微機(jī)繼電保護(hù)講座

微機(jī)繼電保護(hù)講座---中石化培訓(xùn)2004年秋，北京南京工程學(xué)院李先允博士微機(jī)繼電保護(hù)講座1、微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

2、微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)3、微機(jī)保護(hù)信息網(wǎng)絡(luò)的安全策略4、中外微機(jī)型輸電線(xiàn)路繼電保護(hù)之比較5、石化行業(yè)微機(jī)繼電保護(hù)特點(diǎn)6、微機(jī)繼電保護(hù)常見(jiàn)問(wèn)題微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)電型、整流型、晶體管型和集成電路型幾個(gè)階段后，現(xiàn)在發(fā)展到了微機(jī)保護(hù)階段。微機(jī)繼電保護(hù)指的是以數(shù)字式計(jì)算機(jī)（包括微型機(jī)）為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護(hù)。

微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史起源于20世紀(jì)60年代末期，是在英國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開(kāi)始進(jìn)行研究的。60年代中期，有人提出用小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的價(jià)格昂貴，同時(shí)也無(wú)法滿(mǎn)足高速繼電保護(hù)的技術(shù)要求，因此沒(méi)有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用，但由此開(kāi)始了對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)理論計(jì)算方法和程序結(jié)構(gòu)的大量研究，為后來(lái)的繼電保護(hù)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)在70年代初期和中期出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微型處理器和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段。價(jià)格的大幅度下降，可靠性、運(yùn)算速度的大幅度提高，促使計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究出現(xiàn)了高潮。在70年代后期，出現(xiàn)了比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運(yùn)行。

微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

美國(guó)西屋電氣公司、美國(guó)通用電氣公司、美國(guó)電力公司三家公司竟相開(kāi)拓計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的早期實(shí)踐。1968年美國(guó)西屋電氣公司和太平洋煤氣—電力公司合作的PRODAR70研究項(xiàng)目，利用西屋電氣公司的P-2000小型工業(yè)控制機(jī)，用瞬時(shí)采樣值及其一階、二階導(dǎo)數(shù)算法，計(jì)算線(xiàn)路短路阻抗值實(shí)現(xiàn)相間及接地距離保護(hù)。動(dòng)作時(shí)間20ms左右。1971年完成并安裝在長(zhǎng)61公里的230kV輸電線(xiàn)路試運(yùn)行。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

1973年，美國(guó)通用電氣公司和費(fèi)城電力公司開(kāi)展小型計(jì)算機(jī)項(xiàng)目。利用VarianV72小型計(jì)算機(jī)，利用微分方程算法計(jì)算阻抗值，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路距離保護(hù)和故障測(cè)距。保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間在一個(gè)周波以?xún)?nèi)，對(duì)116公里的長(zhǎng)線(xiàn)路的故障定位，其誤差在0.62公里。1977年安裝在長(zhǎng)116公里的500kV輸電線(xiàn)路試運(yùn)行。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

1971年美國(guó)電力公司和國(guó)際商用機(jī)器公司合作，利用IBM-7小型計(jì)算機(jī)，用對(duì)稱(chēng)分量和數(shù)字濾波算法，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路距離和過(guò)流方向保護(hù)。后來(lái)改用PlesseyMiproc-16微型機(jī)，1979年完成。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

1970年澳大利亞新南威爾士大學(xué)開(kāi)始利用小型計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究工作。1976年投入新南威爾士電力公司試運(yùn)行。奠定了計(jì)算機(jī)保護(hù)工程算法的基礎(chǔ)。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

日本明電舍公司和東京電力公司合作，進(jìn)行了以PCM電流差動(dòng)為主保護(hù)、距離保護(hù)為后備保護(hù)的研究項(xiàng)目。保護(hù)由四臺(tái)微機(jī)組成，用DPCD數(shù)字式電流、電壓互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的TA、TV。數(shù)字互感器與保護(hù)裝置用光纖進(jìn)行數(shù)字信息傳遞，差動(dòng)保護(hù)采用微波通道。采用半波面積法和積型算法。1977年7月至1978年3月在東京電力公司275kV輸電線(xiàn)路試運(yùn)行

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1974年，三菱公司和關(guān)西電力公司進(jìn)行了兩個(gè)研究階段。分別使用MELCOM350-5F小型計(jì)算機(jī)和MELPS-8微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路保護(hù)。用采樣數(shù)據(jù)及其微分算法實(shí)現(xiàn)小電流接地平行輸電線(xiàn)路的保護(hù)功能。1977年完成。

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日立公司自1970年起從基礎(chǔ)研究開(kāi)始，歷經(jīng)近十年的時(shí)間，發(fā)展了保護(hù)算法、數(shù)字濾波和16位保護(hù)專(zhuān)用高速微處理機(jī)，光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。采用積型算法和數(shù)字濾波算法實(shí)現(xiàn)距離、電流差動(dòng)和功率方向等各種保護(hù)繼電器。在1976年至1978年在275kV輸電線(xiàn)路試運(yùn)行。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

