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ARM和和FPGA的光纤信号分析仪设计的光纤信号分析仪设计
随着电力网络的扩大复杂化和区域互联趋势的到来,电力系统的行为也将越来越复杂。一些原有的假设条件和
简化模型的适用性都将接受进一步的挑战与检验。
0 引言
随着电力网络的扩大复杂化和区域互联趋势的到来,电力系统的行为也将越来越复杂。一些原有的假设条件和简化模型的适用
性都将接受进一步的挑战与检验。
IEC61850标准的制定及其内容已超变电站自动化系统的范围,扩展到其他工业控制领域,成为基于通用网络通信平台的工业
控制的国际标准。国内外很多电力设备生产商都在围绕IEC61850开展研究和应用工作,并提出IEC61850的发展方向是实
现“即插即用”,在工业控制通信上实现“一个世界、一种技术、一个标准”。
1 系统构成及要求
结合一些与该设计方案关于示波器仪表类似的优秀文章,并取其精华作为设计参考。该光纤信号分析仪主要由三部分组成,包
括:接口部分、A/D采集控制部分和显示控制部分,如图1所示。其中每个模块都实现各自的功能,具有良好的可移植性。
为了达到系统设计的要求,信号分析仪还需具有以下功能:
(1)光电转换模块将来自不同光接口的光纤信号转换为与光强成正比的电信号,完成1EC61850规定的9-1,9-2,GOOSE格式
光信号的接入和转发、IEC60044-7/8规定的FT3格式光信号的接入和转发以及专用采集器光纤信号的接入,而且信号转换误差
和测量范围满足一定精度要求。其光信号频率范围为125MBit/s,光电、电光转换误差精度为2%左右为宜。
(2)A/D采集控制部分实现满足一定精度要求、具有足够采样速率的电信号瞬时值采集、储存、显示、分析。波形分析则主要围
绕波形质量和信号特征进行,可能包括“1”状态光电平数值,光信号的上升时间、下降时间,光信号的过冲,光信号的稳定时
间,光信号频率等内容。由于需要与光纤信号的速度配套,其采样带宽与光信号的带宽需配合良好;如可能的情况下,采样速
率应大于光信号速率的50倍,也可根据实际情况确定;而在A/D转换精度方面优先采用10位的 A/D,有困难时考虑8位A/D。
(3)显示控制部分主要实现IEC 61850规约对GOOSE、9-1、9-2格式的通信方案和要求对其进行信息解码、信息组储存、信息
组识别、报文信息显示功能等;IEC60044-7/8对FT3格式(曼彻斯特码)的要求对其进行信息解码、信息组识别、信息组储存、信
息显示功能。实现满足IEC 61850规约的MMS报文信息解码、信息组储存、信息组识别、报文信息显示等功能。规约分析单
元实现对上述报文的解析、注释、信息计算等功能;还需具有一定容量的波形存储能力和一定容量的报文信息储存能力。最终
通过液晶屏幕显示出来,并提供一个人性化、可视效果好、可操作性好的人机交互界面。
另外,仪器接入测量信号时不会影响系统的正常工作,具有在线监测功能,光纤信号分析仪接线示意图如图2所示。
除了满足上述要求外,该分析仪还具有很好的信息存储能力及后台分析能力。能实时保存报文信息,保存的帧信息中包含全部
的帧信息,包括报文头、添加字节、CRC校验码等数字信息,以便进行后续分析。
2 硬件设计方案
2.1 接口部分设计方案
接口控制部分主要完成光纤信号接收、转发,主要完成的功能如光纤信号接收、放大;对两路需要采集信号进行放大、选择。
这部分的关键技术在于光电/电光模块的选择,光接口波长全为1310 nm、多模、ST接口,主要采用HFBR-5905多模光纤收发
器,同样,光纤分路器也为1 310 nm、多模、ST接口,采用型号为DS25BR204的2分4信号分路器。
如图3的接口板原理框图所示,光信号经光电转换后一分为二,一份提供给信号分析仪作为采集、存储分析使用,另外一份直
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weixin_38680475
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