專利名稱：基于dsp的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置領(lǐng)域，特別是一種能夠正確區(qū)分振蕩和故障狀態(tài)以保證繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作的基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置。
背景技術(shù)：
繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施之一。在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中它是維持系統(tǒng)正常工作不可缺少的部分，它的正確動(dòng)作，對電力設(shè)備的安全運(yùn)行以及電網(wǎng)的穩(wěn)定有著重要的意義。電力系統(tǒng)振蕩是指并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象，它屬于電力系統(tǒng)的一種不正常工作情況。發(fā)生振蕩后系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行，保護(hù)不必動(dòng)作。但是由于振蕩時(shí)電壓電流會(huì)發(fā)生周期性變化，若在某一點(diǎn)電流大于保護(hù)的動(dòng)作值，且持續(xù)時(shí)間大于保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，保護(hù)就會(huì)動(dòng)作，這種動(dòng)作屬于誤動(dòng)情況，應(yīng)該避免，因此對繼電保護(hù)應(yīng)裝設(shè)專門的振蕩閉鎖裝置，且該振蕩閉鎖裝置應(yīng)有嚴(yán)密的測試系統(tǒng)以保證在振蕩時(shí)將保護(hù)可靠閉鎖。目前，國內(nèi)的振蕩閉鎖裝置的測試系統(tǒng)大多采用單片機(jī)或計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，由于受其運(yùn)算速度的影響，使得檢測裝置計(jì)算得到的數(shù)據(jù)量比較少或雖然數(shù)據(jù)量多但不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。因此為了提高測試裝置的小信號(hào)輸出精度，改善輸出信號(hào)的幅頻特性以及能對電力系統(tǒng)進(jìn)行較為復(fù)雜的模擬，有必要采用一種高速數(shù)字信號(hào)處理器以進(jìn)行快速的數(shù)字計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，它利用DSP的功能實(shí)現(xiàn)快速區(qū)分出電力系統(tǒng)的故障與振蕩狀態(tài)，并可以獲得高精度的檢測效果，從最大程度上減小電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在不正常運(yùn)行狀態(tài)下的誤動(dòng)機(jī)率。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，其特征在于它包括硬件裝置及相關(guān)軟件編程兩部分，所說的硬件部分是由數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP信號(hào)處理模塊和開關(guān)控制模塊所組成，所說的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊其輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出到DSP信號(hào)處理模塊，DSP信號(hào)處理模塊輸出與控制開關(guān)模塊相連接，其輸出信號(hào)控制繼電保護(hù)裝置中的振蕩閉鎖裝置動(dòng)作。
上述所說的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊通過在電路中接入一個(gè)差分電路，將電路中的電流信號(hào)通過在檢測支路中接入一個(gè)電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過控制反饋電阻與正極電阻的比值來控制差分電路所采集到的電阻值，再通過分壓電路將采集到的信號(hào)送入下一級(jí)工作模塊。
上述所說的A/D轉(zhuǎn)換模塊以AD轉(zhuǎn)換芯片為核心，每次轉(zhuǎn)換4通道轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)存于內(nèi)部寄存器中，則轉(zhuǎn)換完成，數(shù)據(jù)從寄存器中順序讀出。
上述所說的DSP信號(hào)處理模塊采用信號(hào)處理器作為主控芯片，包括動(dòng)靜態(tài)寄存器SDRAM、閃存FLASH、靜態(tài)寄存器SRAM和內(nèi)部寄存器ROM組成，閃存FLASH用于保存DSP的程序，以保證DSP的程序在掉電和上電后程序?qū)雱?dòng)靜態(tài)寄存器SDRAM中，再寫入DSP內(nèi)部寄存器RAM中運(yùn)行；經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量以及開關(guān)量輸入DSP芯片以實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的控制。
上述所說的DSP信號(hào)處理模塊的控制軟件包括數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)比較兩部分，數(shù)據(jù)處理部分主要是對外采集信號(hào)作相應(yīng)處理，數(shù)據(jù)比較部分主要是將處理后的采集信號(hào)與預(yù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并向系統(tǒng)輸出處理信號(hào)，通過可編程控制器控制開關(guān)的開合，從而控制振蕩閉鎖裝置的動(dòng)作情況。所說的區(qū)分振蕩與故障的軟件包括數(shù)字濾波子程序、故障分量的計(jì)算、對系統(tǒng)各變換狀態(tài)下兩種測量值進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果，控制振蕩閉鎖裝置動(dòng)作。