早期的研究工作側(cè)重于輸電線(xiàn)路距離保護(hù)及其算法的研究和工業(yè)實(shí)驗(yàn)。主要手段為小型計(jì)算機(jī)。但是，設(shè)備昂貴，繼電保護(hù)對(duì)可靠性要求又特別高，因此，僅限于理論研究。1971年微處理器的問(wèn)世，給計(jì)算機(jī)保護(hù)以新的生命。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

1979年IEEE和PES的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)委員會(huì)和電力工程教育委員會(huì)聯(lián)合編寫(xiě)了研究班課程--------“計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)”，對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的理論與實(shí)踐作了首次總結(jié)，標(biāo)志著這一新技術(shù)進(jìn)入比較成熟的發(fā)展階段。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

80年代，微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日趨成熟，并已在一些國(guó)家推廣應(yīng)用。如美國(guó)西屋電氣公司、西門(mén)子公司、英國(guó)通用電氣公司、ABB公司等，分別推出了自己的產(chǎn)品。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究過(guò)程中，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。從70年代開(kāi)始，華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線(xiàn)路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過(guò)鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，揭開(kāi)了我國(guó)繼電保護(hù)發(fā)展史上的新一頁(yè)，為微機(jī)保護(hù)的推廣開(kāi)辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)－變壓器組保護(hù)也相繼于1989年、1994年通過(guò)鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)裝置也于1991年通過(guò)鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993年、1996年通過(guò)鑒定。

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1微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展史

90年代，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了微機(jī)保護(hù)時(shí)代，是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展歷史過(guò)程中的第四代。

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2微機(jī)保護(hù)的主要特點(diǎn)

研究和實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比較，微機(jī)保護(hù)有許多優(yōu)點(diǎn)，其主要特點(diǎn)如下：

a）改善和提高繼電保護(hù)的動(dòng)作特征和性能，動(dòng)作正確率高。主要表現(xiàn)在能得到常規(guī)保護(hù)不易獲得的特性；其很強(qiáng)的記憶力能更好地實(shí)現(xiàn)故障分量保護(hù)；可引進(jìn)自動(dòng)控制、新的數(shù)學(xué)理論和技術(shù)如自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，其運(yùn)行正確率很高也已在運(yùn)行實(shí)踐中得到證明。

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2微機(jī)保護(hù)的主要特點(diǎn)

b）可以方便地?cái)U(kuò)充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等，可以方便地附加低頻減載、自動(dòng)重合閘、故障錄波、故障測(cè)距等功能。

c）工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越。體現(xiàn)在硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；裝置體積小，減少了盤(pán)位數(shù)量；功耗低。

d）可靠性容易提高。體現(xiàn)在數(shù)字元件的特性不易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影響；且自檢和巡檢能力強(qiáng)，可用軟件方法檢測(cè)主要元件、部件的工況以及功能軟件本身。

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2微機(jī)保護(hù)的主要特點(diǎn)

e）使用靈活方便，人機(jī)界面越來(lái)越友好。其維護(hù)調(diào)試也更方便，從而縮短維修時(shí)間；同時(shí)依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)軟件方法改變特性、結(jié)構(gòu)。

f）可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。微機(jī)保護(hù)裝置具有串行通信功能，與變電所微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信聯(lián)絡(luò)使微機(jī)保護(hù)具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，新的控制原理和方法被不斷應(yīng)用于計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中，以期取得更好的效果，從而使微機(jī)繼電保護(hù)的研究向更高的層次發(fā)展，出現(xiàn)了一些引人注目的新趨勢(shì)。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)3．1計(jì)算機(jī)化

隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問(wèn)世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線(xiàn)不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的32位微機(jī)保護(hù)。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)----計(jì)算機(jī)化南京電力自動(dòng)化研究院一開(kāi)始就研制了16位CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過(guò)了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開(kāi)始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)，1988年即開(kāi)始研究以32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測(cè)量一體化微機(jī)裝置，與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。采用32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁蹵/D轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過(guò)16位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)都是32位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在CPU內(nèi)。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)----計(jì)算機(jī)化電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)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(zhǎng)期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語(yǔ)言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過(guò)用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過(guò)了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)----計(jì)算機(jī)化這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有：(1)具有486PC機(jī)的全部功能，能滿(mǎn)足對(duì)當(dāng)前和未來(lái)微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。(2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過(guò)熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線(xiàn)或PC總線(xiàn)，硬件模塊化，對(duì)于不同的保護(hù)可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)----計(jì)算機(jī)化繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)如何更好地滿(mǎn)足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)3.2網(wǎng)絡(luò)化

