（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）基于32位浮點dsp的變壓器保護的研制.pdf

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t t h ef a s td i s c r i m i n a t i o nb e t w e e nm a g n e t i z i n gi n r u s hc u r r e n ta n d f a u l tc u r r e n ti sad i f f i c u l t yi nt r a n s f o r m e rp r o t e c t i o np r e s e n t l y t o s o l v et h i sp r o b l e m s e c o n dh a r m o n i e sr e s t r a i n ta n dd e a da n g l ea r e u s e dw i d e l yi n p r a c t i c a la p p l i c a t i o n d e a da n g l e o fd i f f e r e n t i a l c u r r e n t s i sm e a s u r e dw h e nr e a l i z i n gt h et r a n s f o r m e rd i f f e r e n t i a l p r o t e c t i o nb a s e do n t h ed e a da n g l e i nd i g i t a lr e l a y t h ep e r c e n t a g e o fn o i s ew i l li n c r e a s er a p i d l yw i t ht h ei n c r e a s eo fs a m p l i n g r a t e w h e nd e r i v a t i o nc a l c u l u si ss u b s t i t u t e db ys a m p l e dd i f f e r e n c et e r m t os o l v et h i s p r o b l e m a n e wm e t h o du s i n gf r a g m e n t f u n c t i o n i n t e g r a t e dw i t ht h el e a s ts q u a r ea l g o r i t h mi sp r o p o s e d i nt h i sp a p e r t h ei n f l u e n c eo fw h i t en o i s ei sg r e a t l yr e d u c e da n d t h ea c c u r a c yo f t h ed e a da n g l ec a l c u l a t i o ni sn i c e l yi m p r o v e da f t e ra d o p t i n gt h e n e wm e t h o d a n di t i sa l s ou s e di n t h en e wt y p e d e v i c eo f t r a n s f o r m e r p r o t e c t i o nb a s e d o n3 2 b i tf l o a t i n g p o i n td s p k e yw o r d s t r a n s f o r m e rd i f f e r e n t i a lp r o t e c t i o n d e a da n g l e l s a f r a g m e n tf u n c t i o n d s p 2 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 變壓器保護概述及其存在的一些問題 電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備 它在電力系統(tǒng)的發(fā)電 輸電 配 電等各個環(huán)節(jié)廣泛使用 因而其安全運行關(guān)系到整個電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定的工 作 同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的元件 因此必須根據(jù)變壓器的容量 和重要程度并考慮到可能發(fā)生的各種類型的故障和不正常工作的情況 而裝設(shè)性 能良好 工作可靠的繼電保護裝置 根據(jù)變壓器不同的故障類型和不正常運行狀態(tài) 變壓器一般應(yīng)裝設(shè)下列繼電 保護裝置 1 反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護 2 反應(yīng)變壓器繞組和引出線的相間短路 中性點直接接地側(cè)繞組和引出 線的接地短路以及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護 3 反應(yīng)外部相間短路的過電流保護 復(fù)合電壓起動的過電流保護 負序 電流保護 以上保護又可作為變壓器主保護的后備 4 反應(yīng)中性點直接接地電網(wǎng)中 外部接地短路的零序電流保護 5 反應(yīng)對稱過負荷的過負荷保護 6 反應(yīng)變壓器過勵磁的過勵磁保護 目前變壓器保護的關(guān)鍵問題依然是勵磁涌流的鑒別 在當前的應(yīng)用和研究中 用于鑒別勵磁涌流主要有如下幾種方法 二次諧波制動 間斷角 電壓制動 磁 通特性原理 等值電路法等 另外將新興學(xué)科和方法 如模糊集合論 專家系統(tǒng) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 小波分析等 運用到變壓器保護中也是研究的熱點之一 其中比 較成熟的方法是二次諧波制動原理和間斷角原理 由于勵磁涌流中含有較大的偶次諧波分量且以二次諧波為甚 通過計算差動 電流中的二次諧波電流可判斷是否存在勵磁涌流 當出現(xiàn)勵磁涌流時應(yīng)有 其中 和 分別為差流中基波和二次諧波電流模值 k 為二次諧波制動 比 可以調(diào)整 目前國內(nèi)外投運的微機變壓器保護基本上都是采用該原理實現(xiàn)的 