專利名稱：一種基于dsp的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短路檢測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)，尤其是一種基于DSP(Digital Signal Processing——數(shù)字信號(hào)處理器)的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，負(fù)荷的增大，大容量機(jī)組和電廠及變電設(shè)備的投入，尤其是
負(fù)荷中心大電廠的出現(xiàn)以及電力系統(tǒng)的互聯(lián)，使輸配電網(wǎng)容量大為增加，同時(shí)使得短路電
流水平日益增高，如果發(fā)生短路故障時(shí)不及時(shí)切除，會(huì)對(duì)系統(tǒng)中原有變電所設(shè)備將產(chǎn)生很
大的影響，甚至?xí)a(chǎn)生電壓嚴(yán)重失穩(wěn)，頻率崩潰等惡性事故的發(fā)生，給電廠和用戶經(jīng)濟(jì)和生
命安全帶來嚴(yán)重的威脅。因此，特別是在大容量輸配電網(wǎng)中，必須安裝短路檢測(cè)保護(hù)裝置，
能夠快速準(zhǔn)確對(duì)線路進(jìn)行檢測(cè)保護(hù)。
現(xiàn)在主要采取的短路檢測(cè)保護(hù)方法 1、基于檢測(cè)短路電流大小的過流保護(hù)技術(shù)，這種過流保護(hù)按照躲過電動(dòng)機(jī)的最大 啟動(dòng)電流的原則進(jìn)行整定，在供電線路長(zhǎng)時(shí)，線路末端短路時(shí)，短路電流很小，保護(hù)的靈敏 度受到限制。 2、基于相敏原理的短路保護(hù)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外研究較多，也比較成熟，雖然解決了保護(hù) 靈敏度的問題，但此種技術(shù)只能保護(hù)三相短路，兩相短路不動(dòng)作。 3、基于載頻原理的短路保護(hù)技術(shù)，此種保護(hù)對(duì)線路參數(shù)(電纜截面、長(zhǎng)度和電源 變壓器等)要求嚴(yán)格，線路參數(shù)變化時(shí)易發(fā)生誤動(dòng)作，可靠性差。 目前，為克服上述缺點(diǎn)，也有研究基于電流變化率的短路檢測(cè)保護(hù)技術(shù)，是利用線 路或用電設(shè)備發(fā)生短路時(shí)，線路電流發(fā)生突變的原理，采用單片機(jī)檢測(cè)這一變化率，當(dāng)電流 變化率超過規(guī)定值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，切斷供電電源。此技術(shù)的特點(diǎn)是檢測(cè)參數(shù)為線路電 流變化率，檢測(cè)參數(shù)電線路參數(shù)無關(guān)，但是這一檢測(cè)系統(tǒng)存在兩個(gè)嚴(yán)重缺陷。 一是難以區(qū)分 短路故障電流波形變化與其他故障電流波形變化的差別。由于供電系統(tǒng)多呈感性負(fù)載，短 路故障電流波形變化與其他故障電流波形變化的差別，使用常規(guī)方法在某些線路參數(shù)的情 況下不易區(qū)分。二是干擾電流波形突變與短路電流波形突變的識(shí)別。利用短路電流波形突 然變化進(jìn)行故障識(shí)別，電流突變是識(shí)別的要素，在供電系統(tǒng)中常常存在著各種干擾，如電動(dòng) 機(jī)的啟動(dòng)、大型設(shè)備的起停、變頻調(diào)速、系統(tǒng)操作等，這些干擾很多情況下會(huì)影響檢測(cè)點(diǎn)的 電流波形，且干擾電流波形一般情況下也是呈突變形式，可能使檢測(cè)產(chǎn)生錯(cuò)誤識(shí)別。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以克服 現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種基于DSP的能夠?qū)崟r(shí)、快速、準(zhǔn)確短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 易于控制，并能夠較好地解決諧波問題。 本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，包括電壓互感器和電流 互感器，其特征在于它是由模擬通道處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘單元、DSP中央處理單元、光電隔離單元1、光電隔離單元n、開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元組成；其中所說的模
