83849IFVS物理器件的硬件平臺(tái)。在FPGA邏輯設(shè)計(jì)部分,在Quartus II 13.0平臺(tái)上采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)數(shù)字化電能表進(jìn)行模塊化邏輯設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)子模塊,并利用ModelSim進(jìn)行模塊功能仿真,在硬件電路允許的情況下,通過(guò)SignalTap II對(duì)FPGA周圍的管腳進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。最后,將硬件電路和FPGA邏輯模塊整合在一起,完成基于FPGA的數(shù)字化電能表的設(shè)計(jì),并利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器件——DE2-115開發(fā)板和100M多模光纖以太網(wǎng)收發(fā)器,構(gòu)建模擬合并單元模塊,以驗(yàn)證本課題設(shè)計(jì)的電能表能基本實(shí)現(xiàn)其功能。
【學(xué)位授予單位】：武漢輕工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM933.4;TN791
【圖文】：

增加了其可靠性，符合了電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。2 數(shù)字化電能表技術(shù)著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展以及電力市場(chǎng)對(duì)電能表提出的，推動(dòng)了數(shù)字化電能表的不斷發(fā)展。目前，根據(jù)不同計(jì)量結(jié)構(gòu)的原能表可以分為：基于專用電能計(jì)量芯片型和基于雙核處理器型兩種[13]。. 基于專用計(jì)量芯片型的數(shù)字化電能表[14] 1.1 是基于專用的計(jì)量芯片型的數(shù)字化電能表的典型結(jié)構(gòu)，它采用片為數(shù)據(jù)處理核心器件，直接使用硬件芯片算出無(wú)功和有功電能等僅只需要一片主 CPU 對(duì)計(jì)量芯片輸出的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀出保。

圖 1.1 基于專用電能計(jì)量芯片型的數(shù)字化電能表的結(jié)構(gòu)圖專用的計(jì)量芯片內(nèi)部含有專門用作數(shù)據(jù)處理的 DSP 電能計(jì)量模塊、SPI 通信接口模塊以及高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器等，因此，它屬于一種片上系統(tǒng)芯片（SOC），且擁有高度集成的性能。典型產(chǎn)品有美國(guó) ADI 的 ADE7878，珠海炬力公司的ATY7026A，SAMES 公司的 SA9904A 等，電壓、電流通過(guò)這些片上系統(tǒng)芯片都能夠得到其有效值，完成有功和無(wú)功的計(jì)量。由于采用專用的計(jì)量芯片的數(shù)字化電能表，其抗干擾能力和計(jì)量精度主要取決于專用的計(jì)量芯片內(nèi)部 DSP 和高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器，因此，為了使計(jì)量功能越來(lái)越復(fù)雜，就需要更好的電能計(jì)量芯片，但這不僅會(huì)使電能表的開發(fā)成本增加，還會(huì)使電能參量計(jì)量在電能表中的靈活性下降[15,16]。2. 基于雙核處理器（DSP+ARM）型的數(shù)字化電能表基于雙核處理器（DSP+ARM）型的數(shù)字化電能表，典型結(jié)構(gòu)圖如圖 1.2 所示，這類電表直接將電壓和電流信號(hào)整合到了 IEC61850-9-2 數(shù)據(jù)包中，通過(guò)光纖傳輸?shù)诫p核處理器（ARM+DSP）中，其中 ARM 主要負(fù)責(zé)對(duì)其幀格式進(jìn)行解包處理，而 DSP 則利用程序算法計(jì)算出電能參量，最后傳遞給 ARM 驅(qū)動(dòng)顯示。

無(wú) 無(wú) SO/iec8802-3 和按照 IEEE802.1Q 的優(yōu)先權(quán)標(biāo)記或 VLAN.3 的-FXIEEE802.3 的10Base-FL 碼準(zhǔn)遵循的編碼方式是 ASN.1（Abstract S是一種 ISO/TUI-T 標(biāo)準(zhǔn)，它定義了抽象的的編碼、傳輸和表示的標(biāo)記方法。廣泛定義lean)、八位位組串類型(OCTET String)、GER）等。BER 作為第一個(gè)定義的編碼規(guī)則都只需要在 BER 上增加新的規(guī)則，A9,30,31]。

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