二次諧波 制動比常取1 5 1 7 但是隨著電網(wǎng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴大 變壓器 單機容量的增大和制造技術(shù)的提高 二次諧波原理將面臨以下幾個問題 1 對大型變壓器 特別是5 0 0 k v 的大型變壓器 由于其電壓等級高而且 常在端部接較長的輸電線 輸電線分布電容效應(yīng)十分明顯 因此當大型變壓器內(nèi) 部嚴重故障時 由于電感與電容的諧振使短路電流中的諧波含量明顯增加 有可 能引起二次諧波制動的差動保護延時動作 2 對5 0 0 k v 系統(tǒng) 為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性常采用無功就地補償措施 往往在 變壓器低壓側(cè)裝有 1 4 1 3 倍額定容量的電力電容器組 在低壓側(cè)出1 3 差動保 護范圍內(nèi)故障時 電容的反饋電流將流向故障點 而它的反饋電流中含有幅值較 大的諧波成分 該反饋電流作為差流的一部分對差動保護有影響 可能使得保 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 護延時動作 3 大型變壓器保護中1 5 1 7 的制動比是按照一般飽和磁通為l4 倍 額定磁通幅值時合閘涌流的大小來考慮的 但由于變壓器制造技術(shù)的提高和制造 材料的改進 現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在1 2 到1 3 甚至低于i 1 5 在 此情況下涌流的最小二次諧波含量有時可能低于1 0 以下 2 此時差動保護會誤 動 對于 1 2 兩問題可以通過合適的加速判據(jù)加以改善和克服 目前提 出的加速判據(jù)中典型的有低電壓加速口l 該低電壓加速通過動模試驗和在 w b z 5 0 0 型微機大型變壓器成套保護裝置 4 j 中的實際應(yīng)用 表明該加速判據(jù)可以 較為有效地克服內(nèi)部故障的問題 對問題 3 雖然目前國內(nèi)的大型變壓器保護 的實踐表明 我國現(xiàn)有運行中的大型變壓器勵磁涌流中的二次諧波一般在1 2 以上 但也應(yīng)該引起足夠重視 繼續(xù)對二次諧波原理進行研究和改進 間斷角原理 5 是根據(jù)變壓器在勵磁涌流時和內(nèi)部故障時電流波形具有不同 的特征來區(qū)分是內(nèi)部故障還是勵磁涌流 當出現(xiàn)勵磁涌流時應(yīng)有 o j 8 7 嘣且8 恤 r 勵磁涌流過程中不計衰減 式 2 3 簡化為 妒 r 皇上 c s 口一c s 科 d 少 2 4 由鐵芯磁化曲線圖 可得涌流波形如圖2 3 所示 將磁化曲線分段線性化 可得涌流如下 y 沙 i 0 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 y f 盟l u m 剛一s 耐 一警 o 2 5 工廿 a 碰化曲線 b 勵磁涌流 由式 2 3 2 4 和圖2 3 可見 當u 一定時 穩(wěn)態(tài)磁鏈的峰值沙 也 就一定 因此總磁鏈緲的最大值隨暫態(tài)磁鏈而變化 暫態(tài)磁鏈愈大 y 愈大 勵 磁涌流峰值也愈大 當c l 0 時 皙態(tài)磁鏈最大 勵磁涌流峰值也最大 而且由 圖可見勵磁涌流呈尖頂波 并且在最初幾個周期內(nèi)可能完全偏于時間軸的一側(cè) 勵磁涌流衰減的時間常數(shù)與變壓器至電源間阻抗的大小 變壓器的容量和鐵芯材 料等因素有關(guān) 起始部分衰減很快 一般經(jīng)過0 5 i 秒后 其值不超過0 2 5 o 5 倍的額定電流 由于勵磁涌流呈尖頂波且偏于時間軸的一側(cè) 相鄰波形之間不連續(xù) 因此出 現(xiàn)了間斷角0 由圖2 3 可知 o j 0 l 2 石一0 2 2 j r 一 0 2 一o i 其中o i c o t l 0 2 2 由于t 時i 0 由式 2 5 可得 鼠 科i 一a 撇 s c 蝴一1 a t b r 一a 靴 s 爿 同理當t r 2 時 i 0 所以c o s c a l 口 c o s c a t 2 口 從而 吼 2 z t 一 目 2 a 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 因此 勵磁涌流的間斷角為0 2 a r c c o s a 2 a l c c o s c o s a 一 b 一b r l b 當 d 曰 a a 0 即口 0 時 有最小間斷角0 h 2 a r c c o s 1 一 b 一b b 基于涌 流的這個間斷特性 可由此來判別涌流 利用傅立葉級數(shù)對勵磁涌流進行諧波分析可知 在勵磁涌流中含有多種諧波 分量 其中以二次諧波分量所占比例最大 例如取b 1 4 b b 0 9 b 當 日 0 時空投單相變壓器 涌流中二次諧波分量約為基波分量的1 7 此時的二 次諧波分量最小 如果單獨增大d 間斷角口 隨之增大 二次諧波分量所占比例 也相應(yīng)增大 根據(jù)涌流的諧波分量 也可由此來判別涌流 二 三相變壓器的勵磁涌流 三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)型式和繞組連接方式較多 對勵磁涌流的大小和波形 有較大影響 另外 三相變壓器空載合閘時 三相的初相角總不相同 每一相的 勵磁涌流又有差異 因此分析三相變壓器的勵磁涌流是個相當復(fù)雜的問題 分析 過程中往往還得引入許多假設(shè)和簡化條件 這樣才能求得空載合閘于最嚴重條件 下的勵磁涌流特性 但在現(xiàn)場實驗中卻很難完全實現(xiàn) 根據(jù)理論分析和實驗結(jié)果 可以發(fā)現(xiàn)三相變壓器的勵磁涌流具有以下特點 1 由于三相電壓之間有1 2 0 的相位差 因而三相勵磁電流不會相同 任何情況下空載合閘 至少在兩相中要出現(xiàn)程度不同的勵磁涌流 與變壓器差動 保護有關(guān)的兩相涌流之差 其最大值出現(xiàn)的條件并非是a 0 而是a 3 0 lu j 2 三相變壓器勵磁涌流中同樣含有較大的二次諧波分量 其含量大小與 鐵芯飽和磁通和剩磁大小直接相關(guān) 對于兩相涌流之差來說 二次諧波分量有可 能很小 但總有一個兩相涌流之差中的二次諧波分量超過2 0 l 州 3 三相變壓器勵磁涌流中 往往有一相為周期性電流 即幾乎沒有直流 分量 而且其值較大 4 波形有間斷角 無論單側(cè)性的或周期性涌流波形都具有間斷角 周期 涌流的間斷角較小 