上述所說的開關(guān)控制模塊通過可編程邏輯控制器PLC來實(shí)現(xiàn)對振蕩閉鎖裝置動(dòng)作的控制。
上述所說的開關(guān)控制模塊的軟件流程為從DSP輸出端接入信號(hào)通過一個(gè)常閉開關(guān)連接振蕩閉鎖裝置，這個(gè)常閉開關(guān)連接一個(gè)振蕩消除信號(hào)，當(dāng)DSP輸出振蕩信號(hào)時(shí)，振蕩閉鎖裝置動(dòng)作將保護(hù)閉鎖，而當(dāng)DSP輸出故障信號(hào)時(shí)振蕩閉鎖裝置不動(dòng)作，保護(hù)開放，切斷故障電路，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
本實(shí)用新型的所說的基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置的工作原理為從系統(tǒng)中采集任意兩個(gè)不同時(shí)刻的電流信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊可以將采集到的兩個(gè)電流的模值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，將數(shù)字量輸入到DSP數(shù)字處理模塊，通過對其進(jìn)行編程來判斷系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)當(dāng)Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＝1，Δi(2)(k)＜ε時(shí)，系統(tǒng)處于正常狀態(tài)；當(dāng)Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＝1，Δi(2)(k)＞ε時(shí)，系統(tǒng)在正常狀態(tài)下發(fā)生故障；當(dāng)Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＞1+Δε時(shí)，系統(tǒng)處于振蕩狀態(tài)；當(dāng)Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＜1+Δε，Δi(2)(k)＞ε時(shí)，在振蕩中發(fā)生故障。將輸出結(jié)果送至開關(guān)控制模塊從而來控制振蕩閉鎖裝置是否將保護(hù)閉鎖。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性和技術(shù)成果在于①利用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)故障與振蕩狀態(tài)的區(qū)分，很大程度上提高檢測的速度和精度，減少普通單片機(jī)處理速度限制而引起的時(shí)間滯后和精度缺陷；②本裝置運(yùn)用了一種新型的故障與振蕩區(qū)分方法，不僅能區(qū)分出故障與振蕩狀態(tài)，還能區(qū)分出在振蕩期間發(fā)生故障的情況；③本裝置可以完整區(qū)分出系統(tǒng)各種狀態(tài)，在系統(tǒng)振蕩時(shí)無論周期多么短都不會(huì)誤啟動(dòng)，在系統(tǒng)發(fā)生單純的振蕩和振蕩中再故障時(shí)又能正確啟動(dòng)，有效地防止了保護(hù)在振蕩中的誤動(dòng)作，具有廣泛的應(yīng)用前景。


附圖1為本實(shí)用新型所涉的“基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置“中的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型所涉的“基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置”的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換部分的電路結(jié)構(gòu)圖。
附圖3為本實(shí)用新型所涉的“基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置”的A/D轉(zhuǎn)換模塊的流程圖。
附圖4為本實(shí)用新型所涉的“基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置”的開關(guān)控制模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。
附圖5為本實(shí)用新型所涉的“基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置”軟件設(shè)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方法一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置(見圖1)，其特征在于它包括硬件裝置及相關(guān)軟件編程兩部分，所說的硬件部分是由數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP信號(hào)處理模塊和開關(guān)控制模塊所組成，所說的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊其輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出到DSP信號(hào)處理模塊，DSP信號(hào)處理模塊輸出與控制開關(guān)模塊相連接，其輸出信號(hào)控制繼電保護(hù)裝置中的振蕩閉鎖裝置動(dòng)作。
上述所說的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊(見圖2)通過在電路中接入一個(gè)差分電路，將電路中的電流信號(hào)通過在檢測支路中接入一個(gè)電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過控制反饋電阻與正極電阻的比值來控制差分電路所采集到的電阻值，再通過分壓電路將采集到的信號(hào)送入下一級(jí)工作模塊。
上述所說的A/D轉(zhuǎn)換模塊(見圖3)以AD轉(zhuǎn)換芯片MAX125為核心，MAX125為2×4通道、14位的A/D轉(zhuǎn)換器，每次轉(zhuǎn)換4通道，轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)存于內(nèi)部寄存器14×4RAM中，則轉(zhuǎn)換完成，數(shù)據(jù)從寄存器中順序讀出。
