基于FPGA的直流開關(guān)柜隔離放大單元設(shè)計.pdf

1、隨著我國城市地鐵的快速發(fā)展，其運(yùn)行安全性和可靠性日益受到人們重視。直流牽引供電與保護(hù)系統(tǒng)是地鐵安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，隔離放大單元作為地鐵測控保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隔離采集單元有著舉足輕重的作用，它為直流保護(hù)裝置的邏輯運(yùn)算與故障判斷提供必需的直流電壓、電流測量值。目前，國內(nèi)對于直流開關(guān)柜隔離放大單元的研究和開發(fā)非常少，還處于起步階段，有必要加大投入以研究和設(shè)計功能完善、性能可靠穩(wěn)定的隔離放大單元。
　　本文首先簡要說明了目前地鐵測

2、控與保護(hù)系統(tǒng)典型配置的缺點(diǎn)，并提出了隔離放大單元的設(shè)計思想與功能要求。通過對既有隔離放大單元的自定義通信協(xié)議與IEC61850-9-2通信協(xié)議進(jìn)行分析比較，選擇IEC61850-9-2通信標(biāo)準(zhǔn)作為隔離放大單元的通信協(xié)議。在此基礎(chǔ)上，確定了以FPGA為核心的隔離放大單元硬件系統(tǒng)方案和軟件設(shè)計方案。另外，詳細(xì)介紹了FPGA的基本結(jié)構(gòu)和原理、開發(fā)流程及其設(shè)計語言。
　　根據(jù)硬件系統(tǒng)方案對硬件系統(tǒng)的劃分，分別對隔離放大模塊、模擬濾波模塊、

3、A/D轉(zhuǎn)換模塊、主控芯片F(xiàn)PGA、PHY芯片以及光模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對主要元器件進(jìn)行選型配置，使用Altium Designer開發(fā)軟件繪制了各芯片的電路原理圖，并利用Multisim電路設(shè)計軟件對模擬低通濾波器進(jìn)行仿真驗(yàn)證，完成了整個硬件系統(tǒng)的設(shè)計。
　　簡要介紹了Xilinx公司推出的FPGA集成開發(fā)環(huán)境ISE平臺。按照軟件設(shè)計方案，對FPGA的各個模塊進(jìn)行了分析，并完成了程序的編寫。通過對A/D控制模塊、幀封裝模塊和以太網(wǎng)

4、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了采樣數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制及IEC61850-9-2報文的發(fā)送。
　　最后，用Verilog HDL編寫了testbench，利用ISim仿真工具對FPGA的A/D控制模塊進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。通過對隔離放大單元樣機(jī)進(jìn)行抓包測試，證明了幀封裝模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊可以成功組幀并發(fā)送IEC61850-9-2報文。借助繼電保護(hù)測試儀和直流保護(hù)裝置搭建了測試平臺，對隔離放大單元樣機(jī)進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，本文設(shè)計的隔離放