基于SOPC的智能电器控制关键技术的研究

本课题采用SOPC技术、使用可重配置FPGA芯片，研究基于IP核的智能化电器控制系统设计的关键技术。在对智能化电器控制系统的功能与特性进行分析与综合的基础上，嵌入μC/OS II实现面向智能电器控制单元的嵌入式实时操作系统，实时、高效地完成采样、计算、保护、控制、通信、键盘及显示等任务。在采用数据采集、计算、保护算法、数据和任务调度等IP模块构成系统的基础上，可根据不同的要求进行配置，实现系统的灵活可重构。同时能实现智能电器的网络通信，可对每个智能电器实现控制。.本项目拟探索实时操作系统嵌入FPGA芯片和IP复用的系统重构方法。采用Nios II软核技术实现智能电器控制系统和监测、保护优化设计，达到仅需改变保护算法模块、重新设置数据与任务调度模块就能重构可编程片上系统的目标。利用电能质量监测器或智能继电器监测与运行结果验证设计方法和应用效果。.本项目在电器设备监测保护系统领域有广泛应用。

本项目使用可重配置FPGA芯片设计制作了基于IP核的嵌入式计算机控制系统，并嵌入μC/OS II实时操作系统和TCP/IP协议LwIP，构成智能化电器控制系统平台。在平台上设计实现了电能质量检测和保护系统，根据国家相关标准制作了硬件电路和软件系统，并在实验室内进行了验证。实验表明：电能质量检测和保护系统能够提供符合国家相关标准的电能质量检测参数，并对超限参数进行控制，保护电网系统。在电能质量参数采集预处理中，提出了基于小波域自适应阈值函数滤波算法，能够在滤波的同时更好的保留信号的奇异性。在项目中构建的平台上设计并制作了智能家电控制系统，实现了多种家用电器内部互联，并外联到Internet，实现家用电器的远程控制。项目针对目前国际、国内智能电网的发展趋势所面临的特高压输电塔的数据传输问题，使用一种基于压缩感知理论的低信噪比信道编码传输方法（LSCC），提出了一种新的投影矩阵的优化算法，使用优化后的投影矩阵能够减少重构信号所需要测量值的数据量，进一步提高数据的压缩比例，提高了信道的传输效率。. 本项目研究成果在电器设备监测保护系统领域具有广泛应用。