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 幾種鑒別勵磁涌流的原理及其缺陷 在變壓器差動保護中 勵磁涌流的判別仍是關(guān)鍵問題 近十多年來 國內(nèi)外 許多學(xué)者致力于變壓器繼電保護的研究 提出了不少判別勵磁涌流的新的原理和 方法 根據(jù)判別勵磁涌流所用信號特征 可將其分為以下四類 1 波形特征識別法 2 諧波識別法 3 磁通特性識別法 4 等值電路法 由于微機保護自身的特點 有必要對目前的各種原理和方法進行深入的研究 分 析其特點和局限性 使之能適用于微機實現(xiàn) 一 波形特征識別法 波形特征識別法就是根據(jù)變壓器在勵磁涌流和內(nèi)部故障時差流波形所具有 的不同特征來區(qū)分是內(nèi)部故障還是勵磁涌流的方法 這里分析兩種 一種是廣為 所知的間斷角原理 另一種是由差動電流峰一峰間距判別法uu u 間斷角原理已為大家所熟悉 且己成功地運用于實踐 因此對間斷角原理本 身不再贅述 這里主要討論用微機來實現(xiàn)間斷角原理時存在的凡個問題 1 為準確地測量間斷角大小 滿足采樣定理 并考慮一定的裕度 必須 達到很高的采樣率 高采樣率使得微機進行故障計算的時間就非常有限 因此就 必須減少計算量并采用功能較強的3 2 位微機 減少計算量的一個有效方法就是 采用分相差動原理 即多c p u 分別計算a b c 三相的電流 這樣不利于實現(xiàn)雙 主雙后方式的保護 2 涌流間斷角處電流的特點是絕對值非常小且接近于零 而a d 轉(zhuǎn)換芯 片剛好在零點附近的轉(zhuǎn)換誤差最大 因此為正確判斷電流是否已進入 間斷 范 圍 提高保護靈敏度 需采用高分辨率的1 4 位 甚至1 6 位a d 這樣又加大了 硬件的成本 3 由于c t 保護后傳變到二次側(cè)涌流間斷角變形的問題一直沒有得到很好 的解決 在模擬式保護中的解決辦法是在c t 副方加接一電抗器 在微機中可通 過對電流進行一次微分來近似 但由于電抗器特性比較復(fù)雜 這種方法的效果還 須實踐來檢驗 通過實驗有文獻提出了差動電流峰一峰間距判別法u 變壓器保護中的差流 典型波形如圖2 4 所示 內(nèi)部故障時c t 飽和 差流波形如圖2 4 a 所示 相 繼的差流波峰間距約為l 2 周波左右 6 0 h z 時 約8 m s 勵磁涌流峰一峰間距 約為l 4 周波 6 0 h z 4 m s 和1 個周波 1 6 m s 如圖2 4 b c 因此將 差流峰一峰間距為1 2 周波左右 7 5 l o m s 前一個峰值是后 個峰值的7 5 一1 2 5 而且符號相反的狀態(tài)判為故障情況 將差流峰一峰間距為l 4 或l 周波判為勵磁涌流 該方法十分類似于間斷角原理 這里用兩個相繼峰之間的時 間差來區(qū)分內(nèi)部故障和涌流 而間斷角原理中的涌流間斷角大小 實際上也是一 個時間量 因此兩者本質(zhì)上是相通的 但是由上面的介紹可知 該方法存在著這 樣的問題 以上三種波形是否已完全概括了暫態(tài)過程中電流的特征 即使認為這 三種波形已經(jīng)較全面地概括了暫態(tài)過程中電流的特征 那么如何捕捉暫態(tài)過程中 的峰值 我們認為由于電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的復(fù)雜性和非線性 僅用以上三種波形 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 來表示顯然是不全面的 而且如果直接用采樣值來捕捉暫態(tài)過程中的峰值 則必 然需要很高的采樣率 而間斷角原理利用涌流間斷角的大小來區(qū)分內(nèi)部故障和涌 流 因此對涌流的具體波形和幅值是不敏感的 實踐證明間斷角原理較為完善可 靠 t 廠多一廠 vwv 二 諧波識別法 t 丁 以 i 諧波含量鑒別法 是通過電流或電壓中諧波含量的多少來區(qū)分內(nèi)部故障和勵 磁涌流 大體可以分為兩種 一是利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流的方法 二是 通過分析變壓器端電壓中的諧波分量而形成的電壓制動式保護 目前國內(nèi)外投運的微機變壓器保護最常用的是二次諧波制動原理 二次諧波 制動比常取1 5 1 7 但是 隨著電網(wǎng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴大 變壓器單 機容量的增大和制造技術(shù)的提高 二次諧波原理將面i 臨以下幾個問題 1 對大型變壓器 特別是5 0 0k v 的大型變壓器 由于其電壓等級高且常 在端部接較長的輸電線 輸電線的分部電容效應(yīng)十分明顯 因此當大型變壓器內(nèi) 部嚴重故障時 由于電感與電容的諧振使短路電流中的諧波含量明顯增加 有可 能引起二次諧波制動的差動保護延時動作 2 對5 0 0k v 系統(tǒng) 為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性常采取無功就地自然補償措施 往 往在變壓器低壓側(cè)裝有 1 4 1 3 倍額定容量的電力電容器組 在低壓側(cè)出1 3 差動范圍內(nèi)故障時 電容的反饋電流將流向故障點 電容的反饋電流中含有幅值 較大的諧波成份 該反饋電流作為差流的一部分對差動保護有影響 可能使差 動保護延時動作 3 大型變壓器差動保護中1 5 1 7 的制動比是按照一般飽和磁通為1 4 倍 額定磁通幅值時合閘涌流的大小來考慮的 但由于變壓器制造技術(shù)的提高和制造 材料的改進 現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在1 2 到1 3 甚至低至1 1 5 在此 情況下涌流的最小二次諧波含量有時可能低至1 0 以下 此時差動保護會誤動 對于 1 2 兩問題可以通過采用合適的加速判據(jù)加以改善和克服 目 前提出的加速判據(jù)中典型的有低電壓加速和大電流加速判據(jù) 動模實驗表明 以 上兩種加速判據(jù)可以較為有效地克服內(nèi)部故障的誤閉鎖問題 對問題 3 雖然 目前國內(nèi)大型變壓器保護的實踐表明 我國現(xiàn)有運行中的大型變壓器勵磁涌流中 的二次諧波一般在1 2 以上 但也應(yīng)引起足夠重視 繼續(xù)對二次諧波原理進行研 究和改進 有文獻提出了一種利用諧波電壓鑒別勵磁涌流的方法 其基本思想是 當 變壓器因勵磁涌流出現(xiàn)嚴重飽和時 端電壓會發(fā)生嚴重畸變 其中包含較大的諧 波分量 