基于dsp的微機繼電保護裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于DSP的微機繼電保護裝置，包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號處理單元，預(yù)處理單元包括模擬量預(yù)處理模塊、開關(guān)量預(yù)處理模塊及工頻整形模塊，數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集模塊及電平轉(zhuǎn)換模塊，信號處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號處理器、片外處理模塊，模擬量預(yù)處理模塊用于濾除疊加在工頻信號中的高頻成分，數(shù)據(jù)采集模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及儲存，控制邏輯模塊用于實現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，數(shù)字信號處理器實現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時序邏輯啟停功能。本發(fā)明克服現(xiàn)有繼電保護系統(tǒng)的不足，能快速可靠地切除故障元件并限制事故影響范圍以保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，具有性能優(yōu)越、可靠性高的優(yōu)點。
【專利說明】基于DSP的微機繼電保護裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，尤其是涉及基于DSP的微機繼電保護裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在實際運行中，電力系統(tǒng)總是會受到各種各樣的干擾，打破電力系統(tǒng)的平衡運行。在受到干擾后，電力系統(tǒng)的結(jié)局便有兩種可能，一種情況是電力系統(tǒng)從原來的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種新的穩(wěn)定狀態(tài)，由于電力系統(tǒng)中存在著很多慣性元件，在再次達到平衡之前，必然經(jīng)歷一個過渡過程，這種過渡過程就是暫態(tài)過程。實際的電力系統(tǒng)絕大部分時間總是處于這種動態(tài)的平衡重；另一種情況是系統(tǒng)的運行狀態(tài)發(fā)生劇烈的變化，運行參數(shù)大大偏離正常值，以致電能質(zhì)量嚴重惡化，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)對用戶的正常供電局部地乃至全都地遭到破壞。
[0003]為了避免這種情況出現(xiàn)，需要在系統(tǒng)中安裝相應(yīng)的繼電保護裝置，以便一旦發(fā)生故障可以迅速而有選擇的切除故障元件，保證無故障部分正常的運行。作為一種監(jiān)測電力系統(tǒng)運行狀況并自動切除故障以保證電力系統(tǒng)正常運行的自動化裝置，而現(xiàn)有繼電保護系統(tǒng)具有以下缺點:1)保護動作精確率低。不能準確識別故障元件致使切除范圍過大，從而造成停電范圍擴大，不利于系統(tǒng)中無故障部分的安全運行。2)速動性、靈敏性差。保護系統(tǒng)在保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時，反應(yīng)能力弱致使不能迅速動作切除故障。3)系統(tǒng)可靠性差。在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生屬于其應(yīng)該動作的故障時拒絕動作；而在不屬于其應(yīng)該動作的情況卻誤動作。
[0004]繼電保護要求對采樣各類數(shù)據(jù)進行快速分析處理，計算量很大，選用的芯片運算速度必須足夠快，普通的微處理器的運算能力適應(yīng)不了這種高速運算的場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有繼電保護系統(tǒng)的不足，提供基于DSP的微機繼電保護裝置，其能快速可靠地切除故障元件并限制事故影響范圍以保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，具有性能優(yōu)越、可靠性高的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):基于DSP的微機繼電保護裝置，包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號處理單元，所述預(yù)處理單元包括模擬量預(yù)處理模塊、開關(guān)量預(yù)處理模塊及工頻整形模塊，所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集模塊及電平轉(zhuǎn)換模塊，所述信號處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號處理器、片外處理模塊，其中:所述模擬量預(yù)處理模塊用于濾除疊加在工頻信號中的高頻成分，并將微弱的工頻信號放大處理轉(zhuǎn)換成所需值；所述開關(guān)量預(yù)處理模塊用于實現(xiàn)遙控信號的輸入、自檢、輸出以及輸入與輸出間的絕緣隔離；所述工頻整形模塊用于將工頻信號整形轉(zhuǎn)換為一個同相位的方波信