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基本信息
- 項目名稱：
- 一種基于FPGA的新型微機(jī)繼電保護(hù)裝置
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目設(shè)計的基于FPGA的微機(jī)繼電保護(hù)將從根本上解決這些問題，設(shè)計出實用、可靠、技術(shù)含量高，特別適用于并聯(lián)智能電網(wǎng)的產(chǎn)品。能夠?qū)崿F(xiàn)的保護(hù)功能：二段電流保護(hù)、三段電流電壓方向保護(hù)、過流加速保護(hù)（前加速、后加速）三相多次重合閘、低頻減載保護(hù)、零序電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等。
- 詳細(xì)介紹：
- 變壓器二次側(cè)采集A、B、C三相的電壓電流6路信號，分別輸送到電壓互感器和電流互感器，將大電壓，大電流轉(zhuǎn)換成100V，5A的小電壓和小電流信號。再經(jīng)過前端調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成0~+3V的信號（滿足ADS8364輸入要求）。A/D轉(zhuǎn)換芯片將轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字信號輸送給FPGA，F(xiàn)PGA通過對信號的處理做出是否為故障電路的判斷，如果線路或者變壓器、發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，則發(fā)出一個跳閘信號，并報警。如果沒有出現(xiàn)故障，則繼續(xù)采集信號運行。另外FPGA還可以完成自檢測，實時檢查采集信號和發(fā)出指令的正確性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：十二五規(guī)劃提出的特高壓發(fā)展對繼電保護(hù)裝置提出更高要求。 思路：變壓器二次側(cè)采集A、B、C三相的電壓電流6路信號，分別輸送到電壓互感器和電流互感器，將大電壓，大電流轉(zhuǎn)換成100V，5A的小電壓和小電流信號。再經(jīng)過前端調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成0~+3V的信號（滿足ADS8364輸入要求）。A/D轉(zhuǎn)換芯片將轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字信號輸送給FPGA，F(xiàn)PGA通過對信號的處理做出是否為故障電路的判斷，如果線路或者變壓器、發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，則發(fā)出一個跳閘信號，并報警。如果沒有出現(xiàn)故障，則繼續(xù)采集信號運行。另外FPGA還可以完成自檢測，實時檢查采集信號和發(fā)出指令的正確性。 創(chuàng)新點：處理器：基于FPGA；完成FPGA斷電保護(hù)功能；A/D轉(zhuǎn)換芯片：ADS8364 技術(shù)關(guān)鍵：（1）用硬件完成信號的采集； （2）ADS8364芯片的應(yīng)用及工作； （3）FPGA處理器與外部電路的連接； （4）解決FPGA的斷電保護(hù)和自檢測問題； （5）在此平臺上利用算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。定值誤差：電流：<±2.5%；電壓：<±2.5%；零序電流：0.02A—0.4A（含0.4A）范圍內(nèi)不超過±0.01In，0.4A—12A范圍內(nèi)不超過±2.5%。 主要指標(biāo)：定值誤差：電流：<±2.5%；電壓：<±2.5%；零序電流：0.02A—0.4A（含0.4A）范圍內(nèi)不超過±0.01In，0.4A—12A范圍內(nèi)不超過±2.5%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、速度快：A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的信號直接輸送給FPGA處理器，節(jié)省等待的時間。FPGA是硬件實現(xiàn)算法，處理速度高。 2、成本降低：隨著現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA容量和密度的不斷提高，原有分立元件實現(xiàn)的系統(tǒng)可以在一片大容量的FPGA實現(xiàn)系統(tǒng)集成即SOPC，以降低產(chǎn)品的成本。 3、靈活性好：FPGA可以用VHDL或verilogHDL來編程，靈活性強(qiáng)，由于能夠進(jìn)行編程、除錯、再編程和重復(fù)操作。在PCB完成以后，電路有少量改動時，可利用FPGA在線修改能力隨時修改設(shè)計。用FPGA編程時只須用通用EPROM、PROM編輯器。同一片F(xiàn)PGA，不同的編輯數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同電路功能。 4、適用于高頻采樣：采樣頻率極大影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度， FPGA處理速度快，執(zhí)行效率高，能完成復(fù)雜的時序邏輯設(shè)計，對高頻采樣也能順利完成計算。 5、穩(wěn)定可靠性好：片內(nèi)有大量邏輯門和觸發(fā)器，多為查表結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)工藝多為SRAM，規(guī)模大，集成度高。FPGA芯片是小批量系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 實物