可以用來鑒別勵磁涌流 其原理簡述如下 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 如果變壓器的三相電壓滿足 i 或t 瓦 2 6 2 7 時 判為勵磁涌流 保護閉鎖 其中k 是變壓器端電壓的基波分量幅值 和瓦 分別為門坎值 丁是一個監(jiān)視量 下降導(dǎo)致保護動作 t r i 目的是克服在涌流時端電壓畸變引起電壓礦的 r l h 一吒1 其中吒 電壓原始采樣值 v 中基波分量計算采樣值 分析和實驗表明 在涌流情況下 雖然某些相別可能出現(xiàn)k l 可靠制動 對于各種內(nèi)部短路 一般總有k 和t f 則為內(nèi)部故障 若舊 l d 當l d l d 且k 0 k 世 判為故障 k j 蔓k 判為勵磁涌流 門坎值k e 的確定參考如下原則 k 一般取為6 次 其理由是連續(xù)判d 值使k m 達6 次 此時故障發(fā)生 將近一個周波 可以用全周波傅氏算法進行穿越特性的判斷 這樣不僅從時間上 配合了穿越特性 而且對涌流的判別也留有相當余地 從而提高了可靠性 d 的整定要求滿足 變壓器空投且內(nèi)部故障時 保護不閉鎖 在此前提下 對靈敏度和可靠性進行權(quán)衡 d 大則靈敏度相對提高 d 小則可靠性相對提 高 該方案具有以上兩種磁特性原理的優(yōu)點 也克服了方案2 中的不足 但它仍 然需要事先確定一個門坎d 如何整定得可靠又保持較高的靈敏還有待進一步 的研究 該方法在擾動出現(xiàn)t 2 以后才開始計算d 而且為保證可靠性需一定的 k 可知其動作時間需要2 3 1 基頻周波 四 等值電路法 有文獻提出了一種基于變壓器導(dǎo)納型等值電路的勵磁涌流判別方法 該方 法通過檢測對地導(dǎo)納參數(shù)變化來鑒別變壓器內(nèi)外故障 作者在分析和實驗觀測的 基礎(chǔ)上得到如下結(jié)論 1 鐵芯線圈的漏抗和空心線圈的漏抗相近 故此時變壓器導(dǎo)納型等值電路 中 各節(jié)點的互導(dǎo)納幾乎與變壓器的鐵芯飽和無關(guān) 2 鐵芯未飽和時 變壓器各側(cè)對地導(dǎo)納幾乎均為零 當鐵芯飽和時 變壓 器各側(cè)對地導(dǎo)納明顯增大 嚴重飽和時變壓器各側(cè)對地導(dǎo)納與空心變壓器的對地 導(dǎo)納幾乎一致 且是一不等于零的常量 因此 可以計算變壓器各側(cè)對地導(dǎo)納 通過其值的大小變化來判別故障與否 文獻中給出了用于區(qū)別內(nèi)部故障與勵磁涌流的判據(jù)和在模擬變壓器上的試驗結(jié) 果 1 該算法的優(yōu)點是快速 對內(nèi)部故障和涌流可以快速識別 即使內(nèi)部故障疊加 涌流 一般在半個周波內(nèi)也可以給出正確的判斷結(jié)果 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 以上所分析的勵磁涌流鑒別原理之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系 從分析所采用的 信號來看 有的采用電流量 間斷角 二次諧波 有的采用電壓量 電壓制動 有的同時采用電流量和電壓量 磁通特性 等值電路 如果變壓器在任何狀態(tài) 下都可以用一個相同的線性時不變模型來精確表示 那么 電流和電壓之間是 線性相關(guān)的 此時 從任何一側(cè)看都可以將變壓器等效為一個等值阻抗z 根據(jù) 歐姆定理 u 刀 此時c 和 之間僅差一常系數(shù)z 因此 在這種前提下 電 壓和電流所包含的信息是等價的 僅一個電量中包含的信息就是充分的 此時 僅利用電流量或僅利用電壓量的兩種原理是等價的 但是變壓器在勵磁涌流過 程中 由于磁路飽和 變成一個較復(fù)雜的非線性時變系統(tǒng) 電流和電壓就不是 簡單的線性關(guān)系 而是描述變壓器狀態(tài)的兩個不同狀態(tài)變量 它們所含的信息 互為補充 只有同時利用電壓和電流這兩個狀態(tài)量才能較全面的反映變壓器在 飽和狀態(tài)下的實際情況 因而有理由希望通過同時利用變壓器的電壓量和電流 量得到較好的鑒別涌流的效果 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章基于最小二乘法的間斷角測量 間斷角原理是根據(jù)變壓器在勵磁涌流時和內(nèi)部故障時電流波形所具有的不 同特征來區(qū)分是內(nèi)部故障還是勵磁涌流的 用微機實現(xiàn)間斷角原理必須解決的主 要問題是 1 多大的采樣率才能準確地測量間斷角的大小 2 多高的采樣精度才能正確判斷電流是否進入 間斷 范圍 3 如何解決由于c t 飽和后引起的涌流間斷角的變形問題 對于問題 1 若設(shè)a 為變壓器勵磁涌流時的最小間斷角 b 為整定的閉鎖 間斷角 n 為每工頻周期采樣點數(shù) 為了準確測量間斷角大小 使保護在勵磁涌 流時可靠閉鎖 分析可知n 必須滿足 6 1 等 竽 若以常規(guī)模擬保護中采用的角度值來分析 取a 8 3 b 6 5 0 解上式可得到 n 4 0 考慮留有一定的裕度 每工頻的采樣點數(shù)要在4 0 以上 對于問題 2 涌流間斷角處電流的特點是絕對值非常小且接近于零 而 a d 轉(zhuǎn)換芯片剛好在零點附近的轉(zhuǎn)換誤差最大 因而為正確判斷電流是否已經(jīng)進 入 間斷 范圍 提高保護靈敏度 需要采用分辨率高的1 4 位乃至1 6 位a d 不過分辨率的提高也就意味著硬件成本的提高 對于問題 3 模擬式保護中的解決辦法是在c t 副方加接一個電抗器 由 于電抗器使電流相量有一接近9 0 0 的相移 可以通過在微機中對電流進行一次微 分 并采用分段函數(shù)的方法計算間斷角 這樣能完全消除c t 飽和時引起的反相 電流的影響 在利用間斷角原理變壓器差動保護識別勵磁涌流的方法中 往往要分析差動 電流導(dǎo)數(shù)的波形 1 1 1 2 1 1 3 1 在數(shù)字式保護中 又往往采用差分來代替求導(dǎo) 另一方 面 在進行波形識別時 需要較高的采樣率 以提高間斷角的計算精度 4 j 隨著計算機硬件水平的發(fā)展 硬件上可以完成較高的采樣率及實時處理能力 然而采樣率提高后 用差分代替求導(dǎo)將會使a d c 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 輸出結(jié)果的有 效位數(shù)減小 同時使噪聲放大一倍 因此 高采樣率下 差分代替求導(dǎo)很難滿足 波形識別要求 眾所周知 