基于FPGA智能断路器控制器实现

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1、摘要摘要本文介绍了面向电网系统断路器的智能控制单元的研制，实现低压断路器信号采样与运算、智能保护功能以及上位机远程测控等功能。主要内容为智能控制器的单元的软硬件设计与上位机通信的开发。首先比较了国内外智能型断路器的发展状况。对于前人已经做过的研究，分析了己有的智能控制在软硬件构成以及算法上的局限和缺点，通过保护算法的建模，有针对性的提出解决的方案。在电网的信号计算过程中，针对以往对信号运算只求取平均值等做法，采用快速傅里叶变换求取基波，大大提高了保护精度；在信号采样过程中，并针对传统傅里叶变换算法存在工频延迟、非同步采样造成频谱泄漏的问题，采用了一种基四快速傅里叶变换和软件同步

2、采样的电流实时检测算法，有效抑制了电网频率波动对运算精度的影响。其次，分析了作为传统智能断路器控制器核心单片机，其性能特别是运算性能上的弱点，采用FPGA(FieldProgrammableGateArray)为运算核心，并协调各个功能模块的工作。在对硬件描述语言以及FPGA设计流程深入理解的基础上，设计采用Verilog语言实现了智能控制器的功能以及Vc++开发上位机，完成电流的采集，滤波处理，A／D转换，并将结果传给上位机以及接收上位机的保护数据等。最后对设计进行了总结，并阐述了尚需进一步解决的问题以及下一步的：-l：作内容。实验结果表明，本文研制的低压断路器智能控制器基本

3、上达剑了预期的没计效果，对以后开发低压断路器智能控制器具有一定的参考价值。关键词：智能控制器，三段保护，FPGA，快速傅立叶变换，同步采样ABSTRACTThispaperintroducestheresearchoftheintelligentcontrollerofthelow-voltagecircuitbreakersthataleappliedonpowernetsystem．Thepurposeistoachievethedatasamplingandcomputing，intelligentprotection，remotecontrolandtheHMI·The

4、designofthehardwareandtheso脚areoftheintelligentcontrollerandtheresearchoftheremoteHMIsystemistheprimarycontent．Atfast,COmparesthedevelopmentconditionsbetweennativeandforeignintelligentrelease，pointsoutthenecessityofdex，elopingintelligentrelease，analyzedsomeexistingintelligentreleasethatdesig

5、nedbyformerdeviserandfoundoutseveralweaknessandthenputforwardresolventthroughprotectionmodeling．inpowernetsignalcomputing．avoidinga～7eragingapproach，usingfastFouriertransformtostrikeafundamental，greatlyenhancetheprotectionoftheprecision；Insignalsampling，toimproxretheproblemofoneperiodtimedel

6、ay,aswellasspectrumleakagecausedbyasynchronoussampling，thispaperproposesareal-timeharmoniccurrentdetectionapproachbasedonRadix-4fastFouriertransform(FFT)andsoftwaresynchronoussampling．Secondly,thissystemisbasedonFPGA(FieldProgrammableGateArray)whichalsocontrolsothermodules’operationasitscomp

7、utingcoreandcompletesthefunctionsofcurrentsampling，filtering，A．／Dconverting，andHMIcommunication．OnthebasisofadeepunderstandingofhardwaredescriptionlanguageandFPGAdesignflow,thealgorithmsareactualizedwithVerilogandtheHMIiscompliedbyVC++．Thispaperals