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及儲存；所述電平轉(zhuǎn)換模塊用于將采樣后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為可與數(shù)字處理信號模塊相匹配的數(shù)字信號；所述控制邏輯模塊用于實現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，并發(fā)出相應(yīng)信號；所述數(shù)字信號處理器通過對數(shù)字信號的頻率測量實現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時序邏輯啟停功能；所述片外處理模塊用于記錄信號數(shù)據(jù)和計算得到的故障相關(guān)電氣參數(shù)。
[0007]進一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括同步采樣/保持模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、儲存器模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述同步采樣/保持模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及保持，所述儲存器模塊用于儲存轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0008]進一步地，所述模擬量處理模塊包括無源低通濾波及四運放大集成電路，所述開關(guān)量預(yù)處理模塊包括光電耦合器及緩沖驅(qū)動器。
[0009]進一步地，所述片外處理模塊包括RAM模塊及Flash模塊。
[0010]進一步地，所述控制邏輯模塊包括控制邏輯器、模數(shù)控制器、工頻測量器及保護校驗器，所述控制邏輯器用于常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，所述模數(shù)控制器用于產(chǎn)生滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換時序要求的信號，所述工頻測量器用于對整形后的工頻信號進行頻率測量，保護校驗器用于對信號處理單元在故障發(fā)生時發(fā)出的跳閘命令信號進行確認處理。
[0011]進一步地，所述模數(shù)控制器包括開關(guān)量讀取模塊和模數(shù)控制模塊，所述開關(guān)量讀取模塊通過開關(guān)量預(yù)處理模塊讀取開關(guān)開合狀態(tài)，所述模數(shù)控制模塊用于產(chǎn)生滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換時序要求的信號。
[0012]與現(xiàn)有繼電保護技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明中，通過預(yù)處理單元的設(shè)置可實現(xiàn)模擬量的濾波，從而有效避免信號混疊失真；通過工頻整形模塊的設(shè)置，可將一路電壓信號整形為同相位的方波，便于測量電力線路的工頻周期。通過數(shù)據(jù)采集單元的設(shè)置，可實現(xiàn)對12路輸入模擬量信號的同步采樣，從而可對每一路模擬量信號的大小及相位關(guān)系進行采集并儲存。通過數(shù)字信號處理單元的設(shè)置，可對采樣數(shù)據(jù)進行高速運算快速分析。本發(fā)明不僅抗干擾能力強、數(shù)據(jù)采樣精度高、數(shù)據(jù)處理速度快，且結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述的基于DSP的微機繼電保護裝置一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0015]實施例1
如圖1所示，基于DSP的微機繼電保護裝置，包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號處理單元，所述預(yù)處理單元包括模擬量預(yù)處理模塊、開關(guān)量預(yù)處理模塊及工頻整形模塊，所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集模塊及電平轉(zhuǎn)換模塊，所述信號處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號處理器、片外處理模塊，其中:所述模擬量預(yù)處理模塊用于濾除疊加在工頻信號中的高頻成分，并將微弱的工頻信號放大處理轉(zhuǎn)換成所需值；所述開關(guān)量預(yù)處理模塊用于實現(xiàn)遙控信號的輸入、自檢、輸出以及輸入與輸出間的絕緣隔離；所述工頻整形模塊用于將工頻信號整形轉(zhuǎn)換為一個同相位的方波信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及儲存；所述電平轉(zhuǎn)換模塊用于將采樣后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為可與數(shù)字處理信號模塊相匹配的數(shù)字信號；所述控制邏輯模塊用于實現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，并發(fā)出相應(yīng)信號；所述數(shù)字信號處理器通過對數(shù)字信號的頻率測量實現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時序邏輯啟停功能；所述片外處理模塊用于記錄信號數(shù)據(jù)和計算得到的故障相關(guān)電氣參數(shù)。本實施例中，數(shù)字信號處理器可選用高速高精定點DSP芯片TMS320VC5416，其運算速度最高可達160MIPS，內(nèi)部還集成了定時器、同步/異步串口等多種硬件資源，能夠滿足設(shè)計的要求。還可采用SPI方式按著一定的協(xié)議負責與繼電保護系統(tǒng)的監(jiān)控模板通訊，發(fā)送故障報告。