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類(lèi)生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)------網(wǎng)絡(luò)化國(guó)外早已提出過(guò)系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)------網(wǎng)絡(luò)化對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)------網(wǎng)絡(luò)化對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)的可靠性。天津大學(xué)1993年針對(duì)三峽水電站500kV超高壓多回路母線(xiàn)提出了一種分布式母線(xiàn)保護(hù)的原理，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線(xiàn)保護(hù)分散成若干個(gè)(與被保護(hù)母線(xiàn)的回路數(shù)相同)母線(xiàn)保護(hù)單元，分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上，各保護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果證明是母線(xiàn)內(nèi)部故障則只跳開(kāi)本回路斷路器，將故障的母線(xiàn)隔離。在母線(xiàn)區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障均不動(dòng)作。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)------網(wǎng)絡(luò)化這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線(xiàn)保護(hù)原理，比傳統(tǒng)的集中式母線(xiàn)保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開(kāi)本回路，不會(huì)造成使母線(xiàn)整個(gè)被切除的惡性事故，這對(duì)于象三峽電站具有超高壓母線(xiàn)的系統(tǒng)樞紐非常重要。

由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)3.3保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)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(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無(wú)故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

-----保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化

目前，為了測(cè)量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線(xiàn)路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

-----保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化現(xiàn)在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗(yàn)階段，將來(lái)必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用OTA和OTV的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA和OTV的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測(cè)量量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測(cè)量、通信一體化問(wèn)題，并研制了以TMS320C25數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)3.4智能化

近年來(lái)，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開(kāi)始。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線(xiàn)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(xiàn)性問(wèn)題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線(xiàn)兩側(cè)系統(tǒng)電勢(shì)角度擺開(kāi)情況下發(fā)生經(jīng)過(guò)渡電阻的短路就是一非線(xiàn)性問(wèn)題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過(guò)大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問(wèn)題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)的研究，已取得初步成果。可以預(yù)見(jiàn)，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)3．5自適應(yīng)控制技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

自適應(yīng)繼電保護(hù)的概念始于20世紀(jì)80年代，它可定義為能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)改變保護(hù)性能、特性或定值的新型繼電保護(hù)。自適應(yīng)繼電保護(hù)的基本思想是使保護(hù)能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)的各種變化，進(jìn)一步改善保護(hù)的性能。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

---自適應(yīng)控制技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

自適應(yīng)繼電保護(hù)具有改善系統(tǒng)的響應(yīng)、增強(qiáng)可靠性和提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)，在輸電線(xiàn)路的距離保護(hù)、變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、自動(dòng)重合閘等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用前景。針對(duì)電力系統(tǒng)頻率變化的影響、單相接地短路時(shí)過(guò)渡電阻的影響、電力系統(tǒng)振蕩的影響以及故障發(fā)展問(wèn)題，提出了自適應(yīng)對(duì)策，從理論和實(shí)踐兩方面探討了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)式微機(jī)距離保護(hù)的可行性。并對(duì)自適應(yīng)原理在輸電線(xiàn)路繼電保護(hù)的應(yīng)用作了全面的分類(lèi)描述，使自適應(yīng)繼電保護(hù)的原理得到了進(jìn)一步的發(fā)展和完善。同時(shí)研究了將自適應(yīng)繼電保護(hù)的原理應(yīng)用于距離保護(hù)中，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行工況的變化，調(diào)整距離保護(hù)的動(dòng)作特性，從而提高了距離保護(hù)的性能。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)3．6人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)的一些研究工作也轉(zhuǎn)向人工智能的研究。專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）和模糊控制理論逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，為繼電保護(hù)的發(fā)展注入了活力。

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--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

基于生物神經(jīng)系統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有分布式存儲(chǔ)信息、并行處理、自組織、自學(xué)習(xí)等特點(diǎn)，其應(yīng)用研究發(fā)展十分迅速，目前主要集中在人工智能、信息處理、自動(dòng)控制和非線(xiàn)性?xún)?yōu)化等問(wèn)題。近幾年來(lái)，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障類(lèi)型的判別、故障距離的測(cè)定、方向保護(hù)、主設(shè)備保護(hù)等。

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--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

CPN（counter－propagationnetwork）模型對(duì)交直流混合輸電系統(tǒng)的故障類(lèi)型進(jìn)行識(shí)別；EMTDC（electro－magnetictransientsincludingDC）仿真計(jì)算結(jié)果表明，CPN模型能可靠地進(jìn)行故障類(lèi)型的判別，并依據(jù)判別結(jié)果對(duì)直流控制器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而優(yōu)化交直流混合輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

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--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)，該故障診斷系統(tǒng)利用電力系統(tǒng)中繼電器和斷路器的狀態(tài)信息來(lái)進(jìn)行故障范圍的估計(jì)。這一系統(tǒng)可應(yīng)用于電力系統(tǒng)控制中心，輔助調(diào)度員對(duì)故障范圍進(jìn)行判別，及時(shí)地采取措施對(duì)故障進(jìn)行處理，以保證電力系統(tǒng)供電的安全性、經(jīng)濟(jì)性。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

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--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸電線(xiàn)路的方向保護(hù)，提出用BP模型作為方向保護(hù)的方向判別元件。研究結(jié)果表明，該方向判別元件能準(zhǔn)確、快速地判別出故障的方向。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用由單層感知器網(wǎng)絡(luò)或TH網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)最小二乘算法，這兩種網(wǎng)絡(luò)都可以在極短的時(shí)間（數(shù)納秒或幾百納秒）內(nèi)完成全部運(yùn)算；給出了電流繼電器、圓特性以及四邊型特性阻抗繼電器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，研究表明三種模型都具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

