【正文】 .................................................................,47............................................................................................,47 研究電力系統(tǒng)測控保護裝置的意義隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、配電自動化和變電站綜合自動化正在世界范圍內(nèi)逐步實施起來。分布式的變電站自動化系統(tǒng)目前已經(jīng)是發(fā)展的必然趨勢。各地區(qū)已經(jīng)逐漸出現(xiàn)了大量采用自動化技術(shù)的變電站，有的還實現(xiàn)了無人值班。變電站自動化對配電線路微機保護和測控一體化裝置的研制提出了要求。90 年代以來，國際上出現(xiàn)了繼電保護、操作控制和監(jiān)測集成化、一體化的發(fā)展趨勢，特別是 90 年代中期以來，這種趨勢越來越強勁。但隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，下面兩個原因使繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)的緊密結(jié)合成為可能。這種情況下，特別是伴隨著現(xiàn)代微控制器的高速發(fā)展，繼電保護的硬件資源比較充裕。此時，只要對硬件做小量的修改，而在軟件上擴充一些功能。隨著配網(wǎng)自動化和變電站自動化在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，過去的保護、測量和監(jiān)控方式已經(jīng)不能完全滿足新形勢的需要。2. 遠方控制和信息共享計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為繼電保護的信息系統(tǒng)納入整個自動化系統(tǒng)提供了可能。多功能配電線路微機保護和測控裝置可以取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表、變送器和 RTU，實時提供電網(wǎng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電度等參數(shù)，另外它還具有繼電保護功能，構(gòu)成一個完整的電力系統(tǒng)單元式二次模塊。 繼電保護及自動裝置是一門新學(xué)科,有飛速發(fā)展,從最初的機電型發(fā)展到今天的微機型,經(jīng)歷了四代的更新與其他技術(shù)不同的是新技術(shù)不能完全取代/老0技術(shù)。易實現(xiàn)較為復(fù)雜的裝置，有自檢功能元器件較多，接線復(fù)雜，抗干擾差，價格高微機型動作速度快，易于實現(xiàn)復(fù)雜裝置，自檢功能完善，有很好的附加功能，調(diào)試方便技術(shù)跨度大，廠家對軟件保密，用戶檢修難度大 繼電保護裝置的分類繼電保護裝置的分類方法通常有以下幾種（1）根據(jù)保護裝置反應(yīng)物理量的不同分為；電流保護，電壓保護，距離保護 差動保護和瓦斯保護。輸電線保護，母線保護，變壓器保護 電動機保護等。（3）根據(jù)保護裝置的組成愿你ian不同分為；電磁型，半導(dǎo)體型，數(shù)字型及 微機保護裝置等。 繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護，控制，測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。中華理工大學(xué)研制的微機保護也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎(chǔ)的32位微機保護。東南大學(xué)研制的微機主設(shè)備保護的硬件也經(jīng)過多次的改進和提高，天津大學(xué)一開始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)的微機線路保護。很大的尋址空間。CPU的寄存器。地址總線都是32位的。 電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信能力，與其他保護控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)，信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等，這就要求微機保護裝置具有相當(dāng)于一臺PC機的功能，在計算機保護發(fā)展初期，曾想過用一臺小型計算機做成繼電保護裝置，由于當(dāng)時小型機體積大，成本高。