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并联冗余

  • 基于IEC61850的新型数字化变电站通信网络的研究与实践.rar

    变电站自动化系统在我国应用发展十多年来,为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂,自动化功能独立、堆砌,缺少集成应用和协同操作,数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高,作为输配电系统的信息源和执行终端,变电站数字化、信息化的要求越发迫切,数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能,高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障,特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象,结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践,展开专门研究,主要内容包括: ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵,通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议,更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征,包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型,指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例,对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE,时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法,即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定,这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850,而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值,则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑,在提出3种可能的构建方案的基础上,经过分析从中选择出作者认为最优的方案,并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上,针对标准以太网存在延时不确定的问题,总结了提高以太网实时性能的主要措施,并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征,特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别,针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求,提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度,指出过程子网目前较易实现,而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律:建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具;分析了TcP协议及其运行机制,提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术,建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型,对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究;依据CNDS实际承载的功能,建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型,围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标,对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察,得出了具有普遍适用性的结论和建议,为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例,建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础,在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息,即实现了遵循IEC 61850的过程层通信,为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验,验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性,为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。

    标签: 61850 IEC 新型数字

    上传时间: 2013-05-28

    上传用户:lyy1234

  • 基于FPGA的嵌入式系统SerialATA大容量数据存储控制器的研究.rar

    随着信息技术的飞速发展,数据吞吐量急剧增长,要求有更高的传输速度,来满足大量数据的传输,而原有的并行数据传输总线结构上存在自身无法克服的缺陷,在高频环境下容易串扰,而增大误码率。SATA串行总线技术应运而生。作为一种新型的总线接口,它提供了高达3.0Gbps的数据传输速率,使用8B/10B编码格式,采用LVDS NRZ串行数据传输方式,有良好的抗干扰性能,有更强的达到32位的循环冗余校验,并且提供了良好的物理接口特性,支持热拔插,代表着计算机总线接口技术的发展方向。FPGA作为一种低功耗的半导体器件,在高频工作环境中有优良的性能,将处理器与低功耗FPGA结合起来使用是数据存储应用的趋势,这样能够使得接口方案更加灵活。而在众多FPGA器件中,Xilinx公司的Virtex-4平台内部集成了PowerPC高性能处理器,并且其中提供了Rocket IO MGT这种嵌入式的多速率串行收发器,能够以6.25-622Mb/s的速度传送数据,并且支持包括SATA协议在内的多种串行通信协议。 本文从物理层、链路层、传输层分析了SATA1.0技术的接口协议,在此基础提出满足协议需求和适合FPGA设计的设计方案,并给出总体设计框图,依照FPGA的设计方法,采用Xilinx公司的Virtex-4设计了一个符合SATA1.0接口协议的嵌入式存储装置,实现数据的存储,仿真运行结果正常。

    标签: SerialATA FPGA 嵌入式系统

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:sz_hjbf

  • 新型照明灯具及其驱动电路研究.rar

    由于传统照明技术存在的种种弊端和能源的日益短缺,现代生产和生活的发展迫切需要一种高效节能、无污染、无公害的绿色照明技术取代传统照明技术。固体LED光源作为一种新型节能环保光源,显示出了巨大的发展潜力。 论文首先介绍了一种市电供电的两级变换的发光二极管冗余驱动电路,通过第一级电路将市电整流并稳压输出,供电给第二级N+1冗余DC/DC变换电路,通过电流型闭环反馈对负载输出恒定的电流电压。通过PSIM仿真软件进行分析,发现该电路不但输出稳定,而且具有很高的安全性。其次,论文对软开关变换技术进行了较为详细的介绍,分析讨论了适用于Buck电路的多种软开关变换方法,着重研究了零电压转换PWM变换器在LED驱动电路中的应用。论文的最后一部分结合太阳能发电技术分析了太阳能LED路灯系统的组成结构和工作原理,重点论述了太阳能路灯设计中太阳能组件最大功率跟踪、蓄电池安全高效充放电、LED灯具散热等问题,提出了一种新型的最大功率跟踪方法以及一种安全性较高的蓄电池供电方法。结合实际设计了一套太阳能LED路灯的参数以及组件选型,为实际设计太阳能LED路灯提供了部分理论依据。 关键词:LED;驱动冗余电路;软开关;太阳能LED路灯;最大功率跟踪;铅酸蓄电池;LED灯具散热

