原文传递
基于FPGA的直流开关柜隔离放大单元设计
| 论文题名： | 基于FPGA的直流开关柜隔离放大单元设计 |
| 关键词： | 城市地铁;直流开关柜;隔离放大单元;模块化设计;现场可编程门阵列 |
| 摘要： | 随着我国城市地铁的快速发展，其运行安全性和可靠性日益受到人们重视。直流牵引供电与保护系统是地铁安全、可靠、稳定运行的重要保障，隔离放大单元作为地铁测控保护系统的数据隔离采集单元有着举足轻重的作用，它为直流保护装置的逻辑运算与故障判断提供必需的直流电压、电流测量值。目前，国内对于直流开关柜隔离放大单元的研究和开发非常少，还处于起步阶段，有必要加大投入以研究和设计功能完善、性能可靠稳定的隔离放大单元。 本文首先简要说明了目前地铁测控与保护系统典型配置的缺点，并提出了隔离放大单元的设计思想与功能要求。通过对既有隔离放大单元的自定义通信协议与IEC61850-9-2通信协议进行分析比较，选择IEC61850-9-2通信标准作为隔离放大单元的通信协议。在此基础上，确定了以FPGA为核心的隔离放大单元硬件系统方案和软件设计方案。另外，详细介绍了FPGA的基本结构和原理、开发流程及其设计语言。 根据硬件系统方案对硬件系统的划分，分别对隔离放大模块、模拟滤波模块、A/D转换模块、主控芯片FPGA、PHY芯片以及光模块进行了详细介绍，对主要元器件进行选型配置，使用Altium Designer开发软件绘制了各芯片的电路原理图，并利用Multisim电路设计软件对模拟低通滤波器进行仿真验证，完成了整个硬件系统的设计。 简要介绍了Xilinx公司推出的FPGA集成开发环境ISE平台。按照软件设计方案，对FPGA的各个模块进行了分析，并完成了程序的编写。通过对A/D控制模块、帧封装模块和以太网数据发送模块的设计，实现了采样数据的模数转换控制及IEC61850-9-2报文的发送。 最后，用Verilog HDL编写了testbench，利用ISim仿真工具对FPGA的A/D控制模块进行了仿真验证。通过对隔离放大单元样机进行抓包测试，证明了帧封装模块和以太网数据发送模块可以成功组帧并发送IEC61850-9-2报文。借助继电保护测试仪和直流保护装置搭建了测试平台，对隔离放大单元样机进行了测试。结果表明，本文设计的隔离放大单元能够可靠运行，具有一定的工程实用价值。 |
| 作者： | 郭旭恒 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 林国松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