擬通道處理單元的輸入端與電流互感器和電壓互感器連接，其輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入 端連接；所說的A/D轉(zhuǎn)換器與DSP中央處理單元呈雙向連接；所說的DSP中央處理單元的輸 入端分別與時(shí)鐘單元的輸出端以及光電隔離單元I的輸出端連接；其輸出端與光電隔離單 元II的輸入端連接；所說的光電隔離I的輸入端與開關(guān)量輸入單元的輸出端連接；所說的 光電隔離單元II的輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端連接。 上面所說DSP中央處理單元是由DSP芯片構(gòu)成，所說的DSP芯片采用Motorola公 司的數(shù)字信號(hào)處理器DSP56F807，它包括不少于一個(gè)的I/O接口 、不少于一個(gè)的外圍設(shè)備、 60KX 16位的程序FLASH存儲(chǔ)器、2KX 16位的程序RAM存儲(chǔ)器、8KX 16位的數(shù)據(jù)FLASH存儲(chǔ) 器和4KX 16位數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器。 上述所說的模擬通道處理單元是由電感Ll、電阻Rl、電容Cl、電感L2、電阻R2、電 容C2、穩(wěn)壓二極管D1、穩(wěn)壓二極管D2、電壓跟隨器A構(gòu)成，其連接為常規(guī)連接，且其輸出端按 常規(guī)連接到A/D轉(zhuǎn)換器上；所說的穩(wěn)壓二極管Dl采用1N746型，穩(wěn)壓二極管D2采用1N746 型，電壓跟隨器A采用ii A709型。 上述所說的A/D轉(zhuǎn)換器是由單位14多通道高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX125芯片構(gòu)成， 它包括內(nèi)置同步采樣/保持器，其與DSP芯片采用常規(guī)連接方法。 上述所說光電耦合單元I和光電耦合單元II分別是由電阻R1、電阻R2、電阻R3、 穩(wěn)壓二極管D1、穩(wěn)壓二極管D2、光電隔離器E1構(gòu)成，其與DSP芯片的連接采用常規(guī)連接方 式；所說的穩(wěn)壓二極管D1采用1N746型，穩(wěn)壓二極管D2采用1N746型，光電隔離器El采用 ii A709型。 本發(fā)明的工作原理該短路檢測(cè)保護(hù)方法，能自動(dòng)檢測(cè)短路電流，保護(hù)線路。幅值 較高的工頻電流、電壓信號(hào)經(jīng)過電流、電壓互感器變?yōu)榉递^小的交流信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)/ 模(A/D轉(zhuǎn)換)在轉(zhuǎn)換。在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)11路信號(hào)(6路電壓信號(hào)、5路電流信號(hào))進(jìn)行同 步采樣，每路信號(hào)每個(gè)周波采集24個(gè)點(diǎn)。DSP對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過傅立葉變換得到電 壓信號(hào)和電流信號(hào)的有效值和相對(duì)角度。根據(jù)保護(hù)判據(jù)，把這些采集的模擬量和設(shè)定值進(jìn) 行比較，從而判斷繼電器是否動(dòng)作。 本發(fā)明的優(yōu)越性在于(1)本發(fā)明對(duì)6路電壓信號(hào)和5路電流信號(hào)進(jìn)行處理，克服 了對(duì)短路電流信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，易受其它故障電流波形的影響，提高了系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性； (2)該系統(tǒng)以DSP為中心處理芯片，數(shù)據(jù)量處理量大，實(shí)時(shí)性和精度高，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 性價(jià)比高，提高系統(tǒng)的快速性。


圖1為本發(fā)明所涉一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為本發(fā)明所涉一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)中模擬通道處理單元電路圖。 圖3為本發(fā)明所涉一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)中MAX125芯片引腳圖。
圖4為本發(fā)明所涉一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)中光電耦合單元I和光電耦 合單元II的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)(見圖1)，包括電壓互感器和電流互 感器，其特征在于它是由模擬通道處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘單元、DSP中央處理單元、光