[0016]本實施例應(yīng)用時，輸入模擬信號是由PTCT模板的電壓電流互感器輸出的12路模擬量，在進行AD轉(zhuǎn)換之前，每路輸入的模擬信號經(jīng)過模擬量預(yù)處理模塊進行預(yù)處理，可將疊加在工頻信號中的高頻成分濾出來，以避免混疊失真。經(jīng)整形后的工頻信號有12路，采樣要求保持同步，因此在本實施例中可設(shè)計有2套數(shù)據(jù)采集模塊。輸入開關(guān)信號為12路輸入遙控信號，每路信號的輸入都要經(jīng)過光電隔離?？刂七壿嬆K通過開關(guān)量預(yù)處理模塊將開關(guān)量信號讀入從而獲取輸入遙控信號的開合狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)地信號控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，比如轉(zhuǎn)換器的時鐘信號、轉(zhuǎn)換啟動信號，使其能夠按要求正常地工作。預(yù)處理后，通過數(shù)據(jù)采集模塊對其進行同步采樣，再將采樣后的模擬信號轉(zhuǎn)換為信號處理單元所需的數(shù)字信號，以便進行信號的處理、存儲和控制。數(shù)字信號處理器讀入經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換和整形后的數(shù)字信號，對其進行信號分析計算，實現(xiàn)頻率故障啟動判據(jù)、故障波形啟動判據(jù)和故障幅值啟動判據(jù)相應(yīng)的算法機制，判斷電路線路上是否有故障發(fā)生。一旦發(fā)現(xiàn)有故障問題，就通過邏輯控制器控制保護校驗器啟動保護程序，輸出相應(yīng)的跳閘命令，并將故障發(fā)生的時間、類型以及有關(guān)電氣參數(shù)記錄保存于片外處理模塊內(nèi)。
[0017]實施例2
本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上作出了如下進一步限定:所述數(shù)據(jù)采集模塊包括同步采樣/保持模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、儲存器模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述同步采樣/保持模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及保持，所述儲存器模塊用于儲存轉(zhuǎn)換結(jié)果。本實施例中，預(yù)處理后，通過同步采樣/保持模塊對其進行同步采樣/保持，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為處理單元所需的數(shù)字信號，以便進行信號的處理、存儲和控制。
[0018]實施例3
本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上作出了如下進一步限定:所述模擬量處理模塊包括無源低通濾波及四運放大集成電路，所述開關(guān)量預(yù)處理模塊包括光電耦合器及緩沖驅(qū)動器。本實施例中，在進行AD轉(zhuǎn)換之前，每路輸入的模擬信號經(jīng)過無源低通濾波電路和四運放大集成電路進行預(yù)處理，無源低通濾波電路可以將疊加在工頻信號中的高頻成分濾出來，以避免信號混疊失真。實際設(shè)計中連續(xù)采用兩次一階低通濾波效果更佳。四運放大集成電路內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。光電耦合器的工作頻率一定大于開關(guān)量變化的最大頻率，否則開關(guān)量信號將不能反映開關(guān)量的開合狀態(tài)。由于輸入遙控信號的變化頻率不是很高，普通的光電耦合器件可以滿足要求。本實施例中可選用TLP181光電耦合器件，其隔離電壓可達3750V，保障模板內(nèi)部器件的安全；可選用SN74LVTH16244作為輸入遙控信號的緩沖驅(qū)動器。
[0019]實施例4 本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上作出了如下進一步限定:所述片外處理模塊包括RAM模塊及Flash模塊。本實施例中，可選用靜態(tài)SRAMCY7C1021V芯片，具有自動低功耗模式，可以降低總功耗。
[0020]實施例5
本實施例在實施例廣4中任意一項實施例的基礎(chǔ)上作出了如下進一步限定:所述控制邏輯模塊包括控制邏輯器、模數(shù)控制器、工頻測量器及保護校驗器，所述控制邏輯器用于常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，所述模數(shù)控制器用于產(chǎn)生滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換時序要求的信號，所述工頻測量器用于對整形后的工頻信號進行頻率測量，保護校驗器用于對信號處理單元在故障發(fā)生時發(fā)出的跳閘命令信號進行確認處理。