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--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能型自適應(yīng)繼電保護(hù)原理，利用了比傳統(tǒng)保護(hù)多得多的信息量。它比傳統(tǒng)保護(hù)能區(qū)分更多的故障類(lèi)型，提高了繼電保護(hù)的適用范圍，從原理上解決了經(jīng)高阻抗的短路故障保護(hù)問(wèn)題。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

--人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)電流保護(hù)。該方法充分利用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具有的強(qiáng)大的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和模式識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中的各種故障情況的識(shí)別，解決電流保護(hù)中的靈敏度補(bǔ)償和故障方向識(shí)別問(wèn)題，使電流保護(hù)對(duì)正方向各種故障都有足夠的保護(hù)范圍，而對(duì)反方向的各種故障實(shí)行閉鎖，從而實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)的自適應(yīng)。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)3.7小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用在微機(jī)保護(hù)中，數(shù)字信號(hào)處理已成為故障信息提取與識(shí)別的基本手段。目前微機(jī)保護(hù)原理基本上是用工頻量實(shí)現(xiàn)的，有些保護(hù)中也用到二次、三次或五次諧波。為了從故障信息中獲取上述分量，付里葉變換是一個(gè)十分有效的工具。

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---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用對(duì)利用故障暫態(tài)行波實(shí)現(xiàn)的保護(hù)和故障測(cè)距，付里葉變換遇到了困難。因?yàn)?，輸電線(xiàn)路發(fā)生故障后的暫態(tài)行波是一個(gè)突變的、具有奇異性的信號(hào)，對(duì)于這種信號(hào)的分析用付里葉變換是無(wú)能為力的。因?yàn)楦独锶~變換是純頻域分析方法，它在時(shí)域上沒(méi)有任何分辨能力。即不能刻劃出暫態(tài)行波到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確時(shí)刻，也不能確定行波幅值和極性。

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---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用小波變換最突出的特點(diǎn)是：它在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的局部化性質(zhì)，因此，成為分析非平穩(wěn)信號(hào)或具有奇異性的故障信號(hào)的銳利工具。小波是一個(gè)振蕩波形，它最多持續(xù)幾個(gè)周期。一個(gè)給定的小波具有位置和尺度，它特別適合于表示一個(gè)具有不連續(xù)性的信號(hào)或圖象。小波變換的重要特點(diǎn)是它具有良好的時(shí)頻局部分析能力，或稱(chēng)為變焦性能，也就是說(shuō)，它是一種能聚集到信號(hào)或圖象的任何微小細(xì)節(jié)進(jìn)行分析的工具，此被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

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---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用電力系統(tǒng)的信號(hào)主要分為穩(wěn)定變化的信號(hào)和具有突變性質(zhì)的、非穩(wěn)定變化的信號(hào)。付氏變換作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定信號(hào)的分析方法其核心是把一個(gè)周期變化的信號(hào)表示成一簇具有不同頻率的正弦波的線(xiàn)性組合。但其用于分析具有突變性質(zhì)的、非穩(wěn)定變化信號(hào)時(shí),把奇異信號(hào)的頻域信息分配給整個(gè)頻域范圍內(nèi)的其他頻率分量,即把反映故障信息的局部特征在整個(gè)頻域內(nèi)平均掉,因?yàn)楦妒献儞Q在頻域上是完全局部化，但在時(shí)域卻沒(méi)有任何分辨能力。小波分析運(yùn)用可調(diào)的柔性時(shí)頻窗對(duì)高頻、低頻信號(hào)分別采取可變的尺度進(jìn)行分析,因此它對(duì)奇異信號(hào)非常敏感,特別適合于分析奇異性強(qiáng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)。

