基于FPGA的电能质量监测仪硬件系统设计与实现

摘要

随着电力系统规模越来越大,大量的非线性设备引起的谐波在造成电能质量污染的同时,也影响了电力系统安全运行。电力部门和电力用户对电能质量的关心程度与日俱增。
　　 本文以此为背景,在对已有的电能质量监测设备的调研基础上,提出了一种基于Xilinx FPGA的电能质量监测系统的设计方案,并进行了实现。论文对电能质量监测仪硬件平台各个模块的功能与实现进行了详细的论述。
　　 本课题采用PROTEL DXP软件进行监测仪硬件平台的电路原理图设计和PCB版绘制。整个监测仪在Xilinx嵌入式开发环境EDK下采用SOPC方式实现FPGA的逻辑设计。AD转化器接口电路的IP核设计采用Verilog硬件描述语言,利用Xilinx ISE进行功能及时序仿真,并在EDK中实现了整个系统整合。
　　 符合测量范围的待测电压与电流通过信号调理后,使用AD芯片进行采样,采样速率可以达到基波频率的128倍。利用锁相环倍频技术,可以实现8路同步采样,有效避免频谱泄漏。利用双端口RAM,系统可以不间断连续采样,将采样数据保存至BRAM中,通知PowerPC取走数据,软件系统依此进行50次谐波有效分析以及其他电能质量指标计算。在采样基础上,通过FFT IP核硬件加速,可以有效减少计算时间,实现硬件加速。系统通过验证,运行正常,已经投入使用。