    标签: 照明灯具 驱动电路

    上传时间: 2013-05-23

    上传用户:lijianyu172

  • 三电平变频器技术的实用化研究.rar

    近年来,在电气传动领域中三电平变频器得到了广泛的应用。三电平逆变器拓扑结构的出现为高电压、大功率变频器的实现提供了一个有效的途径。研究和开发三电平大功率变频器,无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。本文围绕三电平大功率通用变频器的实用化技术进行了深入分析和研究。 论文首先介绍了三电平逆变器主电路的拓扑结构、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及调试中存在的问题和相关的解决方法。 中点电位不平衡是三电平拓扑结构的一个固有问题。针对这一问题,本论文分析了中点电压不平衡的根本原因,采用了一种基于滞环控制的电压平衡控制方法。该方法根据负载电流方向的不同组合,通过调整小矢量的冗余状态和作用时间,并充分考虑到中矢量对中点平衡的影响,动态调整两个电容器上的电压,同时,详细地分析了当参考电压矢量落到具有一种或两种冗余小矢量的小三角形区间时开关状态的选择、开关序列的顺序以及作用时间的分配。 基于载波的调制策略是三电平变频器采用的主要调制方式之一。本论文对所采用的基于载波的调制策略,作了深入分析,得出了相应的谐波特性。基于谐波总含量,对调制特性的优劣进行了比较,同时得出了不同载波调制策略输出电压谐波含量与调制度变化的对应关系,并通过实验和仿真对相关结果进行了验证。 主电路和控制电路的硬件设计将直接影响到变频器的运行性能。本论文介绍了在现场实际运行中变频器的主回路及其控制回路的硬件设计,采用理论计算与实践验证相结合的方法得出器件相关参数,并且针对变频器内外RCD缓冲电路在工作时所产生的电压不平衡作了分析,详细的给出了其缓冲吸收电路算法。 最后,把本文的部分研究结果应用于实际工业现场中,研制了690V/600kW的大功率中压变频器,给出了现场运行结果。运行结果表明该变频器输出波形良好,性能满足要求。

    标签: 三电平 变频器

    上传时间: 2013-08-04

    上传用户:kirivir

  • 基于LabVIEW的优化滤波方法研究.rar

    本文以滤波技术飞速发展,小波滤波优越性的凸现,以及虚拟仪器的易操作等良好特性为背景,以简单易行和滤波效果良好为研究目的,展开本文信号滤波处理的研究工作。 在深入研究三种小波滤波方法原理和优缺点的基础上,本文提出了一种新的优化滤波方法,包括以下三个方面: 首先,将静态小波变换(SWT)应用于滤波处理。利用SWT的平移不变性和冗余性来进行含噪信号的分解,这样不仅弥补了正交小波变换的不足,而且提高了滤波性能。 然后,提出了基于空域相关的优化阈值函数滤波算法。该算法把小波系数间的相关性应用于阈值滤波。它是在构造出基于空域相关的显著性函数和基于显著性函数的阈值滤波过程的基础上,提出了基于空域相关的优化阈值函数,并且把极小化广义交叉验证(GCV)得到均方差(MSE)意义下的最优阈值作用于该优化阈值函数。该滤波算法不仅实现了噪声的有效去除,而且信号的重要特征也保留完好; 最后,引入了新型锁相环--正交锁相环(QPLL)。鉴于QPLL不仅具有锁定范围宽、入锁速度快、锁定后精度高的性能,而且还具有良好的抑制谐波、噪声的能力,以及对波形畸变不敏感等良好特性,所以QPLL的引入达到了信号锁定和优化滤波的目的,使优化滤波方法的设计更具新意,而且取得了更好的滤波效果。 为了验证优化滤波方法,本文搭建了实验平台,它是由FPGA信号采集部分和LabVIEW软件滤波处理两个部分构成。通过传感器采集信号,经过A/D转换后送入FPGA。以FPGA为CPU控制A/D转换,并进行波形数据缓存,在接收到LabVIEW的命令后,将存储的数据送给串口。在LabVIEW中,从串口检测所需的波形数据,然后通过优化滤波方法将数据进行滤波处理,最后在前面板中把实验结果显示出来。 实验结果表明,该优化滤波方法不仅能实现优良的滤波功能,而且简单易行,是一种有效的滤波方法。