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---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用在電力系統(tǒng)故障分析、故障診斷、故障測(cè)距和局部放電等研究領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)屬于緩變奇異信號(hào)，其特殊性表現(xiàn)在奇異時(shí)刻的奇異性具有不確定的奇異度,利用奇變點(diǎn)的位置(即故障時(shí)刻)和小波變換系數(shù)模極大值之間關(guān)系,從而準(zhǔn)確提取故障時(shí)刻。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),各種電氣量都將發(fā)生劇烈的變化，從信號(hào)的角度分析均屬于突變信號(hào)，信號(hào)的突變點(diǎn)包含著豐富的故障信息，具有重要的信息特征，而繼電保護(hù)的任務(wù)就是檢測(cè)故障信息、識(shí)別故障信號(hào)，進(jìn)而作出是否出口跳閘的決定。在實(shí)際保護(hù)的故障信號(hào)分析中,所用信號(hào)的時(shí)間區(qū)段很短,一般包括衰減直流分量,、基頻和高次諧波分量,電力系統(tǒng)故障暫態(tài)信號(hào)是連續(xù)性質(zhì)的,故障信號(hào)模型在故障時(shí)刻(參考點(diǎn))是連續(xù)的,因而故障暫態(tài)信號(hào)是連續(xù)信號(hào),如信號(hào)具有奇異性,則屬緩變奇異信號(hào)。故障暫態(tài)信號(hào)在故障時(shí)刻的奇異度是不確定的,不同的故障暫態(tài)信號(hào)的奇異度是不同的。微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用應(yīng)用小波分析進(jìn)行信號(hào)特征提取時(shí)，主要采用邊界的處理和濾波兩種方法。當(dāng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣后，得到一個(gè)大的有限頻帶中的一個(gè)信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分解，其實(shí)質(zhì)就是把采樣的信號(hào)分成高頻部分和低頻部分兩個(gè)信號(hào)，低頻部分部分包含了信號(hào)的主要信息，而高頻部分清晰地顯示出奇異點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用500kV輸電線(xiàn)路及兩側(cè)系統(tǒng)接線(xiàn)示意圖R等效電源容量為22000MVA等效電源容量為9000MVAS269.3kM串補(bǔ)度為40%微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)故障暫態(tài)信號(hào)的多尺度分析和在各個(gè)尺度上重構(gòu)信號(hào)，我們可以看出,如果分解尺度選擇不正確，則不能正確提取出故障時(shí)刻。由于小波變換對(duì)信號(hào)的奇異點(diǎn)非常敏感，當(dāng)信號(hào)在某一時(shí)刻發(fā)身發(fā)生突變時(shí)，該信號(hào)的小波變換在一定的尺度范圍內(nèi)均會(huì)在信號(hào)突變處出現(xiàn)峰值，且呈現(xiàn)出與噪聲信號(hào)截然不同的特性。因此，通過(guò)選擇合適的尺度范圍，可以在強(qiáng)噪聲背景下，準(zhǔn)確地檢測(cè)到突變信號(hào)。尺度范圍的選擇與故障暫態(tài)信號(hào)中所含的頻率成分以及采樣頻率的高低有關(guān)系。如果尺度范圍選擇太小，則受噪聲的影響比較大；如果尺度范圍選擇太大，則信號(hào)突變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的小波變換的模極大值的幅值衰減得比較厲害，將使故障點(diǎn)的突變特征不明顯甚至消失。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

---小波理論在繼電保護(hù)中的應(yīng)用（2）利用小波變換良好的時(shí)頻局部特性，可以有效地檢測(cè)出電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的奇異性特征，有利于獲得故障所發(fā)生的時(shí)刻、故障點(diǎn)的位置等信息。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

3．8變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為改變變電站目前監(jiān)視、控制、保護(hù)和計(jì)量裝置及系統(tǒng)分割的狀態(tài)提供了優(yōu)化組合和系統(tǒng)集成的技術(shù)基礎(chǔ)。高壓、超高壓變電站正面臨著一場(chǎng)技術(shù)創(chuàng)新。繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化的緊密結(jié)合已成為可能，它表現(xiàn)在集成與資源共享、遠(yuǎn)方控制與信息共享。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

---變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)

以遠(yuǎn)方終端單元（RTU）、微機(jī)保護(hù)裝置為核心，將變電所的控制、信號(hào)、測(cè)量、計(jì)費(fèi)等回路納入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護(hù)屏，能夠降低變電所的占地面積和設(shè)備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠性。隨著微機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，現(xiàn)代通信技術(shù)的迅速發(fā)展，以及標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)約的陸續(xù)推出，變電站綜合自動(dòng)化成了熱門(mén)話(huà)題。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

---變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)目前，用于變電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)，包括故障錄波、緊急控制裝置，雖然已實(shí)現(xiàn)了微機(jī)數(shù)字化，但幾乎都是功能單一的獨(dú)立裝置，各個(gè)裝置缺乏整體協(xié)調(diào)和功能的調(diào)優(yōu)，且功能交叉，輸入信息不能共享，接線(xiàn)復(fù)雜，從整體上降低了可靠性，同時(shí)不能充分利用微機(jī)數(shù)據(jù)處理的強(qiáng)大功能和速度，經(jīng)濟(jì)上也是一種浪費(fèi)。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

---變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)為常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)，它應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)、通信技術(shù)，代替人工對(duì)變電站進(jìn)行正常運(yùn)行的監(jiān)視、操作、電壓無(wú)功控制、量測(cè)記錄和統(tǒng)計(jì)分析、故障運(yùn)行的監(jiān)視、報(bào)警和事件順序記錄與運(yùn)行操作，大多不涉及繼電保護(hù)、緊急控制、故障錄波、RTU、維修狀態(tài)信息處理等功能，功能相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

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3繼電保護(hù)新技術(shù)

---變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)將促進(jìn)新的自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動(dòng)下，變電站將向集成自動(dòng)化方向發(fā)展。根據(jù)變電站自動(dòng)化集成的程度，可將未來(lái)的自動(dòng)化系統(tǒng)分為協(xié)調(diào)型自動(dòng)化和集成型自動(dòng)化。協(xié)調(diào)型自動(dòng)化仍然保留間隔內(nèi)各自獨(dú)立的控制、保護(hù)等裝置，各自采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的輸出功能，通過(guò)統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)相連，在站級(jí)建立一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行各個(gè)功能的協(xié)調(diào)。

