基于AT91RM9200和FPGA技术的变电站测控装置

摘要

自20世纪90年代以来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术和通信及网络技术的发展，微机保护和测控装置的性能得到大幅提升，以此为基础的变电站自动化系统在我国的电力系统中得到长足的发展和广泛的应用。 为增加产品的市场竞争力，电力系统二次设备生产厂商紧跟市场需求，将各种具有高性价比的新型处理器芯片和外围芯片大量应用到变电站自动化系统的保护、测控装置上，如32位CPU、数字信号处理芯片DSP、高速高精度A/D转换芯片、大容量Flash存储芯片、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些功能强大的器件的应用使保护测控装置在外形上趋于小型化集成化，而在功能上则较以前有显著提升。同时，各种成熟的商用嵌入式实时操作系统的采用使处理器的性能得到充分发挥，装置通信、数据存储及处理能力更强，性能大幅提高，程序移植升级更加方便快捷。 本论文以现阶段国内外变电站自动化系统测控技术为参考，根据变电站自动化系统的发展趋势和要求，研究一种基于ARM和FPGA技术并采用嵌入式实时操作系统的高性能测控装置，并给出硬软件设计。 装置硬件采用模块化设计，按照测控装置基本功能设计插件板。分为主CPU插件、交流采样插件、遥信采集插件、遥控出口插件、直流采样及输出插件。除主CPU插件，其他插件的数量可以根据需要任意增减，满足不同用户的需求。 装置主CPU采用目前先进的基于ARM技术的微处理器AT91RM9200，通过数据、地址总线和其他插件板连接，构成装置的整个系统。交流采样插件采用FPGA技术，利用ALTERA公司的FPGA芯片EP1K10实现交流采样的控制，降低了CPU的负担。 软件采用Vxworks嵌入式实时操作系统，增加了系统的性能。以任务来管理不同的软件功能模块，利于装置软件的并行开发和维护。

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声明

第一章引言

1.1变电站自动化系统的发展和现状

1.2测控装置的功能及要求

1.3目前变电站自动化系统存在的主要问题及解决方法

1.4本文的主要工作

第二章 测控装置总体设计方案

2.1装置设计目标

2.2装置的技术要求

2.3装置总体结构

2.3.1装置结构方案

2.3.2装置硬件方案

2.3.2装置软件方案

第三章测控装置硬件设计

3.1主CPU插件设计

3.1.1 ARM技术简介

3.1.2主CPU插件资源说明

3.2交流采样插件设计

3.2.1交流采样插件功能

3.2.2 FPGA技术的发展及概要介绍

3.2.3 FPGA芯片介绍

3.2.4交流采样控制单元设计

3.3遥信采集插件设计

3.4遥控出口插件设计

3.5直流采样及输出插件设计

第四章 测控装置软件设计

4.1软件设计概述

4.2 VxWorks实时操作系统介绍

4.3软件模块介绍

4.3.1板级支持包BSP及硬件驱动程序介绍

4.3.2数据库模块概述

4.3.3交流采样算法介绍

4.3.4遥信算法简介

第五章 装置实验检测结果

5.1基本功能检验

5.2基本性能检验

5.3交流遥测基本误差检验

5.4交流遥测影响量检验

5.5电源影响检验

5.6环境条件影响检验

5.7绝缘性能检验

5.8电磁兼容性能检验

5.8.1信号端口施加高频干扰影响检验

5.8.2电源端口施加高频干扰影响检验

第六章 总结和展望

参考文献

致 谢