電隔離單元1、光電隔離單元n、開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元組成；其中所說的模擬
通道處理單元的輸入端與電流互感器和電壓互感器連接，其輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端 連接；所說的A/D轉(zhuǎn)換器與DSP中央處理單元呈雙向連接；所說的DSP中央處理單元的輸入 端分別與時(shí)鐘單元的輸出端以及光電隔離單元I的輸出端連接；其輸出端與光電隔離單元 II的輸入端連接；所說的光電隔離I的輸入端與開關(guān)量輸入單元的輸出端連接；所說的光 電隔離單元II的輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端連接。 上面所說DSP中央處理單元是由DSP芯片構(gòu)成，所說的DSP芯片采用Motorola公 司的數(shù)字信號(hào)處理器DSP56F807，它包括不少于一個(gè)的I/O接口 、不少于一個(gè)的外圍設(shè)備、 60KX 16位的程序FLASH存儲(chǔ)器、2KX 16位的程序RAM存儲(chǔ)器、8KX 16位的數(shù)據(jù)FLASH存儲(chǔ) 器和4KX 16位數(shù)據(jù)RAM存儲(chǔ)器。 上述所說的模擬通道處理單元(見圖2)是由電感L1、電阻R1、電容C1、電感L2、 電阻R2、電容C2、穩(wěn)壓二極管Dl、穩(wěn)壓二極管D2、電壓跟隨器A構(gòu)成，其連接為常規(guī)連接，且 其輸出端按常規(guī)連接到A/D轉(zhuǎn)換器上；所說的穩(wěn)壓二極管D1采用1N746型，穩(wěn)壓二極管D2 采用1N746型，電壓跟隨器A采用ii A709型。 上述所說的A/D轉(zhuǎn)換器(見圖3)是由單位14多通道高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX125
芯片構(gòu)成，它包括內(nèi)置同步采樣/保持器，其與DSP芯片采用常規(guī)連接方法。 上述所說光電耦合單元I和光電耦合單元II(見圖4)分別是由電阻R1、電阻R2、
電阻R3、穩(wěn)壓二極管D1、穩(wěn)壓二極管D2、光電隔離器E1構(gòu)成，其與DSP芯片的連接采用常規(guī)
連接方式；所說的穩(wěn)壓二極管D1采用1N746型，穩(wěn)壓二極管D2采用1N746型，光電隔離器
El采用yA709型。 圖1中，經(jīng)電流互感器和電壓互感器變換得到的三相交流電壓和電流ll路模擬信 號(hào)，模擬輸入信號(hào)首先經(jīng)過濾波電路及電壓跟隨器，采用常規(guī)接發(fā)連接到A/D轉(zhuǎn)換器上，A/ D轉(zhuǎn)換器采用常規(guī)接法連接到DSP上.DSP采集經(jīng)過光電耦合單元處理的開關(guān)量輸入單元信 號(hào)，最后DSP發(fā)出的信號(hào)經(jīng)光電耦合單元到開關(guān)量輸出單元。 圖2以第一通道模擬信號(hào)為例，給出模擬通道處理單元電路。在圖2中，D1、D2(雙 向穩(wěn)壓管)把輸入電壓限制在± (UZ+UD)范圍內(nèi)，當(dāng)輸入電壓超過± (UZ+UD)時(shí)，輸入電壓 為(UZ+UD)或-(Uz+U。)時(shí)。其中，Uz表示穩(wěn)壓二極管中的電流為規(guī)定電流時(shí)，穩(wěn)壓二極管兩 端的電壓；U。表示穩(wěn)壓二級(jí)管正向?qū)妷?。L1，R1，C1組成低通濾波電路。濾波后提高了 帶負(fù)載能力，加電壓跟隨器，提高了對(duì)模擬輸入信號(hào)的濾波效果，電壓跟隨器后再連接一個(gè) R2， C2組成的濾波電路。模擬信號(hào)經(jīng)處理后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。
圖3為A/D轉(zhuǎn)換器(MAX125芯片)引腳圖。該裝置與DSP直接連接，將數(shù)字信號(hào) 送入DSP裝置。 數(shù)字信號(hào)經(jīng)由圖4所示處理電路，該處理電路為光電隔離器。當(dāng)DI1為低電平時(shí)， 光電隔離器不導(dǎo)通，當(dāng)DI2為高電平。當(dāng)DI1為高電平時(shí)，光電隔離器導(dǎo)通，DI2為低電平。 所以當(dāng)輸入量為高電平時(shí)，檢測(cè)到低電平。經(jīng)光電隔離后的數(shù)字信號(hào)送到DSP， DSP對(duì)這些 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過傅立葉變換得到ll路交流信號(hào)的有效值和相對(duì)角度。根據(jù)保護(hù)判據(jù)，把這些采集的模擬量和設(shè)定值進(jìn)行比較，從而判斷繼電器是否動(dòng)作，完成檢測(cè)保護(hù)任務(wù)c