勵磁涌流是由于變壓器鐵芯非線性勵磁特性產(chǎn)生的 在進行數(shù)字 仿真時 用多段折線來替代非線性勵磁特性 其誤差很小 同樣 采用分段函數(shù) 法來模擬勵磁涌流波形可以獲得更好的效果 t 7 1o 本論文中將分段二次樣條函數(shù)與 最小二乘法結(jié)合在一起模擬勵磁涌流波形 并由此獲得勵磁涌流導(dǎo)數(shù)的波形 可 極大地消除噪聲誤差的影響 提高間斷角計算準確度 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 1 差分代替求導(dǎo)的誤差分析 設(shè)x n 為采樣序列 n 1 2 第k 點差分值為 y k x 女 一x t 一1 進行z 變換得到傳遞函數(shù)為 郴 器小z i 用z p 為諧波次數(shù) t 為采樣間隔 代入得到相應(yīng)頻率特性 h e 1 一c o s c o a t js i n c 0 6 t 其幅頻特性為 l h c 一 2 婦蘭警 1 目前 數(shù)字型變壓器保護裝置常采用1 4 位a d c 考慮裝置總體白噪聲為兩 位 至少應(yīng)考慮兩位 即最大值為3 采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過差分后 自噪聲最大可達 到6 這一誤差絕對值不隨采樣率的提高而提高 對于一臺保護裝置 應(yīng)保證短路電流為2 0 倍i n 額定電流 時 采樣值不截 頂 由此 在目前廣泛采用的1 4 位a d c 下 i n 幅值對應(yīng)的采樣值為 嬰 4 1 0 2 0 一般情況下 變壓器差動保護差動門檻為4 0 i n 即要求差動電流為4 0 1 n 時 保護能準確計算波形的間斷角 由 1 式可知 當采樣頻率增大時 差分 后幅值隨之迅速減小 白噪聲在差分電流幅值中所占比值會迅速增大 當差動電流i d 為純基波電流 且l e d 4 0 i 時 考慮白噪聲誤差為6 一階 差分前 白噪聲百分比誤差約為3 7 一階差分后 不同采樣頻率下 可按 1 式可得其差分后的幅值 6 3 1 0 0n 由此得到差分前后白噪聲百分比誤差如表 3 1 所示 白噪聲百分比誤差 白噪聲 差分電流幅值 采樣頻率 點 周波 白噪聲所占比值 1 27 1 2 41 4 o 4 82 8 o 6 43 7 3 9 65 6 o 表3 1 不同采樣頻率下白噪聲誤差百分比 可見隨著采樣率的提高 以差分來代替求導(dǎo)將會使噪聲迅速放大 在實際運 行中可能會出現(xiàn)更惡劣的情況 造成差分后波形畸變 無法準確測量間斷角 因 此有必要設(shè)法降低噪聲 最小二乘法能有效減小噪聲影響 所以本文引入最小二 乘法 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 2 分段最小二乘法的提出與實現(xiàn) 常規(guī)的最小二乘法是將輸入暫態(tài)信號與一預(yù)設(shè)的含有非周期分量和某些整 次諧波分量的函數(shù)依據(jù)最小二乘法原則進行擬合 該方法的計算量大 且不易得 到導(dǎo)數(shù)波形 在涌流判別中 其他加窗數(shù)字濾波器的工作前提是各采樣點數(shù)據(jù)是無誤差 的 它能與模擬低通濾波器配合使用 濾除模擬通道中的噪聲誤差 同時也濾除 了涌流中的一些有效成分 對a d c 自身引入的噪聲有一定的抑制作用 即能濾 除頻率在某一帶寬里的噪聲 但對高于1 2 采樣頻率的噪聲無濾除作用 此外 不同的勵磁涌流波形中諧波含量不一致 如何適當選取數(shù)字濾波器也是一難題 從另一方面考患 勵磁涌流為一正弦電壓通過 非線性勵磁特性曲線映射麗成 把非線性勵磁特性分成多段直線對涌流波形影響很小 實際上 這也是大多數(shù)數(shù) 字仿真程序的做法 對勵磁涌流進行適當?shù)姆侄翁幚?能更大限度地保留間斷角 特征 對間斷角進行分段擬合時 分段的間距應(yīng)綜合考慮采樣頻率 樣條函數(shù)的次 數(shù) 一般分段間距應(yīng)小于6 0 間斷角整定值 以最大限度地保留間斷角特征 樣條的選擇也很重要 考慮到t a 飽和時需要用 階導(dǎo)數(shù)來判別反向電流 4 同 時為簡化計算 采用二次樣條較為合適 分段二次樣條最小二乘法實現(xiàn)方法如下 對z 采樣序列中第k 點x k 在 k m k m 區(qū)域里 區(qū)域間距小于6 0 用 y a t 2 6 c 2 來模擬該段電流波形 m 1 令m 2 m 1 t 一 1 2 m 可求出未知數(shù)的解 如下 咿2 繃 卿 式中 x a b c a 1 21 2 2 2 爿 是叫1 的偽逆矩陣 爿 爿 爿 1 4 b y 1 y 2 y 7 由 3 式即可求出a b c 對 2 式求導(dǎo)可得 y 2 a t b 4 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 y 2 a 5 由 4 5 即可得到x k 的一 二階導(dǎo)數(shù) 然后平移數(shù)據(jù)窗 即可求出下 一點x t 1 的一 二階導(dǎo)數(shù) 3 3 算法的數(shù)字仿真結(jié)果 為驗證該方法的有效性 本文進行了大量的仿真試驗 用a t p 程序進行仿真 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 計算時 變壓器鐵芯特性用非線性磁滯電感模擬 得到勵磁涌流波形 為考察自 噪聲對差分 低通濾波及最小二乘法的影響 用m a t l a b 在a t p 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)中 加上函數(shù)為r a n d 的白噪聲 考慮比較惡劣的情況 白噪聲幅值約取涌流峰值的 6 7 得到含噪聲勵磁涌流波形 原始仿真波形與加上了自噪聲的三相勵磁涌 流波形如下圖3 1 所示 其中紅線表示原始仿真波形 綠線表示加上白噪聲以后 的波形 4 0 0 2 0 0 2 0 0 4 0 0 05 01 1 5 02 0 0 5 0 0 0 5 0 0 5 0 0 0 5 0 0 1 0 0 05 01 0 01 5 02 0 02 5 0 3 0 0 05 01 0 01 5 02 0 02 5 0 3 0 0 圖3 1 原始勵磁涌流三相波形與加上6 7 白噪聲后的勵磁涌流三相波形 對圖3 1 加上了白噪聲后的涌流數(shù)據(jù)采樣 采樣頻率為每周波6 4 點 得到用 于分析計算的仿真數(shù)據(jù) 顯然該數(shù)據(jù)包含了模擬通道噪聲與a