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高频保护通道测试仪及其数字信号处理算法研究湖南大学 硕士学位

发布时间:2019-06-27 02:00 来源:未知 编辑:admin

  高频保护通道测试仪及其数字信号处理算法研究湖南大学 硕士学位论文 高频保护通道测试仪及其数字信号处理算法研究 姓名 申请学位级别硕士 专业 电路与系统 指导教师 罗文钦 2002 高频保护通道测试仪是一种用于测试电力线故障信息并实现电路主保护的测试仪器。该装置通过高频发讯机与相应外围加工设备合成并传

  高频保护通道测试仪及其数字信号处理算法研究湖南大学 硕士学位论文 高频保护通道测试仪及其数字信号处理算法研究 姓名 申请学位级别硕士 专业 电路与系统 指导教师 罗文钦 2002 高频保护通道测试仪是一种用于测试电力线故障信息并实现电路主保护的测试仪器。该装置通过高频发讯机与相应外围加工设备合成并传送发端测试信 于收讯机端接收此信号并分析传输通道故障信息。本文针对当前市场该产品设计上的某些缺陷从总体上提出了一种全新的设 计思路 采用数字信号处理器进行信号处理以及通用计算机用于人机 交互。本文介绍了装置硬件核心数字信号处理器在软硬件设计上 的特点并提出了作者在设计中的若干心得体会。此外本文还集中分析了应用于 本设计的数字信号处理算法并对其中某些经典算法提出了改进意见。 本项目来自于湖南省电力试验研究所科研项目“智能化电力线载波通道铡 试装置”。该装置现已通过权威部门鉴定 各项测试结果达到或超过预期指标。 关键词 高频保护数字信号处理软硬件设计算法 高频保护通道测试仪及其数字信号处理算法研究 摘要 高频保护通道测试仪是一种用于测试电力线故障信息并实现 电路主保护的测试仪器。该装置通过高频发讯机与相应外围加工 设备合成并传送发端测试信号 于收讯机端接收此信号并分析传 输通道故障信息。 本文针对当前市场该产品设计上的某些缺陷从总体上提出了 一种全新的设计思路 采用数字信号处理器进行信号处 理以及通用计算机用于人机交互。本文介绍了装置硬件核心数字 信号处理器在软硬件设计上的特点并提出了作者在 设计中的若干心得体会。此外本文还集中分析了应用于本设计的 数字信号处理算法并对其中某些经典算法提出了改进意见。 本项目来自于湖南省电力试验研究所科研项目“智能化电力 线载波通道测试装置”。该装置现已通过权威部门鉴定 各项测试 结果达到或超过预期指标。全文共分六章 第一章鼍论 本章中介绍了继电保护的主要作用及组成 论述了文章研究 的市场背景和发展现状 本章还给出了高频保护通道测试仪系统 框图及功能简介 介绍了装置的主要技术指标和研究所作的主要 工作。 第二章性能介绍 本系统设计的一个创新就是针对高速采样信号采用了专用数 字信号处理芯片。本章首先介绍了芯片 一般特点 叙述了的产生与历史 系统地介绍了应用于本设 计的芯片所在系列的芯片性能特点和具体结 笔者还就具体软硬件设计中出现的某些具体问题给出了相关介绍和心得体会。 第三章高频保护通道测试仪硬件结构设计 本章系统地介绍了装置硬件结构 从振荡器和选频表两个方 面详细介绍了装置的各个功能模块 本章就系统硬件设计上的创 新给出了两个具体例子 高速采样芯片采样时钟的设计与 前级衰减电路的设计。前者通过分析采样 时序和 口读时序采用外部读写信号逻辑作为具体采样时钟的驱动信号 后者通过采用数控电位器 使运算放大器增益动态可调。 第四章高频保护通道测试仪软件结构设计 本章描述了装置软件总体框架 对软件主体 部分软件 程序流程作了详细介绍 此外就软件编程的具体例子给出了两个 程序段 采样程序与低通滤波程序。前者采用德州仪 语言。同 器格式的汇编语言 后者采用 时指出了软件设计调试时几个普遍问题并给出解决方法。 第五章软件算法方案设计 本章首先就采样中高采样率下低频信号存储信号周期数过少 的问题存储空间固定给出了软件算法上的降采样率方案信号抽 取介绍。此外介绍了数字滤波器的数学推导和具体实现方法 并就软件算法创新给出了应用于频率计算的两个具体例子 移相算法和过零点统计法。前者改进了经典算法中由于频谱 泄漏导致频率分辨率不高的问题 后者通过对采样信号过零点值 统计和修下同样可以实现频率计算 第六章现场测试结果及鉴定结论 本章主要给出装置的现场测试结果及鉴定结论。并以附录的 形式在文章末尾提供详细文本。 