【正文】 11() ( ) ( ) , [ , ]2! n n n nxx t t t t x x? ???? ? ? ? ? ? ? （ 32） 2） 二次插值 假 設電流 波形表達式 為 ()tx ，如圖 34 所示， 1nx? 、 nx 、 1nx? 分別為 1tn? 、 tn 、1tn? 時刻采樣值 ，通過 Lagrange 二次插值 算法 ， 演算得出 t 時刻的值 ()xt ， 0 1 1 2 1( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )n n nx t a t x t a t x t a t x t??? ? ? （ 33） 其中： 101 1 1( ) ( )() ( ) ( )nnn n n nt t t tat t t t t?? ? ???? 111 ( )( )() ( )( )nnn n n nt t t tat t t t t????? （ 34） 121 1 1( ) ( )() ( ) ( )nnn n n nt t t tat t t t t?? ? ???? xt1nt?nt1nt?n 1xnx1nx?? ?ti( )tx 圖 3 4 二次插值 二次插值的 誤差為： 39。 MU 需要對秒脈沖的有效性進行校核，如果輸入的為光信號，則脈沖間隔 1t 500ms? ，脈沖寬度 t 10h us? ，而且觸發(fā)的闕值不低于光量的一半，如圖 31所示。最后 ，通過 比較了 幾種實現(xiàn) MU 硬件的 方案，明確了 MU的硬件方案以及 總體框架。將接收的小信號和模擬信號需要經(jīng)過 A/D轉換為數(shù)字信號，而由曼徹斯特碼組幀 的 FT3 報 文 ，則需要解碼為二進制碼，并進行 CRC 校驗；其次，必須保證各路采樣數(shù)據(jù) 同步；最后，按照采樣 和通道 順序，依次輸出給下一個模塊。 由此可見，本文設計的總體硬件結構，能夠滿足 FT3 信號、小信號和模擬信號的要求。 ARM 主要負責與以太網(wǎng)信息交換和通信。 A R M雙 口R A MF P G AE C TE C TE V TE V T?電 源二次設備同 步信 號 圖 2 3 采用 ARM+FPGA 實現(xiàn)合并單元硬件框圖 四川大學工程碩士學位論文 基于 FPGA數(shù)字化變電站合并單元設計與仿真 15 （ 3） 基于 DSP+FPGA 實現(xiàn)方案 [29]。 （ 4）調試接口 調試接口可專門設計，如 FPGA 的實現(xiàn)功能的調試可以選擇 JTAG 端口，還可以復用網(wǎng)絡接口調試。最早 是在 IEC 600448《電子式電流互感器》技術標準中發(fā)布的采用 IEC 6087051 中 FT3 鏈路幀格式的同步串行接口，還有一種是采用 IEC 6185091 所述的以太網(wǎng)。 （ 1）合并單元輸入接口 [26] 從嚴格意義上講，合并單元是電子式互感器的一部分，但是它與電子式互感器又具有獨立性。 在蘭溪智能化變電站改造四川大學工程碩士學位論文 基于 FPGA數(shù)字化變電站合并單元設計與仿真 12 工程中 這種傳輸方式 的優(yōu)勢都得到了充分的體現(xiàn)。 由于高壓側電網(wǎng)電壓等級為 110kV，電子式互感器和合并單元都采用單套配置方案，其中高壓側 1TV、 2TV 按 A、 B、 C 三相配置 3 臺電容分壓式 EVT，每臺帶一路輸出回路，精度為 (3P)，保護、測量和計量用；高壓側 1TA、 2TA按 A、 B、 C 三相 配置 1 臺 Rogowski 線圈原理的 ECT， ECT 帶一路輸出回路，精度為 （ 5TPE），保護、測量和計量用。充分利用 FPGA 管腳豐富、處理數(shù)據(jù)速度快的優(yōu)點，在介紹一些原理的基礎上，本章對這三大模塊進行詳細的設計。還有北京四方公司的 CSC188 系列合并單元；許繼股份有限公司的 DMU800 系列等。 同步是合并單元核心技術。當時最早報 道的掛網(wǎng)運行的有 3 家單位： 70 年代 ， 沈變互感器廠與四平供電局共同研制的 110千伏 空心線圈電流互感器在四平電網(wǎng)運行，后被拆除； 1991 年，清華大學和中國電力科學研究院聯(lián)合研制的 110 千伏 OCT 掛網(wǎng)試運行； 1993 年，華中理工大學和廣東省新會電業(yè)局合作研制的單相全玻璃 110 千伏 光學電壓電流互感器和光學電流互感器在新會電網(wǎng)運行。 在 Michael Faraday 發(fā)現(xiàn)磁光效應 的 49 年后， 即 1894 年， 有人提出了光學原理測量電流的設想 [13]； 1967 年，東京大學的 Saito 等人研制成激光電流互感器的樣機 [14]； 70 年 代初，光纖技術革新了高壓環(huán)境下的信息傳輸技術，也使電流互感器與迅速發(fā)展的計算機技術和通信技術融合成為可能； 3M 公司關于無偏光纖研制的申明，奠定了光纖電流互感器實用化的基礎。 在實際工程實踐中，二次轉化的電壓 /電流可能是由電子式電壓 /電流互感器轉換而 來的，也有使用傳統(tǒng)的電壓 /電流互感器。 在現(xiàn)有條件下，不能 讓 全國所有變電站都按照數(shù)字化變電站方案來建設，但是可以采用過渡方案逐步推進。 M M SS M V保 護測 控計 量 錄 波測 控 保 護直 采直 跳直 跳直 采監(jiān) 控 系 統(tǒng) 工 程 師 站故 障 信 息 系 統(tǒng)站 控 層 設 備站 控 層 網(wǎng) 絡間 隔 層 設 備過 程 層 網(wǎng) 絡合 并 單 元 智 能 終 端過 程 層 設 備智 能 終 端 合 并 單 元站控層過程層一 次 設 備電 子 式 互 感 器 開 關 設 備 電 子 式 互 感 器 開 關 設 備G O O S E間隔層 圖 1 3 數(shù)字化變電站結構 （ 5）智能化變電站 智能電網(wǎng) 2020 計劃， 是 在總結 已建 或在建 數(shù)字化變電站試點工程經(jīng)驗的基礎上，組織相關技術人員 、 研究人員對智能電網(wǎng)方面的標準、技術、規(guī)范的研四川大學工程碩士學位論文 基于 FPGA數(shù)字化變電站合并單元設計與仿真 4 究。站監(jiān)視系統(tǒng)對站內所有運行設備的監(jiān)測，為站控系統(tǒng)的運行和控制提供信息。 （ 1）集中式變電站自動化系統(tǒng) 彩 顯微 機 （ 就 地 監(jiān) 控 系 統(tǒng) ）鍵 盤鼠 標打 印 機R T U 變 壓 器 分 接 頭 調 節(jié)M o d e m調 度 中 心交 直 采 樣Y C開 關 量 采 集Y X電 能 表 脈 沖 采 集Y M開 關 控 制 輸 出Y K 圖 1 1 基于 RTU 的變電站自動化系統(tǒng) 國內集中式變電站自動化技術第一階段是在 20 世紀 80 年代，變電站自動化系統(tǒng)是基于 RTU 增加一臺微機為中心的 就地監(jiān)控系統(tǒng)，如 圖 11 所示 ，當時四川大學工程碩士學位論文 基于 FPGA數(shù)字化變電站合并單元設計與仿真 2 并沒有涉及繼電保護系統(tǒng)。Ether 四川大學工程碩士學位論文 基于 FPGA數(shù)字化變電站合并單元設計與仿真 V 目 錄 1 緒論 .......................................... 1 本文研究背景與意義 ............................................................................................ 1 國內外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................... 5 本課題主要內容和安排 ........................................................................................ 8 2 數(shù)字化變電站技術研究 ............................ 9 變電站數(shù)字化方案 ............................................................................................... 9 電子式互感器配置 ........................................................................................ 9 合并單元配置 ............................................................................................... 9 典型主接線配置方案 ................................................................................... 10 合并單元接口設計 ............................................................................................. 11 過程層網(wǎng)絡結構分析 ................................................................................... 11 合并單元接口分析 ...................................................................................... 12 合并 單元總體設計 ............................................................................................. 13 數(shù)字化變電站合并單元硬件實現(xiàn)方案 .......................................................... 13 數(shù)字化變電站合并單元軟件功能設計 .......................................................... 17 本章小結 ........................................................................................................... 18 3 合并單元技術分析 .............................. 19 數(shù)據(jù)同步技術 .................................................................................................... 19 脈沖同步法 ................................................................................................. 19 插值同步 .................................................................................................... 20 其他同步法 ................................................................................................. 22 數(shù)字濾波器設計 ................................................................................................. 23 相位補償技術 .................................................................................................... 24 本章小結 ........................................................................................................... 26 4 合并單元軟件設計 ............................... 27 合并單元數(shù)據(jù)采集模塊設計 ............................................................................... 27 解碼校驗模塊設計 .......