d c 產(chǎn)生的噪聲 對 該數(shù)據(jù)分別采用差分 低通濾波后差分和分段最小二乘法三種方法計算導(dǎo)數(shù)值 低通濾波器的截止頻率為六次諧波 主要考慮到涌流中 六次以上諧波含量 很小 一般保護都不記及 低通濾波器幅頻特性如圖3 2 所示 經(jīng)低通濾波器濾 波后電流波形有半個周期的延遲 以a 相電流為例 濾波前和濾波后波形如圖 3 3 所示 其中a 表示濾波前 b 表示濾波后 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 1 2 1 o8 06 0 4 02 0 4 0 0 3 0 0 2 1 0 1 0 0 2 0 0 3 05 0 01 o1 5 0 02 0 0 0 圖3 2 低通濾波器幅頻特性 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 0 圖3 3 濾波前后a 相勵磁涌流波形 在最 乘法中數(shù)據(jù)窗長度取m 7 為了便于比較 將各導(dǎo)數(shù)值用直線連 接得到導(dǎo)數(shù)波形 取a 相電流為例 其導(dǎo)數(shù)波形如圖3 4 所示 其中a 表示直接 差分后導(dǎo)數(shù)波形 b 表示經(jīng)過低通濾波后直接差分導(dǎo)數(shù)波形 c 表示經(jīng)過最小二 乘法處理后導(dǎo)數(shù)波形 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 o2 04 06 08 01 0 0 1 2 0 圖3 4a 相勵磁涌流經(jīng)直接差分 低通濾波后直接差分 及最d 乘法處理后導(dǎo)數(shù)波形之比較 波形顯示 差分算法會使高頻放大 由此得到的導(dǎo)數(shù)波形產(chǎn)生畸變 波形點 與點之間突變很大 難以測量間斷角 經(jīng)低通濾波后再逐點差分 其波形很平滑 但在間斷角邊緣波形過于平坦 波形失真 減小了間斷角計算角度 不利于涌流 制動 而且它的波形有半個周期的延遲 雖然在本圖中為了便于比較因而沒有考 慮 但在實際間斷角計算中顯然會產(chǎn)生滯后 影響動作速度 分段最小二乘法得 到的導(dǎo)數(shù)波形 雖不及低通濾波平滑 但在間斷角邊緣波形陡度好 波形失真度 小 有利于間斷角的測量 對b 相和c 相作相同處理 其波形比較如圖3 5 圖 3 6 圖3 7 圖3 8 所示 從圖中可以得出相同的結(jié)論 其中f t 表示直接差分后 導(dǎo)數(shù)波形 b 表示經(jīng)過低通濾波后直接差分導(dǎo)數(shù)波形 c 表示經(jīng)過最 j 乘法處 理后導(dǎo)數(shù)波形 2 2 0 l i 1 1 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 0 0 6 0 0 4 0 0 o 一2 0 0 02 04 06 08 01 0 0 1 2 0 圖3 5b 相勵磁涌流加上白噪聲后電流波形 圖3 6b 相勵磁涌流經(jīng)直接差分 低通濾波后直接差分 及最小二乘法處理后導(dǎo)數(shù)波形之比較 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3 7c 相勵磁涌流加上白噪聲后電流波形 02 04 06 08 01 1 2 0 圖3 8c 相勵磁涌流經(jīng)直接差分 低通濾波后直接差分 及最小二乘法處理后導(dǎo)數(shù)波形之比較 對于c t 飽和后的勵磁涌流波形我們也進行了仿真 圖3 9 是c t 飽和后勵磁 涌流三相電流波形原始仿真值于加上了6 7 的白噪聲后的波形 瑚 懈 佃 o 如 佃 倆 姍 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 000 廣一一 5 0 0r i i 7 0 一一一一t 一一一 l 一 一一 1 巧0 0 0 畝 弋茅一 喵r 一2 0 0 5 01 0 01 5 0 圖3 9c t 飽和后原始勵磁涌流 f l 波形與加上6 7 白噪聲后 的勵磁涌流三相波形 圖31 0 3 1 l 3 1 2 分別是c t 飽和后a b c 三相電流波形與經(jīng)過不同方 法處理后的導(dǎo)數(shù)波形比較 其中a 表示直接差分后導(dǎo)數(shù)波形 b 表示經(jīng)過低通濾 波后直接差分導(dǎo)數(shù)波形 c 表示經(jīng)過最小二乘法處理后導(dǎo)數(shù)波形 圖3 1 0c t 飽和后a 相勵磁涌流及經(jīng)過不同方法處理后的導(dǎo)數(shù)波形比較 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 一一 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 02 04 06 08 01 1 2 0 02 04 06 0 8 01 0 01 2 0 圖3 i ic t 飽和后b 相勵磁涌流及經(jīng)過不同方法處理后的導(dǎo)數(shù)波形比較 2 0 0 0 2 0 0 02 04 06 0 8 01 0 01 2 0 圖3 1 2c t 飽和后c 相勵磁涌流及經(jīng)過不同方法處理后的導(dǎo)數(shù)波形比較 為了進一步驗證該算法的可行性 采用該算法的 基于a d s p 一2 1 0 6 0 硬件平 臺的保護樣機在華中科技大學(xué)動模實驗室5 0 0 k v 模型上作了大量空投實驗 圖 3 1 3 a 為其中一次保護裝置的錄波圖 圖3 1 3 b 圖3 1 3 c 分別為事后根據(jù)錄波圖 經(jīng)過差分和分段最小二乘法處理所得到的波形 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3 1 3 動模實驗波形經(jīng)差分和最小二乘法處理后波形之計較 顯然 動模實驗錄波數(shù)據(jù)中噪聲含量比數(shù)字仿真中引入的噪聲含量要小 但 考慮到實際運行中 可能出現(xiàn)的噪聲含量會更大 因而在數(shù)字仿真中考慮6 7 的誤差是有意義的 從這一組錄波數(shù)據(jù)波形中同樣可以得出 采用差分處理 間 斷角波形中噪聲誤差放大 波形畸變 間斷角難以測量 經(jīng)最小二乘法處理后 導(dǎo)數(shù)波形很平滑而且陡度好 能大大提高間斷角測量準確度 