专利名称：基于可编程逻辑器件的电力系统监控装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种基于FPGA(可编程门阵列逻辑器件)的电力系统监控装置。
二背景技术：
电力系统(电网)的运行工况(运行参数)的监测在电力系统的生产和自动化控制中是一个非常重要的内容。整个监控系统是一个实时计算机数据处理系统，对数据处理的时间性要求很强。
目前的监控仪表大多采用单片微机和时域的计算方法，数据处理能力差，运算速度慢，当电网出现谐波或三相电路不平衡时，无功功率存在不平衡误差，其精度下降；而且由于电力系统需监测设备较多，单片微机有限的输入/输出口不能有效地完成监测任务。
三
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够实时监测电网的各种运行参数和电力设备的装置；能够在监视保护对象设备出现故障时，可根据预定的保护算法自动给出保护触发信号。
本实用新型的实现方案基于可编程门阵列逻辑器件的电力系统监控装置，包括交流模拟量采集电路，电力系统中各重要节点的电压、电流通过多路开关输入到AD芯片。AD芯片输出连接可编程门阵列，其输出再连接工控机或微处理器。用FPGA实现快速傅立叶变换算法(FFT)，将采集的电压、电流中的干扰化为高次谐波处理。
本实用新型提出基于FPGA技术的模拟量采集与处理系统，利用FPGA的I/O端口多，且可以自由编程支配、定义其功能的特点，配以Verilog编写的FPGA内部执行软件，能很好地解决采集的信号路数多的问题。而且用Verilog编写的执行软件内部对各组数字量是按并行处理的以及FPGA硬件的速度是ns级的，这是当前任何MCU都难以达到的速度，因此本系统比其它系统更能实时地、快速地监测信号量的变化。
本实用新型的计算原理采用数字信号处理方法中的快速傅立叶变换算法(FFT)，将采集的电压、电流中的干扰化为高次谐波处理，避免因模拟滤波电路参数不匹配带来的误差，从而极大地提高了测量精度。
本实用新型的特点是装置简单可靠，简化了PCB系统设计和提高了系统的抗干扰能力；装置代码用Verilog硬件描述语言实现，内核计算是并行的，速度快，能够对电网的各种运行参数和电力设备进行实时监测。
四
图1为本实用新型硬件结构示意图图2为本实用新型FPGA内部资源分配示意图五具体实施方式
以下结合附图1对本实用新型进行详细说明在交流模拟量采集外围电路中，A/D芯片采用的是AD1674。电力系统中各重要节点的电压、电流通过多路开关CD4051后输入到AD1674芯片的。交流信号在进入AD1674之前可以设有信号调量电路，调理成AD1674认可的模拟信号。
FPGA内部资源划分为四大部分1.FPGA逻辑运算中心。用来接收其它各部分的数据，并按照程序中设定的方案对所收到的数据进行相应的分析和处理。接收A/D采样来的数据，对数据进行各种处理(包括快速傅立叶变换和计算电流、电压的有效值以及功率等)。
2.A/D控制单元。主要负责控制外部A/D芯片和多路开关的选通时序，以及实现对A/D采样过程的合理控制。利用这些自设定的A/D控制管理资源，配以合理的软件控制时序，保证采样过程的顺利进行。
3.数字量监测控制单元。负责所有要监视和控制的数字量的状态数据的采集和控制命令的输出。用软件来模拟实现各种对数字量的管理控制，配备较完备的外设控制管理单元，使得整个数字量的管理控制正确合理地进行4.FPGA接口逻辑控制单元。在FPGA内部设计了FPGA模块与外界MCU的接口单元，完成与工控机的通信、显示以及进行一些复杂算术运行等等。
工控机选用高性能的工业级586主板和CPU，采用虚拟仪器编程环境LabView为软件平台。LabView的程序具有良好的图形人机界面，能够实时显示电网的各种运行参数和电力设备运行状态。
本实用新型简单可靠，抗干扰能力强，可广泛应用电力系统中各重要节点及主要设备的监测控制中，具有很好的推广前景和经济效益。
如图所示，FPGA的典型型号为XC2S100-5，其输出连接工控机。FPGA只要很简单的几条外线即可。
权利要求1.基于可编程门阵列逻辑器件的电力系统监控装置，包括交流模拟量采集电路，电力系统中各重要节点的电压、电流通过多路开关输入到AD芯片，其特征是AD芯片输出连接可编程门阵列，可编程门阵列输出再连接工控机。
专利摘要基于可编程门阵列逻辑器件的电力系统监控装置，包括交流模拟量采集电路，电力系统中各重要节点的电压、电流通过多路开关输入到AD芯片，AD芯片输出连接可编程门阵列，可编程门阵列输出再连接工控机。本实用新型装置简单可靠，简化了PCB系统设计和提高了系统的抗干扰能力；内核计算是并行的，速度快，能够对电网的各种运行参数和电力设备进行实时监测。
文档编号H02J13/00GK2681430SQ20042002471
公开日2005年2月23日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者彭洲红, 虞致国, 陈莉莉, 葛广英, 徐苏珊, 马国强, 徐健键 申请人:南京大学