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基于DSP的微机距离保护的研究与开发

作　者: 刘震
导　师: 李晓明
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 微机保护数字信号处理器微机保护算法距离保护
分类号: TM774
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-12
第一章绪论  12-17
  1.1 概述  12-14
    1.1.1 我国微机继电保护技术的发展历史及现状  12-14
    1.1.2 微机继电保护的发展趋势  14
  1.2 本课题研究的背景及意义  14-16
    1.2.1 本课题研究的背景  14-15
    1.2.2 本课题研究的意义  15-16
  1.3 本文所做的主要工作  16-17
第二章核心处理器的选型  17-27
  2.1 保护CPU简介  17-22
    2.1.1 TMS320F2812芯片  18-19
    2.1.2 SEED-DPS2812M电力系统工控板  19-20
    2.1.3 对SEED-DPS2812M工控板外部扩展总线的配置  20-22
  2.2 管理CPU简介  22-26
    2.2.1 LPC2220嵌入式处理器简介  23
    2.2.2 M2020-N20嵌入式工控板简介  23-24
    2.2.3 M2020-N20嵌入式工控板的引脚功能与外接线  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章系统硬件电路设计  27-46
  3.1 硬件整体结构设计  27-28
  3.2 装置面板及插板结构布置  28-32
  3.3 数据采集系统模块  32-39
    3.3.1 信号调理电路  32-37
    3.3.2 模数变换部分  37-39
  3.4 开关量输入输出模块  39-42
    3.4.1 开关量输入设计  39-41
    3.4.2 开关量输出设计  41-42
  3.5 微型机系统模块  42-43
  3.6 电源模块  43
  3.7 通信模块  43-44
  3.8 辅助电路设计—频率跟踪电路的设计  44-45
  3.9 本章小结  45-46
第四章微机保护算法基础  46-52
  4.1 采样点数的选择说明  46-47
  4.2 本文采用的微机保护算法  47-48
  4.3 递推傅立叶算法  48-49
  4.4 常用电力参数的计算  49-50
    4.4.1 稳态量的计算  49
    4.4.2 突变量的计算  49-50
    4.4.3 负序、零序分量的计算  50
  4.5 提高运算速度的方法  50-51
    4.5.1 用右移运算代替除法运算  50-51
    4.5.2 离线计算常用参数  51
  4.6 本章小结  51-52
第五章系统的软件设计  52-72
  5.1 保护软件整体结构设计  52-59
    5.1.1 主程序模块  53-54
    5.1.2 中断服务程序模块  54-56
    5.1.3 故障处理程序模块  56-59
  5.2 典型模块的流程  59-71
    5.2.1 启动元件  59
    5.2.2 选相元件  59-62
    5.2.3 快速距离保护—突变量距离继电器  62-64
    5.2.4 相间距离保护  64-66
    5.2.5 零序电流保护  66-68
    5.2.6 振荡闭锁元件  68-70
    5.2.7 重合闸子程序  70-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章总结与展望  72-74
  6.1 工作总结  72-73
  6.2 工作展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-80
攻读学位期间发表的学术论文目录  80-81
学位论文评阅及答辩情况表  81

基于DSP的微机距离保护的研究与开发

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