（1）具有486PC機的全部功能，能滿足對當(dāng)前和未來微機保護的各種功能要求（2）尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機保護裝置相似，工藝精良，防震，防過熱，方電磁干擾能力強，可運行與非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受（3）采用STD總線或PC總線，硬件模塊化對于不同的保護可任意選用不同的模塊，配置靈活，容易拓展 繼電保護裝置的微機化計算機話是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，但對于如何更好的滿足電力系統(tǒng)的要求如何進一步提高繼電保護的可靠性如何取得較大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚需進行具體深入的研究。是人類生產(chǎn)和社會生活面貌發(fā)生了根本的變化，它深刻影響哥哥工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段，到目前為止，除了差動保護和縱連差保護外，所有繼電保護裝置只能反應(yīng)保護安裝出的電氣量，繼電保護的作用也只限于切除故障原件，縮小事故影響范圍，這主要是由于缺乏強有力的數(shù)據(jù)通信手段，國外早已經(jīng)提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當(dāng)時主要指安全自動裝置，因繼電保護的作用不只是限于切除故障元件和限制事故影響范圍，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)哥哥主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展連接起來。由上述可知，微機保護裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護性和可能性。（3）保護，控制測量，數(shù)據(jù)通信一體化在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下。它可以網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將他所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端，因此每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量控制數(shù)據(jù)通信功，也可實現(xiàn)保護，測量，數(shù)據(jù)通信一體化、（4）智能化 近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法，進化規(guī)劃，模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已經(jīng)開始，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可迎刃而解，咧如在輸電線倆測系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過度電阻的短路就是一非線性問題，距離保護很難正確做出故障位置的判別。其他遺傳算法，進化規(guī)劃等也都有其獨特的求解復(fù)雜問題的能力，講這些人工只能方法結(jié)婚可是求解速度更快，天津大學(xué)從1996年起進行神經(jīng)網(wǎng)繼電保護的研究，已經(jīng)取得初步成果。人工智能技術(shù)在繼電保護領(lǐng)域必會得到應(yīng)用，以解決常規(guī)方法難以解決的問題。戈為故障類型系數(shù)。z,為系統(tǒng)等值阻抗。同時計算本間隔的零序電流作為遙測量上送上位機，用于小電流接地綜合判斷。裝置通過采用高精密器件提高采集遙測量精度，幅值、相角的微小調(diào)節(jié)通過軟件實現(xiàn)。 通訊功能本裝置優(yōu)點之一是可以滿足變電站綜合自動化的需要，這是由其通信功能支持的。遙測是指通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對遠程設(shè)備的參數(shù)采集，這里是指對電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等信息的采集。遙信是指對遠程斷路器的位置信號和無源開關(guān)量的輸入進行觀察?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程分/合閘以及本地/遠程切換。 常用算法簡單介紹電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，其暫態(tài)過程中電壓、電流函數(shù)可以用 3 個主要部分來表示：（1）衰減的非周期分量；（2）基波分量和整數(shù)倍頻周期分量；（3）非整數(shù)倍頻周期分量。 (214) 式中 ：t＝0 時衰減直流分量的值；0A1ω ：基波分量的角頻率；iA ：各周期分量的幅值；0β ：非周期分量的衰減因子；iθ ：各周期分量的初相位；W ：表示各非整數(shù)倍頻分量和干擾。 采用交流采樣算法的目的就是從采樣電壓、電流的信號中提取出需要的基波或某次諧波分量，濾除其他的周期、非周期以及衰減直流分量，從而為保護的判據(jù)提供所需信號的數(shù)值。目前，如圖 23 所示，微機保護中采取的算法主要有四類：1. 