    标签: LabVIEW 滤波 方法研究

    上传时间: 2013-07-20

    上传用户:gokk

  • 光伏发电系统逆变技术研究.rar

    在能源枯竭及环境污染问题日益严重的今天,光伏发电是未来可再生能源应用的一种重要方法。本文以光伏逆变技术为研究对象,对光伏系统最大功率点跟踪方法、光伏智能充电控制策略、光伏并网系统拓扑结构与控制方法、光伏并网与有源滤波统一控制方法等问题进行了深入研究。 在扰动观测法的基础上,提出了一种直接电流控制最大功率点跟踪方法,通过检测变换器输出电流进行最大功率点跟踪控制,简化控制算法,同时省去了扰动观测法中的电压和电流传感器,降低系统成本。 研究了一种实用的光伏系统蓄电池充电控制策略,将最大功率点跟踪与智能充电控制有机结合在一起,充分利用光伏电池的输出功率,缩短充电时间,提高充电效率;研究了一种全数字式逆变器,通过电压有效值外环和瞬时值内环的双闭环控制,既能保证系统输出电压的稳态精度,又能保证瞬变负载条件下的动态特性。研制了一套3kW光伏独立发电系统并进行了实验验证。 针对住宅型光伏并网逆变器体积小、性能价格比高的要求,研究了一种基于导抗变换器的并网逆变器拓扑结构,相比于传统电流型逆变器,本拓扑省去了笨重的电抗器,同时利用高频变压器进行能量传递和电气隔离,进一步降低了系统损耗和体积,降低系统成本。 经研究发现,由于导抗变换器的固有特性,采用传统的SPWM调制方法将导致并网逆变器输出平顶饱和的非正弦电流,造成对电网的谐波污染,提出了一种新型改进调制模式。该方法可以实现高功率因数、低谐波并网发电。根据上述理论分析,研制了一台3kW单相光伏并网逆变器,实验结果验证了理论分析的正确性。 研究了一种三相电流型并网逆变器拓扑结构及其控制方法,采用改进调制模式对其进行控制,在谐波抑制方面取得了满意的效果。提出的三相并网逆变方案,相比于传统三相并网逆变器,具有如下显著优点:系统中任意一相都是一个独立的子系统,不受其它相影响,即使在某一相或某两相损坏的情况下,剩余相也能正常运行,增加了系统的冗余性;在三相电网不平衡情况下,本方法也能提供稳定的三相电流,增加系统抗电网波动能力。初看起来本方案使用的导抗变换器和变压器有3套,但是每相承受的功率容量只有系统总功率的三分之一,这样可以选用较小容量的器件,有利于高频电感和变压器的制作和生产。提出了一种基于导抗变换器的三相电流型逆变器实现方案,利用导抗变换器将输入直流电压变换为高频正弦电流,经高频变压器隔离及电流等级变换后进行裂相调制,输出为三相正弦电流。该方法不仅省去了传统电流型逆变器直流侧电抗器,而且采用高频变换进行功率传输,减小了隔离变压器及输出滤波器的体积,有利于装置的小型化和降低成本。 针对光伏电池输出电压较低的问题,研究了一种单级式三相升压型并网逆变器,通过一级变换同时实现升压和DC/AC变换功能,并且提出了一种基于DSP芯片的控制策略,本方法仅用一个电压传感器就能替代原先的三个电压传感器:每个载波周期短路相只进行一次开关动作,同时任何时刻只有2个开关管导通,可有效降低系统的开关损耗和导通损耗;由于采用DSP控制,具有控制灵活、稳定性高、成本低、并网电能质量好,便于功率调节等优点。 提出了一种光伏并网与有源滤波兼用的统一控制策略,在同一套装置上既实现光伏并网发电,又实现谐波补偿,克服目前的光伏发电装置白天发电、夜间停机的不足,提高系统利用率。详细分析了无功电流和谐波电流的检测方法、光伏并网发电有功指令电流的生成方法及电流环控制器和电压环控制器的设计方法,并对光伏并网发电与有源滤波统一控制模式和单一有源滤波模式进行了讨论,仿真和实验结果验证了所提出的系统结构及控制策略的正确性和可行性。

    标签: 光伏发电系统 逆变 技术研究

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:dancnc

  • 多功能车辆总线控制器的FPGA设计与开发.rar

    随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展,作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求,列车通信网络应运而生。经过多年的发展,国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络,于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线:绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质,为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口,其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断,因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。 鉴于上述原因,本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点,本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类,他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能,并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。 本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为:编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中,使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用Verilog HDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述,并用Synplify Pro进行综合。最后,在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。 在实验室条件下,通过严格的仿真验证后,其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此,用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。 关键词:列车通信网;多功能车辆总线;多功能车辆总线控制器;现场可编程门阵列