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 4 恢復(fù)間斷角的一般措施 目前間斷角原理的保護是通過微分及制動f 3j 監(jiān)來恢復(fù)間斷角的 1 7 為分析方 便 以間斷角起始點為時間原點 反向電流波形可表示為 i d e 一7 7 7 2 1 2 八入八 1 vl 圖3 1 4c t 飽和后c t 二次側(cè)勵磁涌流 如果l 較大 則 較小 如設(shè)一制動門檻 將能完全回復(fù)間斷角的大小 圖 3 15 為圖3 1 4 經(jīng)微分后所得到的波形 采用制動門檻 后 能準確測量間斷角 如果l 較小 則t 衰減快 對間斷角的測量有影響 所以經(jīng)微分后 間斷角只能 得到一定程度的恢復(fù) 隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展 大容量新型變壓器的出現(xiàn) 一方面 間斷角會有所減小 部分損失的間斷角將降低保護的可靠性 另一方面要考慮在 新情況下如何選取適當?shù)拈T檻值 圖3 1 5 圖3 1 4 中電流的微分波形 由以上的分析可知 反向電流為一衰減的直流分量 它的二階導(dǎo)數(shù)為 l 一 侖 d 一 一 b 一 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 乒罷e t 3 由式 1 可知 反向電流及其一 二階導(dǎo)數(shù)均為衰減的直流分量 在反向電流峰值 它的一 二階導(dǎo)數(shù)也達到峰值 而且i 與i 同號 當變壓器區(qū)內(nèi)故障時 變壓器鐵芯不飽和 只要c t 不飽和 二次側(cè)電流完 全能反映一次側(cè)電流 此外對一般的三角函數(shù)波形i s i n c o t 其一 二級導(dǎo)數(shù)為 f 0 3 c o s 甜 i 一 2s i n c o t 在峰值點 f 0 i 與i 同時達到峰值 但符號相反 據(jù)此 可采用以下方法恢 復(fù)間斷角 一 計算出二次側(cè)電流基波幅值 2 設(shè)置門檻值 k i k 根據(jù)以下原則 選取 在基波輸入下 因設(shè)置門檻而產(chǎn)生的間斷角必須小于間斷角整定值 并考慮適當裕度 二 找出二次電流的峰值 算出峰值后電流的導(dǎo)數(shù)值 三 如果峰值后電流導(dǎo)數(shù)值的絕對值小于門檻值 并且電流值與其二階導(dǎo)數(shù)同 號 則繼續(xù)判別在峰值后一段時間內(nèi)i i i 符號是否不變 如果不變 則認為這一段為間斷角 否則當波寬出來 出由間斷角整定值確定 四 其它情況下 按一般方法測量間斷角 采用以上方法后 不會影響區(qū)內(nèi)故障時保護的正常動作 故障電流以基波為 主 同時疊加各次諧波分量 高次諧波含量小時 在電流峰值附近 一階導(dǎo)數(shù)過 零點不會突變超過門檻 二階導(dǎo)數(shù)值與電流值同號 離次諧波含量高時 電流 階導(dǎo)數(shù)的波形將發(fā)生畸變 不可能出現(xiàn)持續(xù)的衰減波形 因此在內(nèi)部故障情況下 不會導(dǎo)致?lián)踊蜓訒r動作 當故障電流大 且導(dǎo)致c t 飽和時 波形將很復(fù)雜 在此情況下 可以依靠高定值的差動速斷保護來快速切除故障 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 5 將最小二乘法引入間斷角測量的實時性分析 就微機保護而言 保護的算法決定了保護的性能 提高保護算法的精度和速 度可以使保護準確 高速 靈敏地檢出故障 盡管當今計算機芯片運算速度和計 算精度得到了大幅度的提高 但計算精度和速度的問題仍然是保護算法要解決的 關(guān)鍵 在保護中得到廣泛使用的傅氏算法 濾波特性好 精度高 但數(shù)據(jù)窗長 保護的響應(yīng)時間長 與傅氏算法相比 最小二乘算法除具有濾波特性好 精度高 的特點外 其數(shù)據(jù)窗可變 2 0 1 將最d 乘法引入間斷角測量能有效消除微機 保護中采用差分代替求導(dǎo)使a d c 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 輸出結(jié)果的有效位數(shù)減小 同 時使噪聲放大一倍的影響 但是最小二乘法計算量很大 因此必須考慮它的實時 性 為了驗證該方法的實時性 本文用v i s u a l d s p 在a d s p 2 1 0 6 1 平臺上編程 進行了實驗 數(shù)據(jù)窗長度取m 7 對x n 采樣序列中第k 點x k 在 k m k m 區(qū)域里 區(qū)域1 4 9 e d 于 6 0 用 y t 1 a t 2 6 f c 1 來模擬該段電流波形 為了簡化計算 取k 0 m 3 則 t 一3 一2 o 2 3 可求出未知數(shù)的解如下 x 創(chuàng) b 2 3 l 3 m m i 式中 x a b c a 一3 2 一2 2 一3 一2 一3 o 一2 o 刎 是 a 的偽逆矩陣 7 3 階矩陣 爿 爿 以 叫 4 r b y 一3 y 一2 一 y 3 7 由 2 式即可求出a b c 對 1 式求導(dǎo)可得 y 2 a t b 4 y f 2 a 5 因此 j o 2 a 0 b b 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 然后平移數(shù)據(jù)窗 即可求出下一點x k 1 的一 二階導(dǎo)數(shù) 通過上面的分析可知 為求得一點一階導(dǎo)數(shù)需要7 路乘法 7 路加法 求得 二階導(dǎo)數(shù)需要8 路乘法 7 路加法 由于d s p 特別擅長乘加運算 對其指令進行 優(yōu)化后能在一個指令周期內(nèi)完成一次乘法 一次加法 所以最多只需要1 6 個時 鐘周期就能完成一階求導(dǎo)和二階求導(dǎo)的工作 a d 2 1 0 6 1 的主頻為4 0 m h z 由此 可見 將最小二乘法引入間斷角的測量其實時性完全能夠得到保證 同時保護裝 置在靜模和動模試驗中的表現(xiàn)也證明了這一點 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章基于3 2 位浮點d s p 的新型 變壓器保護的開發(fā) 隨著超高壓遠距離輸電系統(tǒng)在我國越來越多地建成和運行 大容量變壓器的 應(yīng)用日益增多 這不僅對變壓器保護的可靠性 