基于FPGA的三相电参数采集器的研究与实现

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随着科学技术的发展和社会的进步,数据实时采集和通信成为实现人们沟通最为普遍和有效的环节,电能量参数的实时采集和传输更是电力系统最为关键的环节,复杂的电磁环境,波动的电网特性,对此环节提出更高的要求。现场可编程逻辑门阵列因其大容量的逻辑门数、软核技术、自主知识产权核的灵活定制的支撑,不仅增强了其数据处理能力,而且提高了其嵌入式应用能力,满足数据采集与处理系统实时处理、高可靠性的设计要求,灵活地运用SOPC技术,将设计分解成独立模块,可大幅度缩短产品研发周期。论文较为深入的调研了目前国际和国内三相电参数实时采集与处理的前沿动态和发展状况,结合课题的需求分析,设计出其系统构架。按照电网行业相关标准定位本课题的预定指标,研究并实现了一种基于FPGA的实时三相电参数采集、处理及远程传输系统的硬件方案和配套软件算法,以替代传统的“DSP+ASIC”架构。进一步分析系统的项目需求及相应的参数指标;利用片上软核处理器和SOPC技术的优点,在单片FPGA内部实现系统硬件电路及软件平台的搭建;采用模块化的开发流程,实现系统本身和外界通信的各功能模块,确定了系统及其各核心模块的技术框架。系统硬件方案分数据采集、电源、数据缓存、数据非易失存储以及数据传输等模块进行设计并测试,并对以上核心模块的硬件电路和驱动程序做了较为深入的探讨,最终将本文设计的硬件方案予以实现,提供了相应的测试数据。并依托此三相电参数采集器,设计和实现了一种三相电能表现场校验仪,测试指标达到预定指标。实现的三相电参数采集器充分发挥MicroBlaze软核处理器及SOPC技术的优势,简化了电路设计,缩短了系统开发周期,提高了设计效率;利用FPGA的可编程特性和模块化设计,使得系统的电路设计及其算法具有良好的可移植性和可重构性,便于系统的扩展和升级,增强了系统的灵活性和完整性。该系统开发成本低,集成度高,具有较强可重构性。
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