[0021]實施例6
本實施例在實施例5的基礎(chǔ)上作出了如下進一步限定:所述模數(shù)控制器包括開關(guān)量讀取模塊和模數(shù)控制模塊，所述開關(guān)量讀取模塊通過開關(guān)量預(yù)處理模塊讀取開關(guān)開合狀態(tài)，所述模數(shù)控制模塊用于產(chǎn)生滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換時序要求的信號。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的【具體實施方式】只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案下得出的其他實施方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于DSP的微機繼電保護裝置，其特征在于:包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號處理單元，所述預(yù)處理單元包括模擬量預(yù)處理模塊、開關(guān)量預(yù)處理模塊及工頻整形模塊，所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集模塊及電平轉(zhuǎn)換模塊，所述信號處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號處理器、片外處理模塊，其中: 所述模擬量預(yù)處理模塊用于濾除疊加在工頻信號中的高頻成分，并將微弱的工頻信號放大處理轉(zhuǎn)換成所需值； 所述開關(guān)量預(yù)處理模塊用于實現(xiàn)遙控信號的輸入、自檢、輸出以及輸入與輸出間的絕緣隔離； 所述工頻整形模塊用于將工頻信號整形轉(zhuǎn)換為一個同相位的方波信號； 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及儲存； 所述電平轉(zhuǎn)換模塊用于將采樣后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為可與數(shù)字處理信號模塊相匹配的數(shù)字信號； 所述控制邏輯模塊用于實現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，并發(fā)出相應(yīng)信號； 所述數(shù)字信號處理器通過對數(shù)字信號的頻率測量實現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時序邏輯啟停功能； 所述片外處理模塊用于記錄信號數(shù)據(jù)和計算得到的故障相關(guān)電氣參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的微機繼電保護裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊包括同步采樣/保持模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、儲存器模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述同步采樣/保持模塊用于實現(xiàn)對多路模擬量的同步采樣及保持，所述儲存器模塊用于儲存轉(zhuǎn)換結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的微機繼電保護裝置，其特征在于:所述模擬量處理模塊包括無源低通濾波及四運放大集成電路，所述開關(guān)量預(yù)處理模塊包括光電耦合器及緩沖驅(qū)動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的微機繼電保護裝置，其特征在于:所述片外處理模塊包括RAM模塊及Flash模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣4中任意一項所述的基于DSP的微機繼電保護裝置，其特征在于:所述控制邏輯模塊包括控制邏輯器、模數(shù)控制器、工頻測量器及保護校驗器，所述控制邏輯器用于常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時序邏輯，所述模數(shù)控制器用于產(chǎn)生滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換時序要求的信號，所述工頻測量器用于對整形后的工頻信號進行頻率測量，保護校驗器用于對信號處理單元在故障發(fā)生時發(fā)出的跳閘命令信號進行確認處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的微機繼電保護裝置，其特征在于:所述模數(shù)控制器包括開關(guān)量讀取模塊和模數(shù)控制模塊，所述開關(guān)量讀取模塊通過開關(guān)量預(yù)處理模塊讀取開關(guān)開合狀態(tài)，所述模數(shù)控制模塊用于產(chǎn)生滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換時序要求的信號。
【文檔編號】H02J13/00GK104300496SQ201410580378
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】李勝峰 申請人:四川藍訊寶邇電子科技有限公司