上述所說的DSP信號(hào)處理模塊采用信號(hào)處理器(TMS320C5402)作為主控芯片，包括動(dòng)靜態(tài)寄存器SDRAM、閃存FLASH、靜態(tài)寄存器SRAM和內(nèi)部寄存器ROM組成，閃存FLASH用于保存DSP的程序，以保證DSP的程序在掉電和上電后程序?qū)雱?dòng)靜態(tài)寄存器SDRAM中，再寫入DSP內(nèi)部寄存器RAM中運(yùn)行；經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量以及開關(guān)量輸入DSP芯片以實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的控制。
上述所說的DSP信號(hào)處理模塊的控制軟件(見圖5)包括數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)比較兩部分，數(shù)據(jù)處理部分主要是對外采集信號(hào)作相應(yīng)處理，數(shù)據(jù)比較部分主要是將處理后的采集信號(hào)與預(yù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并向系統(tǒng)輸出處理信號(hào)，通過可編程控制器控制開關(guān)的開合，從而控制振蕩閉鎖裝置的動(dòng)作情況。所說的區(qū)分振蕩與故障的軟件包括數(shù)字濾波子程序、故障分量的計(jì)算、對系統(tǒng)各變換狀態(tài)下兩種測量值進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果，控制振蕩閉鎖裝置動(dòng)作。
上述所說的開關(guān)控制模塊通過可編程邏輯控制器PLC來實(shí)現(xiàn)對振蕩閉鎖裝置動(dòng)作的控制，它采用的可編程邏輯控制器是日本OMRON公司CV系列控制器。
上述所說的開關(guān)控制模塊的軟件流程(見圖4)為從DSP輸出端接入信號(hào)通過一個(gè)常閉開關(guān)連接振蕩閉鎖裝置，這個(gè)常閉開關(guān)連接一個(gè)振蕩消除信號(hào)，當(dāng)DSP輸出振蕩信號(hào)時(shí)，振蕩閉鎖裝置動(dòng)作將保護(hù)閉鎖，而當(dāng)DSP輸出故障信號(hào)時(shí)振蕩閉鎖裝置不動(dòng)作，保護(hù)開放，切斷故障電路，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，其特征在于它包括硬件裝置及相關(guān)軟件編程兩部分，所說的硬件部分是由數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP信號(hào)處理模塊和開關(guān)控制模塊所組成，所說的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊其輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出到DSP信號(hào)處理模塊，DSP信號(hào)處理模塊輸出與控制開關(guān)模塊相連接，其輸出信號(hào)控制繼電保護(hù)裝置中的振蕩閉鎖裝置動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，其特征在于所說的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊通過在電路中接入一個(gè)差分電路，將電路中的電流信號(hào)通過在檢測支路中接入一個(gè)電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過控制反饋電阻與正極電阻的比值來控制差分電路所采集到的電阻值，再通過分壓電路將采集到的信號(hào)送入下一級(jí)工作模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，其特征在于所說的A/D轉(zhuǎn)換模塊以AD轉(zhuǎn)換芯片MAX125為核心，MAX125為2×4通道、14位的A/D轉(zhuǎn)換器，每次轉(zhuǎn)換4通道，轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)存于內(nèi)部寄存器14×4RAM中，則轉(zhuǎn)換完成，數(shù)據(jù)從寄存器中順序讀出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，其特征在于所說的DSP信號(hào)處理模塊采用信號(hào)處理器TMS320C5402作為主控芯片，包括動(dòng)靜態(tài)寄存器SDRAM、閃存FLASH、靜態(tài)寄存器SRAM和內(nèi)部寄存器ROM組成，閃存FLASH用于保存DSP的程序，以保證DSP的程序在掉電和上電后程序?qū)雱?dòng)靜態(tài)寄存器SDRAM中，再寫入DSP內(nèi)部寄存器RAM中運(yùn)行；經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量以及開關(guān)量輸入DSP芯片以實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的控制。
專利摘要一種基于DSP的繼電保護(hù)裝置中的故障與振蕩檢測裝置，結(jié)合DSP的特殊性能可快速區(qū)分出電力系統(tǒng)的故障與振蕩狀態(tài)，并通過可編程邏輯控制器來控制開關(guān)的開合從而來控制振蕩閉鎖裝置是否動(dòng)作將保護(hù)閉鎖。此裝置可以獲得高精度的檢測效果，從最大程度上減小電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置在不正常運(yùn)行狀態(tài)下的誤動(dòng)機(jī)率，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01R31/08GK2904420SQ20052012392
公開日2007年5月23日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者馬幼捷, 周雪松, 顧亞琴, 高慶雨, 陳潔 申請人:天津理工大學(xué)