专利名称：一种基于fpga的电力系统同步向量测量计算的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统，尤其涉及一种基于FPGA (Field — ProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列)的电力系统同步向量测量计算的装置，为电力系统更可靠、稳定的运行提供更高精度的同步向量数据。
背景技术：
一般实现电力系统中同步向量测量计算的成熟方法是利用DSP (Digital SignalProcessing,即数字信号处理)进行模拟量数据同步采样，并利用同步采样数据基于傅里叶 运算而计算得出。同步向量测量计算精度对电力系统稳定运行有着极其重要的的意义，而影响同步向量测量计算精度的主要因素有同步采样精度及计算方法。同步采样方法主要有频率自适应采样及定间隔采样两种；而计算方法一般都采用DFT (即离散傅里叶变换)进行计算。对于DSP，其虽然与通用的MCU (Micro Control Unit，即为控制单元)相比，其具有主频高、运算速度快、基于流水线的操作等优点，但其毕竟是基于指令的运算，而指令具有指令周期，这样一个基于DSP的运算程序必定是基于多条指令串行运行的，故其达不到200ksps采样频率的高密度采样需求，因而目前一般采用IOksps的采样速率。不管DSP是采用频率自适应采样还是定间隔采样，在模拟量数据不是工频时，采用DFT进行计算总存在频率泄露问题，虽然目前存在各种针对频率泄露的补偿算法，但对同步向量测量计算精度总有影响，而且补偿算法要占用大量的DSP指令周期，限制了模拟量的采样速率。在当前的技术条件下，要提高电力系统同步向量的测量计算精度，必须更进一步提高模拟量的采样速率，但是提高采样速率使得DSP运行处理时间缩减了，而计算量则成几何级的规模增力口，因而继续采用DSP进行电力系统中同步向量测量更高精度的计算就不能满足要求了。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明利用FPGA内部并行逻辑高速并行处理的特性，提出一种电力系统同步向量测量计算的装置，提高同步向量测量计算精度，为电力系统更可靠、稳定的运行提供更高精度的同步向量数据。技术方案为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，包括基于FPGA设计的同步采样模块、频率计算模块、插值模块和DFT计算模块，所述同步采样模块对电力系统的模拟量进行同步采样，并将同步采样数据发送给频率计算模块和插值模块；所述频率计算模块根据获得的同步采样数据计算模拟量频率，并将计算结果发送给插值模块；所述插值模块根据模拟量频率取完整周波的同步采样数据进行抛物线二次插值，获得插值数据，并将插值数据发送给DFT计算模块，所述插值数据即重采样值；所述DFT计算模块根据获得的插值数据进行完整周波的同步向量计算，获得同步向量。优选的，所述同步采样模块对电力系统的模拟量进行等间隔、高精度、高速率的同步采样，采样速率可以为200ksps。优选的,所述频率计算模块采用matlab进行编程，比如采用matlab 2011a中的system gengerator模块进行开发,并且生成FPGA能够直接使用的IP核。优选的,所述插值模块采用matlab进行编程，比如采用matlab 2011a中的systemgengerator模块进行开发，并且生成FPGA能够直接使用的IP核；所述插值数据可以为单周波2048点的重采样值，这样配套的DFT计算模块就需要设计为2048点的DFT计算模块。优选的,所述DFT计算模块采用matlab进行编程，比如采用matlab 2011a中的system gengerator模块进行开发，并且生成FPGA能够直接使用的IP核由于电力系统的输出为模拟量，而基于FPGA设计的各个模块使用的书数字量，因而在同步采用模块和电力系统的输出之间需要设计A/D电路，同步采样模块通过A/D电路对电力系统的模拟量进行同步采样。本案，利用FPGA内部并行逻辑高速并行处理的特性，提高了对电力系统模拟量定点采样的频率，并根据模拟量频率取完整周波的同步采样数据进行插值，然后再进行相应的DFT计算，得到高精度的同步向量，为电力系统更可靠、稳定的运行提供了更高精度的同步向量数据。有益效果本发明提供的一种基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，采用速率高达200ksps，最大限度地保证了信号的完整性；SFPGA完成同步向量的计算，极大地提高了计算的速度计和计算结果的精度，同时避免了频谱泄露；另外，采用FPGA完成计算也节约了 CPU的运算资源，降低了对CPU的要求，节约了成本。
