基于FPGA的配电网故障数据采集与处理
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摘要
本课题来源于和某企业的合作,计划设计出一套企业配电网故障综合选线智能应用系统。
在电力系统中,中性点的接地方式可以分成两种：一种是大电流接地方式,它主要包括：中性点直接接地,中性点经电阻(低电阻或者中电阻)接地,以及中性点经低电抗接地；另外一种是小电流接地方式,主要有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、以及中性点经高电阻接地这三种接地行式。
目前,小电流接地系统单相接地故障选线装置均采用集中式结构,配电网多条线路的现场数据(零序电压、零序电流等)通过信号传输线送至故障选线装置集中采集,集中处理,这种方法由于现场到故障选线装置之间是模拟信号传输,极易受到干扰,且CPU或一个环节故障会引起整个系统瘫痪,故弊端多。本课题是对现场数据采集处理单元的研究,在现场总线型故障选线装置中,每条线路配置基于FPGA的数据采集处理器,对现场的数据进行采集与处理,将处理的数据通过PROFIBUS总线传递给信息融合选线单元,完成数据的采集、分析及现场数字通信。
The issue comes from the cooperation of an enterprise, plans to design an aptitude applications system of comprehensive fault line selection for enterprise distribution network.
Power system neutral grounding can be divided into two categories:high-current grounding (the neutral point effectively grounding) and the small-current grounding (the neutral point non-effectively grounding). In the high current ground way, there are:neutral grounding, neutral point of low resistance, low electrical resistance or the resistance grounding; in the small current ground way, there are: neutral point coil grounding, neutral ungrounded and high-resistance grounding the neutral point, etc.
At present, the small current grounding system of single phase fault line devices are centralized structure, the field data of distribution network and more lines (zero sequence voltage, zero sequence current, line voltage, etc.) through the signal transmission line sent to the equipment of fault line select to centralized collection, centralized treatment, this methodology owing to the fault line selection field between the devices is analog signal transmission, and ssusceptible to interference, the CPU or a link failure will cause the entire system can't work, so there is many drawback. This issue is field data acquisition and processing unit studies in field bus-based fault detection devices, each circuit configuration data acquisition based on FPGA processors, field data acquisition and processing, the processed data through the PROFIBUS bus passed to the fusion line selection unit, the completion of data collection, analysis, and digital communications field.
在电力系统中,中性点的接地方式可以分成两种：一种是大电流接地方式,它主要包括：中性点直接接地,中性点经电阻(低电阻或者中电阻)接地,以及中性点经低电抗接地；另外一种是小电流接地方式,主要有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、以及中性点经高电阻接地这三种接地行式。
目前,小电流接地系统单相接地故障选线装置均采用集中式结构,配电网多条线路的现场数据(零序电压、零序电流等)通过信号传输线送至故障选线装置集中采集,集中处理,这种方法由于现场到故障选线装置之间是模拟信号传输,极易受到干扰,且CPU或一个环节故障会引起整个系统瘫痪,故弊端多。本课题是对现场数据采集处理单元的研究,在现场总线型故障选线装置中,每条线路配置基于FPGA的数据采集处理器,对现场的数据进行采集与处理,将处理的数据通过PROFIBUS总线传递给信息融合选线单元,完成数据的采集、分析及现场数字通信。
The issue comes from the cooperation of an enterprise, plans to design an aptitude applications system of comprehensive fault line selection for enterprise distribution network.
Power system neutral grounding can be divided into two categories:high-current grounding (the neutral point effectively grounding) and the small-current grounding (the neutral point non-effectively grounding). In the high current ground way, there are:neutral grounding, neutral point of low resistance, low electrical resistance or the resistance grounding; in the small current ground way, there are: neutral point coil grounding, neutral ungrounded and high-resistance grounding the neutral point, etc.