作品可展示的形式
- 實物產(chǎn)品、模型、圖紙、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點：1、基本性能得到明顯加強(qiáng)，保護(hù)裝置功能更趨于完善。檢驗維護(hù)方面較常規(guī)保護(hù)方便了許多，檢驗調(diào)試工作的勞動強(qiáng)度有所減輕。2、保護(hù)系統(tǒng)給外界提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的用于擴(kuò)展更多功能的微機(jī)接口。3、繼電保護(hù)功能獨立，完全不依賴通訊網(wǎng)。4、保護(hù)裝置有硬件閉鎖回路，只保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，裝置啟動后才允許開放跳閘回路，其它情況不誤發(fā)跳閘命令。5、保護(hù)裝置滿足微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各項技術(shù)要求，有開放性，支持多種通訊協(xié)議，遵循國際公認(rèn)的操作系統(tǒng)和通信接口標(biāo)準(zhǔn)、人機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部的互操作性 經(jīng)濟(jì)效益：并聯(lián)電網(wǎng)中，繼電保護(hù)設(shè)備如果不能對故障做到快速準(zhǔn)確切除，故障線路波及范圍擴(kuò)大，使周圍線路電壓降低甚至將為0，影響負(fù)荷正常工作，如果影響到石化、醫(yī)院等重要的一級負(fù)荷可能會發(fā)生危及人身安全的事故；使工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備遭到難以修復(fù)的損壞，以致生產(chǎn)秩序長期不能恢復(fù)正常，造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失；使市政生活的重要部門發(fā)生混亂等。而此裝置能快速準(zhǔn)確切除故障，盡可能減小故障波及范圍，更好保證人民的生產(chǎn)生活。
同類課題研究水平概述
- 隨著現(xiàn)代化程度的不斷深入，人們對用電的依賴性迅速增加，有效地保證供電的可靠性已經(jīng)不能僅僅從普通的意義上來解釋，往往與國家的經(jīng)濟(jì)大計緊密聯(lián)系在一起，因此電力系統(tǒng)安全的重要性已為眾人所知，而繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全運行的保護(hù)神，其自身的發(fā)展至關(guān)重要。繼電保護(hù)裝置的發(fā)展隨科技水平的不斷提高及科技水平不斷提高及科技成果的不斷轉(zhuǎn)化而不斷發(fā)生新的變化，裝置結(jié)構(gòu)由零散變集中，體積由大變小，成本由高變低，維護(hù)由繁到簡。 目前國內(nèi)外的繼電保護(hù)主要能夠?qū)崿F(xiàn)的保護(hù)功能：二段電流保護(hù)、三段電流電壓方向保護(hù)、過流加速保護(hù)（前加速、后加速）三相多次重合閘、低頻減載保護(hù)、零序電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等。通過現(xiàn)有產(chǎn)品功能以及對電力系統(tǒng)現(xiàn)場要求的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有產(chǎn)品雖然具備了一些保護(hù)的基本功能，但是仍存在如下技術(shù)缺陷： 1、速度慢，A/D采樣結(jié)束后DSP都需要等待一段時間才能讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)采樣通道增加時這種時間的積累更加明顯，隨著采樣點數(shù)的增加，復(fù)雜算法的應(yīng)用，在此過程中所浪費的時間顯得更加珍貴； 2、成本高，DSP和微處理器之間加入雙口RAM，增加了控制復(fù)雜程度和硬件的成本； 3、靈活性差，當(dāng)電路有少許改動時DSP可能不能適應(yīng)此改動而不能應(yīng)用，逐漸不適合與當(dāng)今日益發(fā)展的大型并聯(lián)電網(wǎng)； 4、僅適用于系統(tǒng)較低的采樣速率，超過幾MHz的取樣率時，一個DSP僅能完成對數(shù)據(jù)非常簡單的運算； 5、穩(wěn)定性、可靠性差。 擬設(shè)計的作品從根本上解決這些問題，實現(xiàn)滿足電力系統(tǒng)在精度和速度上的需求，運用FPGA處理器能夠提高處理數(shù)據(jù)的速度，F(xiàn)PGA比DSP快的一個重要原因是FPGA可以實現(xiàn)并行運算，而DSP由于硬件結(jié)果條件限制，主要還是依靠軟件來提取指令執(zhí)行，理解為還是串行執(zhí)行的，運用FPGA處理器可以大大增加系統(tǒng)的靈活性，并且本產(chǎn)品從整體上講其穩(wěn)定性和可靠性也得到了很大的提高，設(shè)計出實用、可靠、功能完善、技術(shù)含量高的產(chǎn)品，真正將繼電保護(hù)系統(tǒng)推向市場。
