；
[0049]傅氏算法:目前電力系統(tǒng)繼電保護中，絕大多數(shù)保護原理都是基于故障信號的基波相量，根據(jù)故障電壓、電流基波相量或二者的組合來進行故障判斷。但是由于故障發(fā)生后的暫態(tài)過程，故障電壓、電流中含有豐富的暫態(tài)噪聲，繼電保護裝置中必須采用濾波算法濾除這些噪聲。在眾多濾波算法中，傅氏濾波算法以其良好的性能和相對簡便的算法，在微機保護中獲得廣泛應(yīng)用。
[0050]傅氏算法實現(xiàn)由數(shù)據(jù)緩沖、FFT運算和寄存器映射組成。采樣數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線到達片內(nèi)N點緩沖，由于為了提高保護器動作的準確度，有時要求用兩種以上的不同保護算法共同判斷執(zhí)行保護動作。此時，緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)可以同時共享給多種不同的的保護算法，如小波變換等。通過緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸入到FFT或小波變換中通過運算產(chǎn)生電壓、電流、功率和相位等中間值，再將這些中間值映射到寄存器，方便外界的實時數(shù)據(jù)分析，同時將這些中間值輸入到硬件保護算法中。
[0051]硬件保護算法:為了保證保護器動作的準確度和實時性，同時滿足多原理繼電保護的需要，硬件保護算法采用多種算法實現(xiàn)，包括:復(fù)壓過流保護、反時限過流保護、差動保護和距離算法。硬件保護算法根據(jù)邏輯動作方程編寫相關(guān)邏輯代碼，并在FPGA上仿真驗證。
[0052]4、將故障信息和控制信息與MCU通信，最后完成硬件保護動作；
[0053]當中斷管理收集到相應(yīng)故障信息后，根據(jù)故障的不同向外界提供相應(yīng)的中斷申請和保護動作，以確保繼電保護的準確性和實時性；
[0054]故障信息包括在各種保護動作下的過流、過壓、過負荷等故障狀態(tài)，控制信息包括控制繼電器和斷路器開關(guān)等待信息。根據(jù)FPGA與MCU通訊結(jié)果(自定義FPGA與MCU通訊的內(nèi)部總線協(xié)議)完成實測數(shù)據(jù)、定值信息、SOE事件信息和繼電器控制信息的調(diào)度方式設(shè)計和任務(wù)進程的系統(tǒng)級調(diào)度方法設(shè)計。該模塊根據(jù)不同保護模塊算法的需要，將設(shè)定的定值及實測數(shù)據(jù)分送給對應(yīng)的總線，并將發(fā)生的SOE事件時的類型號、動作值實時寫入FIFO中，根據(jù)FPGA與MCU通信的結(jié)果，調(diào)度不同的系統(tǒng)任務(wù)進程，根據(jù)任務(wù)進程完成調(diào)度定值修改、保護投退動作、系統(tǒng)校時、斷路器手動控制、SOE事件傳輸及保護動作等不同任務(wù)。
[0055]FPGA上的保護系統(tǒng)可以根據(jù)不同的功能需求、不同的實現(xiàn)算法和原理分成很多種類型；而每個保護系統(tǒng)都抽象成一片外設(shè)1C，使用統(tǒng)一的接口掛在嵌入式系統(tǒng)的局部總線上，由嵌入式系統(tǒng)來統(tǒng)一調(diào)配它們的工作。嵌入式系統(tǒng)有操作系統(tǒng)的支持，在通信、用戶交互方面占有很大的優(yōu)勢。基于FPGA和嵌入式技術(shù)實現(xiàn)智能化微機保護裝置，保護動作判斷和執(zhí)行全部由硬件邏輯完成，處理器與保護邏輯相互獨立，不僅簡化了裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且使裝置具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。
[0056]本發(fā)明一種基于FPGA的微機保護系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA繼電保護模塊、存儲器管理、看門狗電路、靜態(tài)隨機存儲器、快閃存儲器和對外接口 ；
[0057]數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA繼電保護模塊、存儲器管理和對外接口連接；
[0058]存儲器管理外接實時時鐘、看門狗電路、靜態(tài)隨機存儲器和快閃存儲器。
[0059]其中，
[0060]數(shù)據(jù)采集模塊由前端調(diào)理電路、頻率前端處理、數(shù)字頻率修正模塊、多路選擇開關(guān)和AD轉(zhuǎn)換模塊組成。
[0061 ] FPGA繼電保護模塊由傅氏算法、硬件保護算法、和硬件保護動作等組成。
[0062]實時時鐘(Real-Time Clock,簡稱RTC)，是系統(tǒng)從外界引入的一個標準的IHz或2Hz的同步時鐘信號，使用內(nèi)部高速時鐘在同步時鐘信號的脈寬內(nèi)計數(shù)以提高時鐘精度，即時間秒級精度由外界負責(zé)，而息肉只負責(zé)維護毫秒、微秒以及更高級別的精度。
[0063]存儲器管理包括中斷管理模塊和MCU，在FPGA外擴展靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)和快閃存儲器(FLASH)，SRAM用來存放微機保護的運行程序和寄存器值等，F(xiàn)LASH用來存放數(shù)據(jù)采集的中間值、定值以及錄波數(shù)據(jù)等。
[0064]中斷管理收集片內(nèi)各個部件單元發(fā)出的中斷申請，如:頻率嚴重畸變、線路故障和故障錄波等。
[0065]在MCU與開關(guān)量連接時，為避免外界干擾對裝置產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響以及損壞裝置，需要在開關(guān)量進入處理器時接光耦隔離電路，從而增強裝置的可靠性，同時I/O接口也通過光耦隔離后與處理器相連。開關(guān)量輸出主要包括裝置跳閘出口以及本地中央信號輸出等，一般均采用并行輸出的方式控制有接點的繼電器，最后通過繼電器執(zhí)行動作保護。