對其快速性也提出了更高的要求 當前變壓器保護的關(guān)鍵問題仍然是變壓器勵磁涌流的判別 為了滿足保護快速 性 準確性的要求 同時配合硬件的升級更新 本次硬件設(shè)計采用m o t o r o l a 的 3 2 位微處理器單元 m c 6 8 3 3 2 并將計算任務(wù)交給專用的3 2 位高性能數(shù)字信 號處理器來完成 a d s p 2 1 0 6 1 同時為了工程開發(fā)的規(guī)范性 避免一些重復(fù)性 的工作 微處理器軟件采用了新型的實時多任務(wù)操作系統(tǒng) r t o s n u c l e u s l j u j 作為平臺 該裝置適用于5 0 0 k v 及以下電壓等級的各種接線方式的變壓器 可 根據(jù)需要配置為 馴 雙套主保護 雙套后備保護形式 雙套主保護 分側(cè)獨立的后備保護形式 單套主保護 分側(cè)獨立的后備保護形式 單套主保護 單套后備保護形式 其主要特點如下 采用高性能的數(shù)字信號處理器a d s p 2 1 0 6 x 系列3 2 位浮點d s p 該d s p 采用s h a r c 一超級哈佛結(jié)構(gòu) 峰值運行速度為5 0 m i p s 峰值浮點運算能 力為15 0 m f l o p s 無須外部支持可實現(xiàn)3 2 位單精度浮點和4 0 位擴展精 度浮點運算 可保證保護運算的高精度 運行過程中 程序總線不出芯 片 滿足超高壓保護高可靠性的要求 采用高可靠性3 2 位嵌入式處理器m c 6 8 3 3 2 配合以商用實時多任務(wù)操作 系統(tǒng) r t o s 充分發(fā)揮嵌入式處理器的實時處理能力 確保除保護計 算外的其它功能的實時性 裝置采用背插式的6 u 機箱 整體面板 強弱電嚴格分開 能通過 i e c 2 5 5 2 2 4 標準規(guī)定的i v 級 4 k v 1 0 快速瞬變干擾試驗 i e c 2 5 5 2 2 2 標準規(guī)定的i v 級 空間放電1 5 k v 接觸放電8 k v 靜電放 電試驗 具有很高的抗干擾能力 裝置內(nèi)有2 個c p u 1 個d s p 分別承擔(dān)保護計算 邏輯判斷 數(shù)據(jù)記 錄 人機對話 通信等功能 啟動邏輯由d s p 完成 保護動作由保護c p u 完成 啟動 保護動作的出口跳閘方式保證裝置出口的正確 可靠 c p u 和d s p 之間 c p u 之間的互檢及各模塊內(nèi)的自檢使硬件失效能及時被發(fā) 現(xiàn) 保證了硬件的可靠 勵磁涌流的判別原理采用了諧波制動原理和間斷角原理兩種方法 利用 d s p 的高速處理能力對2 種傳統(tǒng)原理進行了改進 諧波制動原理引入了 諧波分量的相位特征 極大改善諧波原理差動保護在合閘于內(nèi)部故障時 的動作速度 間斷角原理利用數(shù)字化方法識別c t 飽和引起的反向電流 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 有效恢復(fù)間斷角 使間斷角原理保護兼具了快速 穩(wěn)定 可靠的特點 雙主保護 雙后備保護的配置形式 真正實現(xiàn)一臺裝置內(nèi)完成所有的主 保護 后備保護功能 保護軟件設(shè)計模塊化 后備保護功能齊全 配置靈活 能滿足不同電壓 等級 容量及接線方式的變壓器對后備保護的不同要求 保護功能可靈 活組態(tài) 故障信息及錄波數(shù)據(jù)儲存于大容量掉電保持r a m 中 可記錄至少1 2 8 次故障報告 其中波形數(shù)據(jù)不少于2 0 秒 裝置提供1 個以太網(wǎng)通信接e l 可高速 便捷地實現(xiàn)與變電站自動化系 統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 另外提供2 個電氣隔離的r s 4 8 5 通信接口 均可采用 光纖介質(zhì) 調(diào)試通信1 2 1 和打印串行接口 通信規(guī)約采用d l t 6 6 7 1 9 9 9 i d ti e c 6 0 8 7 0 5 10 3 采用c a n 網(wǎng)作為內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)通信快速可靠 故障報告可立即上 傳 全漢化的人機界面 采用大屏幕漢字液晶 所有打印報告均為漢字輸出 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 1 保護裝置的硬件構(gòu)成 一 保護裝置的硬件結(jié)構(gòu) 保護裝置可以分為主保護板和人機界面板兩塊 圖4 1 為主保護板裝置方案圖 圖4 2 為人機界面 m m i 板裝置方案圖 b u m l d p r a m 數(shù) 據(jù)交換 爭行時鐘 a d s p 一 m c 6 8 3 3 2 2 1 0 6l 計 定值 保護板 算 復(fù)雜 剖苧墮墨鱉l 的邏輯判 斷 開入卜 開m l 1 觸發(fā)中斷 7 je 廣e c a n 網(wǎng)控制器 m c 6 8 3 3 2 m m i 板 1 廣 j1 圖4 1 主保護板裝置方案圖 圖4 2 m m i 板裝置方案圖 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 二 m c 6 8 k i 圳 本次設(shè)計中 數(shù)據(jù)記錄 人機對話 通信等功能主要由m c 6 8 k 完成 它是 m o t o r o l a 公司于1 9 8 9 年推出的3 2 位微控制器 主要由中央處理器c p u 3 2 系 統(tǒng)集成模塊s i m 隊列串行模塊q s m 片上存儲器r a m 定時處理器t p u 等 模塊組成 中央處理器c p u 3 2 管理著m c 6 8 3 3 2 和外部設(shè)備的全部活動 它通過內(nèi)部模 塊總線與m c 6 8 3 3 2 的各模塊通信 首先它對各模塊進行初始化 一旦初始化完 成后 這些模塊就可脫離c p u 單獨執(zhí)行專門的功能 c p u 3 2 還可通過外部擴展 總線 地址總線 數(shù)據(jù)總線 控制總線 與外部芯片或外部設(shè)備相連接并進行數(shù) 據(jù)傳送 系統(tǒng)集成模塊 s i m 由幾個控制系統(tǒng)工作的子模塊組成 這些模塊包括時 鐘合成器 芯片選擇 外部總線接口 系統(tǒng)保護和系統(tǒng)測試子模塊等 每個模塊 都有專門的功能 時鐘合成器可與外部晶振