微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及其趨勢(shì)

3繼電保護(hù)新技術(shù)

---變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)集成型自動(dòng)化既在間隔級(jí)，又在站級(jí)對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行優(yōu)化組合，是現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的綜合應(yīng)用。所謂集成型自動(dòng)化系統(tǒng)是將間隔的控制、保護(hù)、故障錄波、事件記錄和運(yùn)行支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理等功能集成在一個(gè)統(tǒng)一的多功能數(shù)字裝置內(nèi)，間隔內(nèi)部和間隔間以及間隔同站級(jí)間的通信用少量的光纖總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，取消傳統(tǒng)的硬線(xiàn)連接。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)0.前言隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，一些新的改善繼電保護(hù)性能的原理和方案，特別是基于故障波形特征或者高頻分量的保護(hù)原理，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊集原理的智能保護(hù)方案，受到更多的重視并逐步得到實(shí)際應(yīng)用；這也對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置硬件提出了更高的要求。由于集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)裝置硬件的發(fā)展也十分迅速。結(jié)構(gòu)更加合理，性能更加完善。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言微機(jī)保護(hù)裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個(gè)階段：

a.第一階段以單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，硬件及軟件的設(shè)計(jì)符合“四統(tǒng)一”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其代表產(chǎn)品為微機(jī)高壓輸電線(xiàn)路保護(hù)裝置。

b.第二階段以多單片機(jī)構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設(shè)計(jì)吸取了第一代微機(jī)保護(hù)裝置成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用多CPU的特點(diǎn)，強(qiáng)化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對(duì)保護(hù)的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施以及防止拒動(dòng)與誤動(dòng)的措施。

c.第三階段以高性能的16位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線(xiàn)不需引出芯片，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，抗干擾性能進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化提供了方便。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言如今，在一些電力系統(tǒng)主設(shè)備的微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，也開(kāi)始采用了性能更好、功能更強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，例如，基于Intel386EX的微機(jī)發(fā)電機(jī)組保護(hù)、分相式母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)等微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言微機(jī)保護(hù)裝置分為輸入回路(交流接口單元)、出口回路(直流接口單元)、CPU單元、存儲(chǔ)器、人機(jī)接口和電源。功能模塊：(1)CPU與存儲(chǔ)器接口；(2)定時(shí)計(jì)數(shù)器；(3)中斷邏輯；(4)串并行通信接口；(5)實(shí)時(shí)時(shí)鐘；(6)看門(mén)狗電路；(7)顯示控制電路；(8)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；(9)固態(tài)盤(pán)或存儲(chǔ)器A(程序)；(10)固態(tài)盤(pán)或存儲(chǔ)器B(報(bào)告)；(11)固態(tài)盤(pán)或存儲(chǔ)器C(整定值)；(12)開(kāi)關(guān)量光隔輸入；(13)開(kāi)關(guān)量光隔功放輸出；(14)工業(yè)局域網(wǎng)接口。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言1)CPU單元

為微機(jī)繼電保護(hù)裝置的核心，用來(lái)完成數(shù)據(jù)收集計(jì)算邏輯判斷處理、發(fā)出跳合閘命令等功能。還可以同上層控制機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方修改定值傳遞保護(hù)信息，打印故障報(bào)告等功能。由于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)與故障時(shí)的參數(shù)相差十分懸殊，有的甚至相差幾十倍，所以輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大，一般采用分布式結(jié)構(gòu)。按照單元設(shè)置CPU，雙機(jī)并行工作。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言2)存儲(chǔ)器