[0066]最后應(yīng)當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述方法包括 (1)數(shù)據(jù)采集將多路輸入的電流、電壓模擬量轉(zhuǎn)換為模擬信號； (2)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； (3)進行傅氏算法和硬件保護算法； (4)將故障信息和控制信息與MCU通信，完成硬件保護動作。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述步驟(I)包括由電流、電壓互感器產(chǎn)生的多路電壓、電流模擬量輸入到前端調(diào)理電路中，由頻率前端處理和數(shù)字頻率修正模塊修正頻率的畸變，并將其輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為適合AD輸入的模擬信號。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述步驟(2)包括經(jīng)多路選擇開關(guān)選擇需要AD轉(zhuǎn)換和輸出的信號，通過AD轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字信號。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述步驟(3)包括緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸入到FFT或小波變換中通過運算產(chǎn)生電壓、電流、功率和相位等中間值，將中間值映射到寄存器實時數(shù)據(jù)分析，將中間值輸入到硬件保護算法中。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述硬件保護算法包括復(fù)壓過流保護、反時限過流保護、差動保護和距離算法。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述硬件保護算法根據(jù)邏輯動作方程編寫相關(guān)邏輯代碼，并在FPGA上仿真驗證。7.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，所述步驟(4)包括中斷管理收集到故障信息后，根據(jù)故障的不同向外界提供相應(yīng)的中斷申請和保護動作。8.如權(quán)利要求7所述的一種基于FPGA的微機保護方法，其特征在于，根據(jù)不同保護模塊算法，將設(shè)定的定值及實測數(shù)據(jù)分送給對應(yīng)的總線，并將發(fā)生的SOE事件時的類型號、動作值實時寫入FIFO中，根據(jù)FPGA與MCU通信的結(jié)果，調(diào)度不同的系統(tǒng)任務(wù)進程，根據(jù)任務(wù)進程完成調(diào)度定值修改、保護投退動作、系統(tǒng)校時、斷路器手動控制、SOE事件傳輸及保護動作。9.一種基于FPGA的微機保護系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA繼電保護模塊、存儲器管理、看門狗電路、靜態(tài)隨機存儲器、快閃存儲器和對外接口 ； 所述數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA繼電保護模塊、存儲器管理和對外接口連接； 所述存儲器管理外接實時時鐘、看門狗電路、靜態(tài)隨機存儲器和快閃存儲器。10.如權(quán)利要求9所述的一種基于FPGA的微機保護系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括前端調(diào)理電路、頻率前端處理模塊、數(shù)字頻率修正模塊、多路選擇開關(guān)模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊。11.如權(quán)利要求10所述的一種基于FPGA的微機保護系統(tǒng)，其特征在于，所述前端調(diào)理電路、多路選擇開關(guān)模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊連接； 所述頻率前端處理模塊、數(shù)字頻率修正模塊和AD轉(zhuǎn)換模塊連接； 所述數(shù)字頻率修正模塊與存儲器管理連接。12.如權(quán)利要求9所述的一種基于FPGA的微機保護系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲器管理包括MCU和中斷管理模塊； 所述MCU通過光耦隔離電路與I/O接口、開關(guān)量相連。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于FPGA的微機保護方法及其系統(tǒng)，所述方法包括(1)數(shù)據(jù)采集將多路輸入的電流、電壓模擬量轉(zhuǎn)換為模擬信號；(2)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(3)進行傅氏算法和硬件保護算法；(4)將故障信息和控制信息與MCU通信，完成硬件保護動作。所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA繼電保護模塊、存儲器管理、看門狗電路、靜態(tài)隨機存儲器、快閃存儲器和對外接口；所述數(shù)據(jù)采集模塊、FPGA繼電保護模塊、存儲器管理和對外接口連接；所述存儲器管理外接實時時鐘、看門狗電路、靜態(tài)隨機存儲器和快閃存儲器。本發(fā)明利用FPGA的硬件并行執(zhí)行程序提高硬件保護邏輯的處理速度，保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。
【IPC分類】H02J13/00, H02H7/00
【公開號】CN105720684
【申請?zhí)枴緾N201410738146
【發(fā)明人】胡鵬飛, 袁玉湘, 屈志娟, 姜學(xué)平
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)浙江省電力公司
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2014年12月5日