At present, the small current grounding system of single phase fault line devices are centralized structure, the field data of distribution network and more lines (zero sequence voltage, zero sequence current, line voltage, etc.) through the signal transmission line sent to the equipment of fault line select to centralized collection, centralized treatment, this methodology owing to the fault line selection field between the devices is analog signal transmission, and ssusceptible to interference, the CPU or a link failure will cause the entire system can't work, so there is many drawback. This issue is field data acquisition and processing unit studies in field bus-based fault detection devices, each circuit configuration data acquisition based on FPGA processors, field data acquisition and processing, the processed data through the PROFIBUS bus passed to the fusion line selection unit, the completion of data collection, analysis, and digital communications field.
引文
[1]何仰赞,温增银等.电力系统分析(第2版)[M].武汉：华中理工大学出版社,1996
[2]肖白,束洪春,高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].继电器,2001,29(4)
[3]张新慧,徐丙垠,潘贞存.小电流接地系统单相接地故障选线原理[J].山东理工大学学报(自然科学版),2008,3
[4]庞清乐.基于智能算法的小电流接地故障选线研究[D].济南：山东大学,2007
[5]陈维江,蔡国雄,蔡雅萍等.10kV配电网中性点经消弧线圈并联电阻接地方式[J].电网技术,2004,12(24)
[6]王辉.10kV配电网中性点接地方式的研究[D].天津：天津大学,2006
[7]彭琢.基于小波分析的小电流接地系统单相接地故障的选线研究[D].长沙：长沙理工大学,2009
[8]张新慧,薛永端,潘贞存等单相接地故障零模暂态特征的仿真分析[J].电力自动化设备,2007,12(12)
[9]唐捷.基于小波包多频带相关分析及信息融合的故障选线方法研究[D].重庆：重庆大学,2007
[10]马星河,陈奎,唐轶等.中性点经消弧线圈接地电网选线装置的设计[J].电力系统及其自动化学报,2007,4(2)
[11]李颖峰.配电网中性点经消弧线圈接地方式探讨[J].电气开关,2008
[12]王娜,周有庆,龚静.小波变换在配电网单相接故障选线中的应用[J].电力自动化设备,2003,10(10)
[13]李冬辉,张伟.小波分析应用于直流系统接地故障检测[J].控制工程,2007,6(4)
[14]王恒山,吴荣章.中性点不接地系统断相故障实例分析[J].高电压技术,2006,5
[15]董宁娟.参数识别和小波包分析方法在故障诊断中的应用[J].结构强度研究,2009,2
[16]胡汉辉,谭青.基于小波包分析的风机故障诊断[J].风机技术,2010,3
[17]Li Nianqing,Wang Zhensheng,Li Ping.ECG Signal Denoising Using Adaptive Thresholding Based on Wavelet Transform International Symposium on Test Automation and Instrumentation.2008, PP:1585-1588
[18]王伟,焦彦军.暂态信号特征分量在配网小电流接地选线中的应用[J].电网技术,2008,2(4)
[19]杨新华,来帅,张丽娟.基于小波分析的电机故障诊断研究[J].大电机技术,2003,5
[20]潘猛.基于小波包原理的小电流接地系统故障选线研究[D].济南：山东大学,2008
[21]戴丽.小波包分析在井下供电线路质量分析中的应用[J].电子质量,2008,4
[22]刘明才.小波分析及其应用[M].清华大学出版社,2005
[23]苏战涛,吕艳萍.一种基于小波包分析的小电流接地电网单相接地故障选线新方法[J].电网技术,2004,12
[24]朱正伟.基于小波理论的电力系统故障检测方法研究[D].南京：南京理工大学,2006
[25]S.G.Mallat.A Theory for Multiresolution Signal Decomposition:The Wavelet Representation. IEEE on PAMI,11,7,575-593(1989)
[26]张伟,韩一明,吴新玲.基于FPGA的高速数据采集系统的设计[J].电力情报,2002,4(3)：46-49
