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基于DSP的微机距离保护的研究与开发

刘震  
【摘要】: 继电保护装置是一种反应电力系统故障状态和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸和发出信号的设备。在现代电网中,随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多,对电力系统的安全稳定运行提出了更高、更严格的要求。传统的基于单片机等低位数处理器的保护装置应用于高压线路保护时,存在运算速度慢、存储量小、可靠性低等缺点,很难满足现代电力系统的发展需要。 本课题在总结了输电线路微机保护发展历史和现状的基础上,分析了国内现有微机保护硬件的现状,通过对比各种处理器芯片的性能特点,结合现代高压输电线路的要求,对保护装置的核心处理器进行了选型,确定了DSP+ARM双CPU的硬件保护方案。本设计以合众达公司生产的SEED-DPS2812M工控板实现保护CPU功能,主要负责A/D采样、开关量输入、数字滤波、继电保护测量元件、逻辑功能、保护定值管理、信号输出、跳合闸输出等功能;采用M2020-N20嵌入式工控板实现管理CPU功能,用于实现系统监控、保护启动元件、触摸屏控制、液晶显示、RS232通信、调度以太网通信等功能。同时,为了实现等间隔采样,设计了频率跟踪电路,依据频率变化实时调整采样间隔。本设计硬件采用模块化设计,对数据采集系统模块、开关量输入输出等模块进行了详细的说明,完成了硬件电路的设计。 针对保护算法和测控算法在准确性、响应速度等方面的侧重点的不同,对两种算法所采用的采样点数进行了选择。通过比较各种微机保护算法的优缺点,采用经过一次差分后的傅氏算法,能够有效地减小衰减的直流分量的影响;采用递推傅立叶算法,可以满足实时性要求,用于实时显示线路参数的计算。 装置的软件设计遵循模块化,自顶向下的设计思路,软件整体分为主程序、中断服务程序和故障处理程序三大部分,并对各部分的流程做了详细的说明。针对高压线路保护的特点和本装置设计的硬件结构,详细介绍了故障处理程序中各种保护功能的配置。相间距离保护采用准四边形特性的阻抗继电器,具有较好的抗过渡电阻能力和躲负荷的能力,采用零序电流保护动作于接地故障,具有简单可靠,动作速度快的优点。 本课题设计不仅能够适用于电力系统高压线路的保护,还可以改进为继电保护试验装置,服务于实验教学和保护软件的研发调试,具有多方面的功能。


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