基于dsp的微機(jī)繼電保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)裝置，包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號(hào)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(hào)處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號(hào)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(hào)中的高頻成分，數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及儲(chǔ)存，控制邏輯模塊用于實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)序邏輯，數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時(shí)序邏輯啟停功能。本發(fā)明克服現(xiàn)有繼電保護(hù)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(yùn)行，具有性能優(yōu)越、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)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(jī)繼電保護(hù)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際運(yùn)行中，電力系統(tǒng)總是會(huì)受到各種各樣的干擾，打破電力系統(tǒng)的平衡運(yùn)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(dá)到平衡之前，必然經(jīng)歷一個(gè)過渡過程，這種過渡過程就是暫態(tài)過程。實(shí)際的電力系統(tǒng)絕大部分時(shí)間總是處于這種動(dòng)態(tài)的平衡重；另一種情況是系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生劇烈的變化，運(yùn)行參數(shù)大大偏離正常值，以致電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，甚至導(dǎo)致電力系統(tǒng)對(duì)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(hù)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(yùn)行。作為一種監(jiān)測電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況并自動(dòng)切除故障以保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的自動(dòng)化裝置，而現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn):1)保護(hù)動(dòng)作精確率低。不能準(zhǔn)確識(shí)別故障元件致使切除范圍過大，從而造成停電范圍擴(kuò)大，不利于系統(tǒng)中無故障部分的安全運(yùn)行。2)速動(dòng)性、靈敏性差。保護(hù)系統(tǒng)在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)能力弱致使不能迅速動(dòng)作切除故障。3)系統(tǒng)可靠性差。在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生屬于其應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)拒絕動(dòng)作；而在不屬于其應(yīng)該動(dòng)作的情況卻誤動(dòng)作。
[0004]繼電保護(hù)要求對(duì)采樣各類數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析處理，計(jì)算量很大，選用的芯片運(yùn)算速度必須足夠快，普通的微處理器的運(yùn)算能力適應(yīng)不了這種高速運(yùn)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(hù)系統(tǒng)的不足，提供基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)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(yùn)行，具有性能優(yōu)越、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)裝置，包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號(hào)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(hào)處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號(hào)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(hào)中的高頻成分，并將微弱的工頻信號(hào)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(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)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(hào)整形轉(zhuǎn)換為一個(gè)同相位的方波信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及儲(chǔ)存；所述電平轉(zhuǎn)換模塊用于將采樣后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為可與數(shù)字處理信號(hào)模塊相匹配的數(shù)字信號(hào)；所述控制邏輯模塊用于實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)序邏輯，并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)處理器通過對(duì)數(shù)字信號(hào)的頻率測量實(shí)現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時(shí)序邏輯啟停功能；所述片外處理模塊用于記錄信號(hào)數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的故障相關(guān)電氣參數(shù)。
[0007]進(jìn)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(chǔ)存器模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述同步采樣/保持模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及保持，所述儲(chǔ)存器模塊用于儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0008]進(jìn)一步地，所述模擬量處理模塊包括無源低通濾波及四運(yùn)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(dòng)器。
[0009]進(jìn)一步地，所述片外處理模塊包括RAM模塊及Flash模塊。
[0010]進(jìn)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(hù)校驗(yàn)器，所述控制邏輯器用于常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)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(shí)序要求的信號(hào)，所述工頻測量器用于對(duì)整形后的工頻信號(hào)進(jìn)行頻率測量，保護(hù)校驗(yàn)器用于對(duì)信號(hào)處理單元在故障發(fā)生時(shí)發(fā)出的跳閘命令信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)處理。
[0011]進(jìn)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(shí)序要求的信號(hào)。
[0012]與現(xiàn)有繼電保護(hù)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(shí)現(xiàn)模擬量的濾波，從而有效避免信號(hào)混疊失真；通過工頻整形模塊的設(shè)置，可將一路電壓信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)12路輸入模擬量信號(hào)的同步采樣，從而可對(duì)每一路模擬量信號(hào)的大小及相位關(guān)系進(jìn)行采集并儲(chǔ)存。通過數(shù)字信號(hào)處理單元的設(shè)置，可對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行高速運(yùn)算快速分析。本發(fā)明不僅抗干擾能力強(qiáng)、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(jī)繼電保護(hù)裝置一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0015]實(shí)施例1
如圖1所示，基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)裝置，包括預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元及信號(hào)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(hào)處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號(hào)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(hào)中的高頻成分，并將微弱的工頻信號(hào)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(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)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(hào)整形轉(zhuǎn)換為一個(gè)同相位的方波信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及儲(chǔ)存；所述電平轉(zhuǎn)換模塊用于將采樣后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為可與數(shù)字處理信號(hào)模塊相匹配的數(shù)字信號(hào)；所述控制邏輯模塊用于實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)序邏輯，并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)處理器通過對(duì)數(shù)字信號(hào)的頻率測量實(shí)現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時(shí)序邏輯啟停功能；所述片外處理模塊用于記錄信號(hào)數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的故障相關(guān)電氣參數(shù)。本實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器可選用高速高精定點(diǎn)DSP芯片TMS320VC5416，其運(yùn)算速度最高可達(dá)160MIPS，內(nèi)部還集成了定時(shí)器、同步/異步串口等多種硬件資源，能夠滿足設(shè)計(jì)的要求。還可采用SPI方式按著一定的協(xié)議負(fù)責(zé)與繼電保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控模板通訊，發(fā)送故障報(bào)告。
