超高速电力系统暂态数据采集系统

摘要

电力系统的安全稳定运行对于国家经济和人民生活有着重要意义。利用暂态信号实现电力系统监控与保护，可以解决传统的基于稳态量的技术不能解决的问题。近年来，随着微电子技术的发展，已经可以使用超高速数据采集电路来采集暂态信号，对暂态信号的利用有了突破性进展，已成功开发出利用暂态信号的输电线路故障测距装置、小电流接地故障选线装置等。但目前设计出的暂态数据采集电路还存在着不能多次连续、无死区的采集记录信号、采样参数不能灵活配置、成本高等缺点，影响暂态监控保护装置的性能。
　　本文首先对于电力系统暂态信号的各种使用场合进行了分析，总结归纳出了各种场合利用的暂态信号频率范围、持续时间和信号特征，提出了电力系统暂态数据采集系统所应具有的功能和技术指标。对已有的各种暂态数据采集电路的结构形式进行了分析比较，从原理上找到了它们不能连续、无死区记录暂态信号的根本原因：即数据采集电路在被暂态信号触发完成一次记录时，需要一段时间让主CPU访问其数据缓冲区以倒(读)出暂态数据，而在这段时间内是无法记录新的暂态信号的。本文提出了一种新的采集电路设计方法，使用双口SRAM、FPGA、三态数据门等器件，实现暂态数据循环存、取，避开了CPU的速度瓶颈问题，实现了暂态信号多次连续、无死区记录。
　　研制出了一种超高速电力系统暂态数据采集系统，可以对电力系统暂态信号实现多次连续、无死区记录，确保不会漏记有用的暂态信号。采集系统可以在线配置采样频率、采样时间长度、采样通道数等参数，可方便的在不同的场合应用。整个采集系统成本低，有利于大量推广应用。试验室试验证明了系统设计的可行性、数据采集结果的可信性。基于该暂态数据采集系统的输电线路故障行波测距装置已投入试运行，并成功的捕捉到了现场故障波形，证明采集系统的开发是成功的。
　　开发出的暂态数据采集系统功能完善、可靠性高、经济性好，具有广阔的市场前景。它的推广应用将加深人们对于电力系统暂态现象的认识，促进利用暂态信号的电力系统监控与保护技术的发展。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 项目的研究背景

1.2 超高速数据采集技术综述

1.2.1 用高速ADC直接将数据存储到SRAM中

1.2.2 用两片SRAM进行换体存储

1.2.3 用双口SRAM或者FIFO的方式

1.3 本文的工作和意义

2 暂态数据采集在电力系统中的应用

2.1 输电线路故障行波测距

2.2 利用暂态信号的小电流接地故障选线

2.3 超高速继电保护

2.4 暂态量录波

2.5 局部放电测试

3 超高速数据采集系统的设计

3.1 超高速数据采集系统的设计要求

3.1.1 数据采集死区控制

3.1.2 采样参数控制

3.1.3 触发要求

3.1.4 GPS对时功能

3.1.5 数据的存储和远传

3.2 超高速数据采集系统硬件构成

3.2.1 硬件框图

3.2.2 硬件工作原理

3.3 超高速数据采集系统软件构成

3.3.1 软件框图

3.3.2 软件流程

4 关键技术问题的解决

4.1 实时操作系统的使用

4.1.1 实时操作系统的选择

4.1.2 UC／OS的移植

4.2 FPGA的选择与应用

4.3 无死区采集的实现

4.4 抗干扰措施

5 试验与现场应用结果

5.1 超高速数据采集装置的试验

5.2 在输电线路故障行波测距上的应用

6 结论

6.1 研究过程中得到的主要成果和结论

6.2 下一步的工作

参考文献

致谢

附录

学位论文评阅及答辩情况表