基于嵌入式FPGA的合并单元设计

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1、华中科技大学硕士学位论文基于嵌入式FPGA的合并单元设计姓名：周勇申请学位级别：硕士专业：电气信息检测技术指导教师：李开成2011-01-07摘要随着智能电网相关技术的深入研究和发展，系列数字化、智能化的一次设备和二次设备相继出现，一些数字化变电站试点工程也投入运行，反映了电力系统的发展方向。电子式互感器较传统的电磁式互感器有着显著的优势，在变电站建设中有着广泛的应用前景，其应用的一个关键技术是电子式互感器与二次设备的接口通信问题，本文研究的合并单元就是该技术的具体实现，合并单元的出现简化了二次设备设计，对变电站内信息共享和系统集成有着非常重要的作用。本文首先

2、分析了数字化变电站的发展前景，详细对比了电子式互感器与电磁式互感器的优缺点，结合国内外合并单元的研究应用现状，分析了IEC61850通信协议的接口特点，提出了一种基于SOPC的合并单元的设计方案，详细介绍了合并单元的各功能模块的具体实现。本文分硬件和软件两部分详细介绍了基于嵌入式SOPC技术的合并单元，采用NiosII内核处理器的FPGA平台，定制了系统相关外设，构成了一个完整的处理器系统，深入研究了合并单元的时钟同步问题，采用GPS精确对时和高精度晶振精确定时，保证了时钟同步以及采样脉冲的准确性。结合FPGA的IO接口多的特点，设计了多路数据同步接收模块，并

3、采用FIFO数据缓冲模块和内部RAM实现12路数据的集中处理，提高了系统的集成度，采样数据由NiosII系统按照IEC61850-9-1协议组帧，采用双路以太网输出模块实现数据的快速传输，最后通过实验验证了系统的可靠性。关键词：合并单元电子式互感器SOPCFPGAIAbstractWiththegreatdevelopmentandin-depthresearchinsmartgridrelatedtechnologies,aseriesofdigital,intelligentprimaryequipmentandsecondaryequipmentgrad

4、uallyappearsoneafteranother,someofthepilotprojectofdigitalsubstationalsoputintooperation,reflectingthedevelopmentdirectionofpowersystem.ElectronicTransformerhasmoreadvantagesthantraditionalelectromagnetictransformer,ithasawiderangeofapplicationsintheconstructionofdigitalsubstations,

5、akeytechnologyinapplicationisthecommunicationinterfacebetweenelectronictransformerandsecondaryequipments.ThestudyofmergingUnitisaconcreterealizationofthetechnology,theemergenceofmergingunitsimplifiesthedesignofsecondaryequipment,hasaveryimportantroleofinformationsharingandsysteminte

6、grationwithinthesubstation.Thispaperfirstlyanalyzestheprospectsforthedevelopmentofdigitalsubstations,comparesindetailtheadvantagesanddisadvantagesbetweentheelectronictransformerandelectromagnetictransformer.Secondly,itanalyzesthepresentresearchstatusofmergingunitathomeandaboard,andt

7、hecommunicationinterfacebasedonIEC61850standard.Thirdly,itproposesasystemschemewhichbasedonSOPCtechnology,describesthefunctionandimplementationofeachmoduleofmergingunitparticular.ThispapernarratedamergingunitbasedonembeddedSOPCtechnologyintwopartofhardwareandsoftware,thesystemplatfo

8、rmusesNiosIIprocess