權(quán)利要求
一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，包括電壓互感器和電流互感器，其特征在于它是由模擬通道處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘單元、DSP中央處理單元、光電隔離單元I、光電隔離單元II、開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元組成；其中所說的模擬通道處理單元的輸入端與電流互感器和電壓互感器連接，其輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；所說的A/D轉(zhuǎn)換器與DSP中央處理單元呈雙向連接；所說的DSP中央處理單元的輸入端分別與時(shí)鐘單元的輸出端以及光電隔離單元I的輸出端連接；其輸出端與光電隔離單元II的輸入端連接；所說的光電隔離I的輸入端與開關(guān)量輸入單元的輸出端連接；所說的光電隔離單元II的輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說DSP 中央處理單元是由DSP芯片構(gòu)成，所說的DSP芯片采用Motorola公司的數(shù)字信號(hào)處理 器DSP56F807，它包括不少于一個(gè)的I/O接口 、不少于一個(gè)的外圍設(shè)備、60KX 16位的程序 FLASH存儲(chǔ)器、2KX 16位的程序RAM存儲(chǔ)器、8KX 16位的數(shù)據(jù)FLASH存儲(chǔ)器和4KX 16位數(shù) 據(jù)RAM存儲(chǔ)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的模擬 通道處理單元是由電感Ll、電阻Rl、電容Cl、電感L2、電阻R2、電容C2、穩(wěn)壓二極管Dl、穩(wěn) 壓二極管D2、電壓跟隨器A構(gòu)成，其連接為常規(guī)連接，且其輸出端按常規(guī)連接到A/D轉(zhuǎn)換器 上；所說的穩(wěn)壓二極管D1采用1N746型，穩(wěn)壓二極管D2采用1N746型，電壓跟隨器A采用 ii A709型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3中所述一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說的 A/D轉(zhuǎn)換器是由單位14多通道高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX125芯片構(gòu)成，它包括內(nèi)置同步采樣/ 保持器，其與DSP芯片采用常規(guī)連接方法。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所說光電耦 合單元I和光電耦合單元II分別是由電阻Rl、電阻R2、電阻R3、穩(wěn)壓二極管Dl、穩(wěn)壓二極 管D2、光電隔離器El構(gòu)成，其與DSP芯片的連接采用常規(guī)連接方式；所說的穩(wěn)壓二極管Dl 采用1N746型，穩(wěn)壓二極管D2采用1N746型，光電隔離器E1采用yA709型。
全文摘要
一種基于DSP的短路檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，它是由模擬通道處理單元、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘單元、DSP中央處理單元、光電隔離單元I、光電隔離單元II、開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元組成；其優(yōu)越性在于①克服了對(duì)短路電流信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，易受其它故障電流波形的影響，提高了系統(tǒng)檢測(cè)的準(zhǔn)確性；②以DSP為中心處理芯片，數(shù)據(jù)量處理量大，實(shí)時(shí)性和精度高，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，提高系統(tǒng)的快速性。
文檔編號(hào)G01R31/02GK101710687SQ20091022807
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者劉欣, 周宣征, 周雪松, 張海濤, 朱毅然, 谷海青, 馬幼捷, 齊鳴 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)