[27]覃洪英.数字电路教学及实验与FPGA的结合[J].科技资讯,2008,15
[28]陈家祯,郑子华,叶锋.基于FPGA的信号滤波系统设计与实现[J].长沙大学学报,2007,(05)
[29]胡辉,李国洪,姚晓琼.配电网终端数据采集器的设计[J].低压电器,2010,7
[30]朴现磊,熊继军,沈三民.基于FPGA的高速数据采集系统的设计[J].微计算机信息,2008,24(1)：209-211
[31]潘建国,阙沛文,雷华明.基于FPGA的高速大容量数据采集系统设计[J].电子测量技术,2008,31(9)：166-169
[32]徐钧.基于USB和FPGA技术的高性能数据采集系统设计与实现[D].南京：南京理工大学,2007
[33]杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社,2002—12
[34]孔利东.基于FPGA的数据采集与处理技术的研究[D].武汉：武汉理工大学,2007
[35]吕绍娟,赵不贿.FIR数字滤波的FPGA实现[J].微计算机信息,2008,(20)
[36]刘凌.数字信号处理的FPGA实现(第2版)[M].清华大学出版社,2006
[37]管明波.基于FPGA与PC机的地震动信号采集与处理系统的研究与实现[D].南京：南京理工大学,2008
[38]郑应强杨,金岩.AD7714模数转换器的工作原理及应用[J].国外电子元器件,2000,6
[39]黄容兰,万德焕.基于FPGA的A/D转换采集控制模块设计[J].数据采集与处理,2009,10
[40]周军,张光烈,徐志勇.基于串行FIFO双口RAM的高速A/D转换采集系统的设计[J].电子应用,2002,5：50-53
[41]胡宏平,胡兵.基于FPGA的双口RAM在信号采集中的应用[JJ.PLD CPLD FPGA应用,2003,12(2)：223-224
[42]季强,刘利强.双口RAM在数据采集系统中的应用[J].应用科技,2004,5(5)：22-24
[43]唐跃平,韩存兵,李咏强.双口RAM与FIFO芯片在数据处理系统中应用的比较[J].微型机与应用,2000,9：27-28.
[44]秦鸿刚,刘京科,吴迪.基于FPGA的双口RAM实现及应用[J].电子设计工程,2010,2(2)：72-74
[45]阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].清华大学出版社,2002
[46]严丽霞,瞿坦.一种基于PROFIBUS的经济型现场总线控制系统[J].自动化仪表,2002,23(5)：52-55
[47]闫霞.基于FPGA的PROFIBUS-DP从站接口研究[D].武汉：武汉科技大学,2007.
[48]王建校,危建国.SOPC设计基础与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社.2006
[49]王刚,张潋.基于FPGA的SOPC嵌入式系统设计与典型实例[M].北京：电子工业出版社.2009
[50]罗苑棠.CPLD/FPGA常用模块与综合系统设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社.2007
[51]周立功SOPC嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社,2006
[52]周润景,图雅,张丽敏.基于Quartus Ⅱ的FPGA/CPLD数字系统设计实例[M].北京：电子工业出版社,2007
[53]Sai Prashanth, Prashant Agrawal.Nios Ⅱ Processor-Based Self-Adaptive QRS Detection System.Nios Ⅱ Embedded Processor Design Contest—Outstanding Designs 2007, pp:319-332
[54]ALTERA. Cyclone Device Handbook[S].2005:93
[55]曾繁泰,陈美金.VHDL程序设计[M].北京：清华大学出版社,2000.
[56]李兰英.NIOS Ⅱ嵌入式软核SOPC设计原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社.2006
[57]S.G.Mallat.A Theory for Multiresolution Signal Decomposition:The Wavelet Representation.IEEE on PAMI,11,7,575-593(1989).
[58]崔巍,刘波,曹剑中等.基于FPGA小波变换核的设计与实现[J].电光与控制,2009,3(3)
[59]PROFIBUS Specification,Normative parts of Peodivus—FMS—DP-PA according to the europe an standard EN 50170.Edition 1.0,March 1998.
[2]肖白,束洪春,高峰.小电流接地系统单相接地故障选线方法综述[J].继电器,2001,29(4)
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[12]王娜,周有庆,龚静.小波变换在配电网单相接故障选线中的应用[J].电力自动化设备,2003,10(10)
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[20]潘猛.基于小波包原理的小电流接地系统故障选线研究[D].济南：山东大学,2008
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