有定值存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。定值存儲(chǔ)器儲(chǔ)存各種保護(hù)設(shè)定值，該芯片具有斷電內(nèi)容丟失功能，且可在線(xiàn)修改內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM用來(lái)存取現(xiàn)場(chǎng)的各種輸入輸出的內(nèi)容、中間運(yùn)算結(jié)果和判斷結(jié)果，按需要時(shí)讀出、寫(xiě)入或改寫(xiě)，一般用22K的芯片。程序存儲(chǔ)器則用于存儲(chǔ)已編好并具有保護(hù)功能的應(yīng)用程序，一般用可改寫(xiě)的存儲(chǔ)器EPROM。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言3)輸入回路(交流接口單元)。電力系統(tǒng)的電流、電壓等數(shù)字，經(jīng)電壓互感器、電流互感器轉(zhuǎn)換成100V或5A信號(hào)，由于這種信號(hào)數(shù)值大大超過(guò)微機(jī)所能接受的電壓標(biāo)準(zhǔn)；這些參數(shù)在故障時(shí)變化很大，微機(jī)只能識(shí)別電壓，所以必須把經(jīng)過(guò)電壓互感器、電流互感器變換后的電壓電流再經(jīng)交流接口電路轉(zhuǎn)換成微機(jī)可能接收的電壓值。并且在故障情況下也不會(huì)超過(guò)這個(gè)范圍。為了限制輸入信號(hào)的最高頻率，采用低通濾波器，采樣頻率應(yīng)等于或大于被測(cè)信號(hào)頻率。在故障時(shí)電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)高次諧波，實(shí)際的采樣頻率是工頻的幾倍甚至幾十倍。另外，繼電保護(hù)的快速動(dòng)作要求以及程序需要充分的執(zhí)行時(shí)間，為了便于運(yùn)算，采樣頻率常用300~1200Hz。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言4)出口回路(直流接口單元)它包括出口跳閘繼電器及磁保持繼電器及發(fā)光二極管組成的燈光信號(hào)等。由于采樣后的離散數(shù)字量也是瞬時(shí)值，不能直接用來(lái)判斷系統(tǒng)狀態(tài)，必須采用某種數(shù)學(xué)方法得出表征系統(tǒng)特性的參數(shù)，并與相應(yīng)的整定值進(jìn)行比較，從而做出保護(hù)動(dòng)作與否的判斷。特別是電力系統(tǒng)包含非線(xiàn)性鐵磁元件，分布電容、補(bǔ)償電容，使得短路電流中含有衰減的非周期分量和高頻分量。為了克服這些因素的影響，除了采用濾波措施外，必須采用合適的數(shù)學(xué)方法。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言5)人機(jī)接口鍵盤(pán)、通信口、打印機(jī)、顯示裝置。通信口完成智能開(kāi)關(guān)設(shè)備連接，一般用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，如Lonworks，CANbus，Profibus總線(xiàn)等。6)電源

常用交流穩(wěn)壓電源、DC-DC和蓄電池微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---前言隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及嵌入式應(yīng)用的日益廣泛，許多器件廠家將CPU與存儲(chǔ)器接口；定時(shí)計(jì)數(shù)器；中斷邏輯；串并行通信接口；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；看門(mén)狗電路；顯示控制電路，集成到一個(gè)芯片中。而工控機(jī)廠家在此基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；固態(tài)盤(pán)或存儲(chǔ)器A(程序)；甚至工業(yè)局域網(wǎng)接口進(jìn)一步集成到STD、PC/104、VME等總線(xiàn)工控機(jī)的主板或單板工控機(jī)上，基本上實(shí)現(xiàn)了“總線(xiàn)不出板”，大幅度提高了系統(tǒng)的性能和抗干擾能力，為微機(jī)保護(hù)裝置整機(jī)性能和可靠性的增強(qiáng)奠定了良好基礎(chǔ)。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)1.處理器目前主要有4類(lèi)處理器可供高性能微機(jī)保護(hù)裝置選用，即MCU、DSP、RISC和X864類(lèi)器件。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.1單片機(jī)

單片機(jī)通過(guò)大規(guī)模集成電路技術(shù)將CPU，ROM，RAM和I/O接口電路封裝在一塊芯片中，因此具有可靠性高、接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、運(yùn)行速度快、功耗低、性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)。使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)具有較強(qiáng)的針對(duì)性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，整體性能和可靠性高，但通用性、可擴(kuò)展性相對(duì)較差。而且某些保護(hù)算法需要使用乘法、除法或者開(kāi)平方運(yùn)算，而早期的單片機(jī)不具備這些運(yùn)算功能，通常需要使用軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。此外，單片機(jī)的片內(nèi)資源有限，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常需要對(duì)其功能進(jìn)行補(bǔ)充和外部擴(kuò)展。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.1單片機(jī)

新型高性能單片機(jī)性能得到很大提高，運(yùn)算能力也得到大大加強(qiáng)，出現(xiàn)了無(wú)須進(jìn)行外部擴(kuò)展的所謂總線(xiàn)不出芯片的新型微機(jī)保護(hù)。此保護(hù)采用了高集成度的16位單片機(jī)，其內(nèi)部包含了124kEPROM，4kRAM，接近10個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器、定時(shí)器與中斷口，2個(gè)全雙工的串行口，以及數(shù)個(gè)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應(yīng)用既靈活又簡(jiǎn)潔。高性能單片機(jī)包含了微機(jī)保護(hù)所需的各種硬件功能，使新型微機(jī)保護(hù)的電路設(shè)計(jì)異常簡(jiǎn)單可靠。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.1單片機(jī)由于單片機(jī)價(jià)格低廉，因此，微機(jī)保護(hù)由最初的單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主發(fā)展為多單片機(jī)構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)為主。大量使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了成功的應(yīng)用，也由于新型單片機(jī)的卓越性能，現(xiàn)階段使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)仍將是我國(guó)微機(jī)保護(hù)的主流產(chǎn)品。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.2數(shù)字信號(hào)處理器