结束语略 参考文献略 致谢略 附录略 附录略高频倮护通道测试仪及数字信号处理算法研究 第一章绪 引言继电保护是电网的一个重要组成部分 它对电力系统本身及重要用户的 安全运行影响很大 对于因继电保护装置本身故障造成的保护异常停运 的因未及时处理最终导致停止了供电 这都严重影响了电网的安全稳定运 行。因此 消除保护缺陷 减少其异常停运的时间是十分重要的。目前 我国及以上系统以及非终端变电力线保护中广泛采用了高频保护【文献 页。高频保护利用高频收发讯机或载波机及相应的高频通道 加工设备由高频电缆、结合滤过器、阻波器、耦合电容、电力线等组成 传送本侧及接受对侧故障信息 从而可以在线路故障时 实现线路全长的无 时限切除故障 并且在线路外部故障时不会发生误动。因此高频保护通常用 做线路的主保护 地位十分重要。 由于高频保护必须利用高频收发讯机或载波机及相应的高频通道设备传 送本侧及接受对侧故障信息 因此这些设备的不正常工作将会导致高频保护 的误动或拒动。运行统计表明高频保护的不正确动作主要是由于高频收发讯 机或载波机及相应的高频通道设备的不正常工作引起的。因此 保证高频收 发讯机或载波机及相应的高频通道设备的完好性是高频保护可靠工作的前 论文研究的背景及发展现状目前高频收发讯机或载波机及相应的高频通道设备的测量调试中广泛使 用的仪器仪表有高频振荡器、高频选频表、高频频率计、真空管毫伏表和时 间测量仪 此外测试中还需使用到一些标准电阻和标准电容。由于仪器仪表 种类和台数多 使现场试验人员难以掌握 在试验时耗费大量时间 常常造 成高频收发讯机或载波机及相应的高频通道设备的调试质量不良或导致检修 时间延长。且这些仪器仪表基本都是由晶体管电路较早期产品为电子管电 路和小规模组成 调试复杂 性能不稳定。而这样的测量试验设备仍是 目前继电保护专业和载波通信专业所广泛使用的仪器 急需改善。 近年来 一些生产厂家推出了一些新的产品 如合肥华飞电子仪器开发 公司的电平振荡器、选频电平表 江苏宏图高科技股份有限公司推出的载波 通信综合测试仪等。这些新产品大致分为两种 一种是单台的选频表和振荡湖南大学硕士毕业论文 主要体现在两个方面一是振荡器采用直接数字频率合成器芯 片作为高频信号发生器 二是采用单片机控制 可通过装置面板的按键直接 输入频率、电平和其他一些控制量。由于这些新技术的采用 装置的性能比 晶体管电路构成的装置有了一定的改善 在操作上也简单方便了许多。 但由于技术的局限性 这些新产品仍存在许多不足之处。主要表现为 选频表除采用单片机作为参数输入手段外 其他电路与以前的产品相 比没有改善 仍然采用模拟电路实现 电路复杂、调试难度高、性能不稳定。 组合式仪器的组合程度低 基本只有振荡器和选频表的功能。而试验 要求的仪器仪表及元器件还有高频频率计、真空管毫伏表、时间测量仪、标 准电阻、标准电容等 因此现场试验仍需要其它仪器仪表同时使用 导致试 验接线复杂 效率低 与早期产品进行试验没有多大改观。 在电平的调节方式上采用的仍是用电阻组成的衰减电路。与早期的产 品没有区别。 与早期产品一样 不具备试验规程的融入功能如提示试验人员试验 项目、试验接线、试验步骤、试验方法和试验要求等 试验数据记录和试验 报告编写功能等。 另外 根据查新 国外同类仪器也是处于国内仪器同等水平 所以要改 善测试仪器的不足之处 必须开发研制新产品。本文所做的研究正是要解决 这些问题 研制出完善的、适合现场全方位使用的智能化电力线高频载波通 道测试装置。 本装置主要技术指标 本项目研究成果 型载波通道综合实验装置主要应用予各种继电保 护和载波通讯装置的试验、测量。装置的技术性能指标达到或超过了目前广 泛使用的争立测试装置的技术性能指标。主要技术指标如下 振荡器技术指标 频率范围 频率误差优于 电平范围输出阻抗时。 输出阻抗、、、时。高频保护通道测试仪及数字信号处理算法研究 电平误差 平衡时 小于 其他情况下 小于 选频表技术指标频率测试范围 频率误差 优于 毫秒计技术指标 时间测试范围 时间误差 系统框图及功能介绍 高频保护通道测试系统框图如图 所示。 电力线 图中上半部为振荡器组成框图 下半部为选频表组成框图。在振荡器中 测试信号发生模块主要负责产生测试信号具体参数见

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