基于FPGA的10kV行波故障测距系统设计与实现

本文主要探讨了基于FPGA（现场可编程门阵列）的单端行波故障测距系统的创新设计与实现方法。针对10kV输电线单端行波故障测距领域的现有理论和技术挑战，研究者提出了一种以Cyclone IV系列FPGA芯片EP4CE15F17C8N为基础的解决方案。设计过程中，采用了FPGA自顶向下的模块化设计思路，构建了系统架构，关键部分包括高速数据采集模块，使用AD7356实现了高效的信号采集；随后，引入改进的凯伦鲍尔矩阵进行相模变换，这是为了将模拟信号转化为数字信号，便于后续处理；小波变换的实现则是利用了FPGA内嵌的FIR滤波器IP核，通过对信号进行小波分析来寻找模极大值，这有助于提取故障特征信息。 在模极大值的检测后，系统根据模极大值的极性应用相应的测距公式来计算故障距离。这种方法提高了定位的精度和实时性，对于10kV小电流接地系统中常见的短路故障，能够提供快速且准确的故障定位，这对于系统的可靠性与稳定性至关重要。 FPGA的优势在于其高速执行能力、高集成度、低功耗以及灵活的可编程特性，使得它在处理高速行波信号时具有明显优势。通过利用FPGA的这些特性，本文提出的系统设计不仅缩短了研发周期，还提升了故障测距装置的整体性能。此外，文章还提到了10kV输电线路相对较短，对故障测距精度要求较高的特点，进一步强调了基于FPGA解决方案的实际应用价值。 本文的研究成果对于优化10kV电力系统的故障检测和诊断有着积极的意义，为电力系统的安全运行提供了技术支持。同时，作者们也指出了该方案的创新之处，如采用自顶向下设计策略、专用硬件加速等，这些都体现了他们对当前技术趋势的深入理解和掌握。整个研究过程展示了FPGA在电力系统故障检测领域的潜力和前景。