    标签: FPGA 多功能 总线控制器

    上传时间: 2013-07-18

    上传用户:wxhwjf

  • USB20设备控制器IP核的设计与FPGA验证.rar

    随着计算机及其外围设备的发展,传统的并行接口和串行接口在灵活性和接口扩展等方面存在的缺陷愈来愈不可回避,并逐渐成为计算机通信的瓶颈。在这种情况下,通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)诞生了。USB由于具有传输速率高、价格便宜、使用方便、灵活性高、支持热插拔、接口标准化和易于扩展等优点,目前已经成为计算机外设接口的主流技术,在计算机外围设备和消费类电子领域正获得越来越多的应用。 @@ 本文基于USB2.0协议规范,设计了一款支持高速和全速传输的USB2.0设备控制器IP核。文中着重介绍了这款设备控制器IP核的设计和FPGA验证工作,详细研究并分析了USB2.0规范,根据规范提出了一种USB2.0设备控制器整体构架方案,描述了各个功能子模块硬件电路的功能及实现。从可重用的角度出发,对设备控制器模块进行优化设计,增加多个灵活的配置选项,根据不同的应用对硬件进行配置,使其在满足要求的情况下去除冗余电路,以减少占用面积和功耗,从而使其灵活地应用于各种USB系统。本文还研究了IP核的验证方法,并对所设计的USB2.0设备控制器建立了功能完备的ModelSim仿真验证环境,搭建了FPGA硬件验证平台,设计了具有AHB接口的设备控制器和带有8051的设备控制器,并分别在FPGA平台上进行了功能验证。 @@ 本文所设计的USB2.0设备控制器IP核可配置性高,使用者可以自由配置所需端点的个数以及每个端点类型等,可以集成于多种USB系统中,适于各类USB设备的开发。本课题所取得的成果为USB2.0设备类的研究和开发积累了经验,并为后来实验室某项目测试芯片的USB数据采集提供了参考方案,也为未来USB3.0接口IP核的开发和应用奠定了基础。 @@关键词USB2.0控制器;IP核;FPGA;验证

    标签: FPGA USB 20

    上传时间: 2013-06-30

    上传用户:nanfeicui

  • 基于FPGA的高速FIR数字滤波器设计.rar

    本论文设计了一种基于FPGA的高速FIR数字滤波器,滤波器实现低通滤波,截止频率为1MHz,通带波纹小于1 dB,阻带最大衰减为-40 dB,输入输出数据为8位二进制,采样频率为10MHz。 论文首先简要介绍了数字滤波器的基本原理和线性FIR数字滤波器的性质、结构,根据滤波器的性能要求选择窗函数、确定系数,在算法上为了满足数字滤波器的要求,对系数放大512倍并取整,并用Matlab对数字滤波器原理进行了证明。同时简述了EDA技术和FPGA设计流程。 其次,论文说明了FIR数字滤波器模块的划分,并用Verilog语言在Modelsim环境下进行了功能测试。对于数字滤波器系数中的-1,-2,4这些简单的系数乘法直接进行移位和取反,可以极大的节省资源和优化设计。而对普通系数乘法采用4-BANT(4bits-at-a-time)的并行算法,用加法累加快速实现了乘积的运算;另外,在本设计进行部分积累加时,采用舍取冗余位,主要是根据设计时已对系数进行了放大,而输出时又要将结果相应的缩小,所以在累加时,提前对部分积缩小,从而减少了运算量,从时间和资源上都得到了优化。 论文的最后分别用Modelsim和Quartus II进行了FIR数字滤波器的前仿真和后仿真,将仿真的结果和Matlab中原理验证时得到的理想值进行了比较,并对所产生的误差进行了分析。仿真结果表明:本16阶FIR数字滤波器设计能够实现截止频率为1MHz的低通滤波,并且工作频率可达150MHz以上。

    标签: FPGA FIR 数字

    上传时间: 2013-05-24

    上传用户:qiaoyue

  • 基于FPGA的磁盘阵列控制器的硬件设计与实现.rar

    随着存储技术的迅速发展,存储业务需求的不断增长,独立的磁盘冗余阵列可利用多个磁盘并行存取提高存储系统的性能。磁盘阵列技术采用硬件和软件两种方式实现,软件RAID(Redundant Array of Independent Disks)主要利用操作系统提供的软件实现磁盘冗余阵列功能,对系统资源利用率高,节省成本。硬件RAID将大部分RAID功能集成到一块硬件控制器中,系统资源占用率低,可移植性好。 分析了软件RAID的性能瓶颈,使用硬件直接完成部分计算提高软件RAID性能。针对RAID5采用FPGA(Field Programmable Gate Array)技术实现RAID控制器硬件设计,完成磁盘阵列启动、数据缓存(Cache)以及数据XOR校验等功能。基于硬件RAID的理论,提出一种基于Virtex-4的硬件RAID控制器的系统设计方案:独立微处理器和较大容量的内存;实现RAID级别迁移,在线容量扩展,在线数据热备份等高效、用户可定制的高级RAID功能;利用Virtex-4内置硬PowerPC完成RAID服务器部分配置和管理工作,运行Linux操作系统、RAID管理软件等。控制器既可以作为RAID控制卡在服务器上使用,也可作为一个独立的系统,成为磁盘阵列的调试平台。 随着集成电路的发展,芯片的体积越来越小,电路的布局布线密度越来越大,信号的工作频率也越来越高,高速电路的传输线效应和信号完整性问题越来越明显。RAID控制器属于高速电路的范畴,在印刷电路板(Printed Circuit Block, PCB)实现时分别从叠层设计、布局、电源完整性、阻抗匹配和串扰等方面考虑了信号完整性问题,并基于IBIS(I/O Buffer Information Specification)模型进行了信号完整性分析及仿真。

    标签: FPGA 磁盘阵列 控制器

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:jeffery