[0016]本實(shí)施例應(yīng)用時(shí)，輸入模擬信號(hào)是由PTCT模板的電壓電流互感器輸出的12路模擬量，在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換之前，每路輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過模擬量預(yù)處理模塊進(jìn)行預(yù)處理，可將疊加在工頻信號(hào)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(hào)有12路，采樣要求保持同步，因此在本實(shí)施例中可設(shè)計(jì)有2套數(shù)據(jù)采集模塊。輸入開關(guān)信號(hào)為12路輸入遙控信號(hào)，每路信號(hào)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(hào)讀入從而獲取輸入遙控信號(hào)的開合狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)地信號(hào)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，比如轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，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(duì)其進(jìn)行同步采樣，再將采樣后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)處理單元所需的數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行信號(hào)的處理、存儲(chǔ)和控制。數(shù)字信號(hào)處理器讀入經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換和整形后的數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行信號(hào)分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)頻率故障啟動(dòng)判據(jù)、故障波形啟動(dòng)判據(jù)和故障幅值啟動(dòng)判據(jù)相應(yīng)的算法機(jī)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(hù)校驗(yàn)器啟動(dòng)保護(hù)程序，輸出相應(yīng)的跳閘命令，并將故障發(fā)生的時(shí)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(shí)施例2
本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上作出了如下進(jìn)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(chǔ)存器模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述同步采樣/保持模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及保持，所述儲(chǔ)存器模塊用于儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換結(jié)果。本實(shí)施例中，預(yù)處理后，通過同步采樣/保持模塊對(duì)其進(jìn)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(hào)轉(zhuǎn)換為處理單元所需的數(shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行信號(hào)的處理、存儲(chǔ)和控制。
[0018]實(shí)施例3
本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上作出了如下進(jìn)一步限定:所述模擬量處理模塊包括無源低通濾波及四運(yùn)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(dòng)器。本實(shí)施例中，在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換之前，每路輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過無源低通濾波電路和四運(yùn)放大集成電路進(jìn)行預(yù)處理，無源低通濾波電路可以將疊加在工頻信號(hào)中的高頻成分濾出來，以避免信號(hào)混疊失真。實(shí)際設(shè)計(jì)中連續(xù)采用兩次一階低通濾波效果更佳。四運(yùn)放大集成電路內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)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(hào)將不能反映開關(guān)量的開合狀態(tài)。由于輸入遙控信號(hào)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(shí)施例中可選用TLP181光電耦合器件，其隔離電壓可達(dá)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(hào)的緩沖驅(qū)動(dòng)器。
[0019]實(shí)施例4 本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上作出了如下進(jìn)一步限定:所述片外處理模塊包括RAM模塊及Flash模塊。本實(shí)施例中，可選用靜態(tài)SRAMCY7C1021V芯片，具有自動(dòng)低功耗模式，可以降低總功耗。
[0020]實(shí)施例5
本實(shí)施例在實(shí)施例廣4中任意一項(xiàng)實(shí)施例的基礎(chǔ)上作出了如下進(jìn)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(hù)校驗(yàn)器，所述控制邏輯器用于常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)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(shí)序要求的信號(hào)，所述工頻測量器用于對(duì)整形后的工頻信號(hào)進(jìn)行頻率測量，保護(hù)校驗(yàn)器用于對(duì)信號(hào)處理單元在故障發(fā)生時(shí)發(fā)出的跳閘命令信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)處理。
[0021]實(shí)施例6
本實(shí)施例在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上作出了如下進(jìn)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(shí)序要求的信號(hào)。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】只局限于這些說明。對(duì)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(shí)施方式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)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(hào)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(hào)處理單元包括控制邏輯模塊、數(shù)字信號(hào)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(hào)中的高頻成分，并將微弱的工頻信號(hào)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(shí)現(xiàn)遙控信號(hào)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(hào)整形轉(zhuǎn)換為一個(gè)同相位的方波信號(hào)； 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及儲(chǔ)存； 所述電平轉(zhuǎn)換模塊用于將采樣后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為可與數(shù)字處理信號(hào)模塊相匹配的數(shù)字信號(hào)； 所述控制邏輯模塊用于實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)序邏輯，并發(fā)出相應(yīng)信號(hào)； 所述數(shù)字信號(hào)處理器通過對(duì)數(shù)字信號(hào)的頻率測量實(shí)現(xiàn)故障邏輯的判斷功能和時(shí)序邏輯啟停功能； 所述片外處理模塊用于記錄信號(hào)數(shù)據(jù)和計(jì)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(jī)繼電保護(hù)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(chǔ)存器模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所述同步采樣/保持模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬量的同步采樣及保持，所述儲(chǔ)存器模塊用于儲(chǔ)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(jī)繼電保護(hù)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(yùn)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(dòng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)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(xiàng)所述的基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)校驗(yàn)器，所述控制邏輯器用于常規(guī)的邏輯功能和復(fù)雜的時(shí)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(shí)序要求的信號(hào)，所述工頻測量器用于對(duì)整形后的工頻信號(hào)進(jìn)行頻率測量，保護(hù)校驗(yàn)器用于對(duì)信號(hào)處理單元在故障發(fā)生時(shí)發(fā)出的跳閘命令信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DSP的微機(jī)繼電保護(hù)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(shí)序要求的信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J13/00GK104300496SQ201410580378
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:四川藍(lán)訊寶邇電子科技有限公司