基于標準正弦波模型的交流采樣算法；2. 基于周期函數(shù)模型的交流采樣算法；3. 基于隨機函數(shù)模型的交流采樣算法；4. 基于簡化的輸電線路阻抗模型算法。設(shè) 是周期函數(shù)，除基波分量外還含有各次諧波和不衰減的直流分量，則x(t)可表示 式中 λ ：自然數(shù)，λ ＝0、等；λa 、 ：分別為各次諧波（包括基波）正弦項、余弦項的振幅， 是直流分量值?；ǖ挠行е禐椋? 所用算法濾波能力的分析令A(yù)、B分別為： 因為 ω1t =2π, 所以當(dāng) p ≠ q且為整數(shù)時，有 A =0、B =0；當(dāng) p = q時，有A=T/2,B=T/2.1. 對高次諧波的濾波能力將式（215）中的 x (t)帶入式（216），并令式（216）中的λ =1，則對高次諧波（整數(shù)次）分量來說，計及式（219）中 q = p ≥2時有A =0、 B =0，所以 、 中不含有高次濾波分量，即全波傅氏算法可完全濾去輸入信號中整數(shù)次的諧波分量。代入式（2－19）得 顯然 A ≠0、 B ≠0，但數(shù)值不大，且隨著K + k值的增大而減小。對于 x (t)中的直流分量，相當(dāng)于式（219）中的p =0，于是有 A =0、B =0。對于 x (t)中的低頻分量，令式（220）中的K =0，就可得到a1,b1頻分量的含量： 全波傅氏算法的優(yōu)點是精度高、濾波效果好：能完全濾除直流分量、……N/2 次諧波分量，且穩(wěn)定性好，對高頻分量和按指數(shù)衰減的非周期分量所包含的低頻分量也有一定的抑制作用。N N這種算法的數(shù)據(jù)窗長度為一個基波周期。 本章小結(jié)本章主要闡述了設(shè)計 35kV 線路測控保護裝置的理論基礎(chǔ)，首先介紹了本裝置所配置的功能，隨后對裝置所采用的保護原理進行了分析和介紹，最后介紹了保護所采用的保護算法并對算法進行了分析。另一方面,也方便了調(diào)試與維護工作,尤其是對緊急修復(fù)的情況,只需更換相應(yīng)的模塊即可,大大減少了維護人員的現(xiàn)場工作量,提高了裝置的可靠性和可維護性 (CPU) 主板插件作為本裝置的核心插件,它包括了數(shù)據(jù)處理單元!數(shù)據(jù)采集單元!數(shù)字量的輸入/輸出接口!通訊單元以及硬件測頻電路等主板的CPU采用TMS320F2812,按照功能分為外部存儲器擴展!通信接口!數(shù)據(jù)采集!測率電路和CPLD等部分圖4一2為主板硬件系統(tǒng)的框圖 處理器是整個控制系統(tǒng)的核心部分,處理器的時序控制著其他模塊的工作在本裝置中,微處理器需要完成多種功能,它負責(zé)模擬信號的調(diào)理濾波!采樣!模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換!頻率和相位的測量!開關(guān)量信號的輸入/輸出!通信!系統(tǒng)計時!數(shù)據(jù)計算!邏輯判斷等功能。1高性能32位CPU16X16和32X32累加操作16X16的雙累加器可達4M的程序空間和地址空間與TMS320F24x/240源代碼兼容 片存儲器128K的16位FLASH(分為4個SK和6個16K塊)IKOTPROM2塊4K的SARAM(LO!Ll)l塊SK的SARAM(HO)2塊IK的SARAM(MO!MI)4KBOOTROM 外部接口可達lM的訪問空間可編程外部訪問等待時間三個獨立的片選信號三個外部中斷輸入外設(shè)中斷擴展模塊(PIE)可支持45個外設(shè)中斷3個32位CPU定時器.電機控制外設(shè)兩個時間管理器(EVA!EVB)與24OXA兼容串口外設(shè)接口1個SPI2個標準的UA丑T1個eCAN1個MeBSP,可用作SPI.12位AD轉(zhuǎn)換器,16通道輸入2x8個復(fù)用輸入通道單獨或同時轉(zhuǎn)換模式轉(zhuǎn)換速率:56個可編程!復(fù)用GPIO.時鐘和系統(tǒng)控制支持PLL(鎖相環(huán))含有片上晶體震蕩器支持看門狗定時器模式TMS320F2812結(jié)構(gòu)框圖如下圖4一3所示 腳接入soM的外部時鐘OSC,同時通過鎖相環(huán)控制寄存器PLLCR設(shè)置n=1010,使倍頻時鐘CLKIN=()/2,即可達到150MHz 設(shè)計過程中的在線調(diào)試與仿真通過JTAG口niniTestActinnGrouP)標準側(cè)試接口進行可以通過JTAG接口下載程序,也可以控制和觀察系統(tǒng)中處理器的運行在TMS320系列DSP中,和JTAG測試口同時工作的還有一個分析模塊,它支持斷點的設(shè)置和程序存儲器!數(shù)據(jù)存儲器!DMA的訪問,程序的單步運行和跟蹤,依據(jù)程序的分支和外部中斷的計數(shù)等通過結(jié)合TI的集成開發(fā)環(huán)境(CCS)與JTAG接口給應(yīng)用DSP提供了很大的方便標準JTAG接口共有14個管腳,文獻llv指出當(dāng)仿真頭和JTAG目標芯片之間的距離超過6英寸時,仿真信號應(yīng)該加上緩沖,同時引腳EMuo!EMUI!TMS!TDI加上拉電阻連接到電源上本設(shè)計中EMUO和EMUI通