图I为本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图I所示为一种基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，包括A/D电路、基于FPGA设计的同步采样模块、频率计算模块、插值模块和DFT计算模块。所述FPGA 米用 spartan3a dsp_1800a 芯片，开发工具米用 Xilinx ISE DesignSuite 13. 2及matlab 2011a ;利用FPGA控制A/D电路进行高速同步采样，利用matlab2011a中的system generator完成相应的插值算法及DFT运算验证,并且生成Xilinx ISEDesign Suite 13. 2 能直接调用的运算 IP 模块,利用 Xilinx ISE Design Suite 13. 2 在spartan3a dsp_1800a芯片内部实现对电力系统模拟量的高速率高精度同步采样,采样速率为200ksps，采样值定时送入运算IP模块，定时计算出模拟量的频率，根据计算出的频率
将采样数据插值成为每周波2048点的采样数据，再利用插值后的数据进行同步向量的计算，具体各个模块的设计和功能如下。所述同步采样模块通过A/D电路对电力系统的模拟量进行等间隔、高精度、高速率的同步采样，并将同步采样数据发送给频率计算模块和插值模块，设定采样速率为200kspso所述频率计算模块采用matlab 2011a中的system gengerator模块进行开发，并且生成FPGA能够直接使用的IP核，其根据获得的同步采样数据计算模拟量频率，并将计算结果发送给插值模块。所述插值模块米用matlab 2011a中的system gengerator模块进行开发，并且生成FPGA能够直接使用的IP核，其根据模拟量频率取完整周波的同步采样数据进行抛物线二次插值，获得插值数据，并将插值数据发送给DFT计算模块，所述插值数据为单周波2048点的重采样值。所述DFT计算模块为2048点的DFT计算模块，采用matlab 2011a中的systemgengerator模块进行开发，并且生成FPGA能够直接使用的IP核，其根据获得的插值数据进 行完整周波的同步向量计算，获得同步向量。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，其特征在于该装置包括基于FPGA设计的同步采样模块、频率计算模块、插值模块和DFT计算模块， 所述同步采样模块对电力系统的模拟量进行同步采样，并将同步采样数据发送给频率计算模块和插值模块； 所述频率计算模块根据获得的同步采样数据计算模拟量频率，并将计算结果发送给插值模块； 所述插值模块根据模拟量频率取完整周波的同步采样数据进行抛物线二次插值，获得插值数据，并将插值数据发送给DFT计算模块，所述插值数据即重采样值； 所述DFT计算模块根据获得的插值数据进行完整周波的同步向量计算，获得同步向量。
2.根据权利要求I所述的基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，其特征在于所述同步采样模块的采样速率为200ksps。
3.根据权利要求I所述的基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，其特征在于所述插值数据为单周波2048点的重采样值，所述DFT计算模块为2048点的DFT计算模块。
4.根据权利要求I所述的基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，其特征在于该装置还包括A/D电路，所述同步采样模块通过A/D电路对电力系统的模拟量进行同步采样。
全文摘要
本发明公开了一种基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，包括基于FPGA设计的同步采样模块、频率计算模块、插值模块和DFT计算模块。本发明提供的一种基于FPGA的电力系统同步向量测量计算的装置，利用FPGA内部并行逻辑高速并行处理的特性，提高了对电力系统定点采样的频率，并根据模拟量频率取完整周波的同步采样数据进行插值，然后再进行相应的DFT计算，得到高精度的同步向量，为电力系统更可靠、稳定的运行提供了更高精度的同步向量数据。
文档编号G01R31/00GK102735971SQ20121021460
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者周华良, 夏雨, 姜雷, 杨志宏, 谢黎 申请人:国电南瑞科技股份有限公司