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1、华中科技大学 硕士学位论文 新型电力线阻波器、滤波器测试装置的研究与设计 姓名：郭旻 申请学位级别：硕士 专业：电工理论与新技术 指导教师：汪建 20060429 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 I 摘摘 要要 电力线阻波器、结合滤波器是电力线载波通道的重要组成部分，对其特性参数 的准确测量是保证电力载波通信正常工作的的重要环节，也是保证电力系统正常运 行的重要保障。 本论文在查阅了大量国内外文献资料、并深入分析了目前现有电力线阻波器、 结合滤波器测试装置的特点和不足的基础上，提出了用傅立叶变换频谱分析法测量 的新思路，总结出了一套实用的电力线阻波器、结
2、合滤波器特性参数的计算公式， 借助于MATLAB仿真证实了该方法的有效性。 论文结合系统设计要求和DSP芯片的特点,分别进行了硬件系统和软件系统的设 计。在硬件上,以TI公司的TMS320LF2407A为控制和处理核心,设计了各个部分硬件电 路,大量采用先进的数字技术，如CPLD, DDS以及高速AD芯片等。详细介绍了程控信 号发生、两路宽带数据的采集以及高速缓存等功能模块的设计。 在软件方面，采用了C语言和汇编语言混合的编程方式,充分利用了汇编语言适 于FIR、FFT运算的优点以及C语言灵活、简便的优势。软件的编制采用了模块化的方 式,把不同功能的模块结合为整体。文中给出了系统主程序设计框图
3、,阐明了编程思 想和程序结构，还针对FFT算法的特点,对改进算法的特点和优势进行了讨论。 该测量系统的设计充分考虑了抗干扰问题,而且由于利用了DSP芯片在数字信号 处理和控制上的强大优势,使得整个系统结构简单、抗干扰性能好、测量精度高. 最后,作者对全文进行了总结，就今后课题研究开发中的有关问题进行了讨论并 提出了建议。 关键词：关键词：电力阻波器 结合滤波器 数字信号处理 直接数字频率合成 快速 傅立叶变换 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 II Abstract Power wave trap coil and coupling filter is t
4、he important element in power line carrier systems.The exactly measurement of them is an important part to ensure power line carrier systems and the electric power system operate normally. On the basis of referring to a great deal of litertures and deeply analyzing the charaterisitic and shortcommin
5、g of existing the power wave trap coil and coupling filter detection devices ,a fourier transform frequency spectrum analysis is raised in this paper. The applied formula and arithmetic are given and the method validity is approved through emulate in matlab. Combined with system design require chara
6、cteristic of DSP,the hardware design and software design of device are discussed.As to hardware,the controlling and processing center are TMS320LF2407A,this testing system applies many novel digital technic,such CPLD,DDS,high speed A/D,which elaborate the cell-type signal generator and broad band da
7、ta acquisition and high speed cache etc. The software is development by C language which the merits of flexibility and assembly language which the merits of suiting for the FIR and FFT algorithms. The software is divided into some different function blocks designed by the way of modularized program.
8、 The system main program flow process diagram is present，further more represent the program thought and the program structure. For the feature of the FFT algorithm, the merits and demerits of the improved algorithm is discussed. Anti-interference problem is fully considered in the design and the adv
9、antage of DSP in digital processing and controlling is taken full use of ，which makes the whole deviced has a simple structure,good anti-jamming performance and high measurement precision. At last, author summarizes all of this paper and mends the design of this instrument.Some recommendations and a
10、dvices are presented. Keywords: Power Wave Trap Coil Coupling Filter Digital Signal Processor Direct Digital Synthesize Fast Fourier Transform 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文
11、作者签名：郭旻 日期： 2006 年 4 月 28 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 郭旻 指导教师签名：汪建 日期：2006 年 4 月 28 日 日期： 2006 年 4 月 28 日 本论文属于 华华
12、中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪绪 论论 1.1 我国电力线载波通信的现状我国电力线载波通信的现状 电力线载波通信是利用高压电力线(在电力载波领域通常指35kV及以上电压等 级)、中压电力线(指10kV电压等级)或低压配电线(380/220V用户线)作为信息传输媒 介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式1。 电力线载波通信以电力线为传输通道，具有通道可靠性高、投资少、见效快、 与电网建设同步等得天独厚的优点，经过几十年的发展，已具有相当的规模和水平。 目前，电力线载波通信由于自身的优点在电力通信网中具有特殊的地位，在电力专 用通讯网中占有相当大的比重
13、2。 1)电力线载波通信一直是电力通信网的基础网络，目前在35kV以上电压等级的 输电线路上多数已开通电力线载波通道，形成了庞大的电力线载波通信网。 2)电力线载波通信综合业务能力有了很大的发展，由过去单独的调度电话业务 发展到开放电话、远动、传真、高频保护、计算机信息等综合业务。 3)载波技术装备水平有了很大提高，近年来已推出了数字式载波机，在一些重 大工程中还陆续引进了一些具有国际先进水平的载波设备。 1.1.1 高频载波通道的构成高频载波通道的构成 要在高压电力线路上开通载波电路，首先要解决载波终端机和高压线的连接问 题。这种连接不仅要保证人身、设备的安全，而且还要保证获得最佳的载波传输
14、效 率。然而，由于电力线路是为输送电能而设计和架设的，当用来进行载波通信时， 必须要有一套完善的耦合装置，用来解决载波机与电力线的连接和高频通道的加工 问题，这些设备称为结合加工设备。 电力线载波通信系统可以分为三个部分:电力线路、耦合装置(包括高频阻波器、 耦合电容器、结合滤波器、高频电缆)和载波终端机，如图1-1所示。其中电力线路 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2 和耦合装置构成电力线高频通道。在采用有色金属导线的35500kV的电力线路上进 行载波通信时，载波可用频段为24500kHz，我国常用频段为40500kHz3。 1高频阻波器； 2耦合电
15、容器； 3结合滤波器； 4高频电缆； 5载波机； 6变电站输电母线 图 1-1 高频通道构成示意图 现将其主要构成元件及作用分述如下: 1）高频阻波器：高频阻波器串联在耦合电容器的高压连接点与变电站母线之间。 它由强流线圈 N L 、保护器件 B F和调协网络组成，如图 1-2 所示。 N L B F D 图 1-2 电力线高频阻波器电路原理图 强流线圈 N L 是通过工频电流的电抗器，其额定电感值在 0.22mH 左右，不同 的输电等级，其电感值不同。强流线圈必须承受线路的正常工作电压和短路电流， 而且必须有足够的机械强度，以承受短路电流产生的机械力。由于它串在输电回路 中， 因此要求它对 50Hz 的工频阻抗很小 （1一下） ， 尽可能减轻对输电系统的影响。 协调网络 D 的作用是使高频阻波器在单个或多个频率上具有比较高的阻抗，进 一步提高阻波器对载波信号的阻塞效果，其电阻起阻尼作用，降低回路的 Q 值，防 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 3 止变电站的电抗分量呈容性时阻波器发生串联谐振。 保护器件 B F用来保护高频阻波器不受其两端可能产生的瞬时过电压的损坏。保 护器件通常由阀型避雷器放电间隙与非线性