數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)與目前通用的CPU不同，是一種為了達(dá)到快速數(shù)學(xué)運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP具有相當(dāng)強(qiáng)大的處理能力，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進(jìn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)快10～50倍?？焖俚闹噶钪芷?、哈佛結(jié)構(gòu)、流水操作、專(zhuān)用的乘法器、特殊的指令，加上集成電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使DSP的指令周期達(dá)到200ns。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.2數(shù)字信號(hào)處理器DSP的突出特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、精度高、總線(xiàn)速度快、吞吐量大，尤其是采用專(zhuān)用硬件實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)和浮點(diǎn)加乘(矩陣)運(yùn)算，速度非?？?。極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅氏算法的計(jì)算時(shí)間，有助于保護(hù)動(dòng)作速度的提高。目前，針對(duì)嵌入式應(yīng)用的需求，DSP器件廠家在提高器件集成度、簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)大幅度降低了價(jià)格，以期替代單片機(jī)(MCU)占領(lǐng)嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)，這為繼電保護(hù)廠家提高保護(hù)裝置性能，進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代提供了一個(gè)非常好的物質(zhì)手段。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.2數(shù)字信號(hào)處理器較為理想的DSP器件有TI公司的TMS320C30/31/32和AD公司的ADSP210C60/622類(lèi)32位浮點(diǎn)器件，其中TMS320C30有系統(tǒng)和外設(shè)2條總線(xiàn)，使運(yùn)算和I/O可同時(shí)進(jìn)行、互不影響。將數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅里葉變換算法的計(jì)算時(shí)間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理的功能，還可以完成以往主要由CPU完成的運(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.2數(shù)字信號(hào)處理器由于DSP的價(jià)格較高，影響了DSP在繼電保護(hù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。隨著數(shù)字信號(hào)處理器芯片和開(kāi)發(fā)工具的價(jià)格下降，可以預(yù)期數(shù)字信號(hào)處理器將會(huì)在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。

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工控機(jī)

X86器件得益于Wintel體系在個(gè)人機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，為了占領(lǐng)嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)，Intel、AMD、國(guó)家半導(dǎo)體(NS)和ST等器件廠家均在386或486內(nèi)核的基礎(chǔ)上，通過(guò)集成外圍器件和接口推出了一系列與PC軟硬件兼容的嵌入式處理器，如Intel386EX、AMD386/486E、ElanSC300、SC400系列，NS486SXF以及ST486等，國(guó)家半導(dǎo)體公司更是提出了“PConachip”的口號(hào)。

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工控機(jī)盡管這類(lèi)器件在性能上較前兩者遜色(相同主頻而言)，然而由于可以利用PC豐富的開(kāi)發(fā)環(huán)境、應(yīng)用軟件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)，因而一經(jīng)推出就得到了眾多工控機(jī)廠家的歡迎，并紛紛在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出ISA、STD、PC/104、VME、CompactPCI等總線(xiàn)工控主板(EPSON公司的主板僅為信用卡大小)，繼電器廠家也推出了基于Intel386EX的微機(jī)發(fā)電機(jī)組保護(hù)和錄波裝置。就微機(jī)保護(hù)對(duì)計(jì)算精度和速度的要求而言，比較合適的是集成了浮點(diǎn)協(xié)處理器的486DX及以上等級(jí)的微處理器及其對(duì)應(yīng)的嵌入式芯片。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.3

工控機(jī)值得指出的是，英特爾多能奔騰、高能奔騰及奔騰兩代微處理器中除集成了浮點(diǎn)協(xié)處理器外，還增加了以整形數(shù)乘加運(yùn)算為基礎(chǔ)的多媒體指令(MMX)，而AMD公司最近推出的K6?23DNow!中進(jìn)一步擴(kuò)展和增強(qiáng)了以浮點(diǎn)數(shù)乘加運(yùn)算為基礎(chǔ)的圖形操作指令，靈活運(yùn)用MMX和3DNow技術(shù)可以達(dá)到DSP器件同樣的效果。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.3

工控機(jī)利用Intel體系在個(gè)人計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，很多器件廠家都在386/486的基礎(chǔ)上，通過(guò)集成外圍器件和接口，推出了一系列與個(gè)人計(jì)算機(jī)軟硬件兼容的嵌入式處理器，例如Intel386EX，AMD386/486E等。由于可利用個(gè)人計(jì)算機(jī)豐富的開(kāi)發(fā)手段、應(yīng)用軟件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)，很多工控機(jī)廠家紛紛在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出ISA，STD，PC/104等工控機(jī)。嵌入式處理器具有很多優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.3

工控機(jī)例如，V40是一種高性能的、完全的靜態(tài)嵌入式8位微處理機(jī)芯片(相當(dāng)于80188)。它集成了許多外圍器件，在軟件上完全與CPU兼容。386EX是Intel公司1994年推出的、適合于工業(yè)控制的32位高性能嵌入式CPU。它采用CMOS工藝和靜態(tài)器件設(shè)計(jì)，完全符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的低功耗、高可靠性、能夠在惡劣環(huán)境中使用的要求。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.3

工控機(jī)在我國(guó)對(duì)工控機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)較早，目前已經(jīng)形成了一套較為全面和完善的適合中國(guó)國(guó)情的各類(lèi)工控機(jī)基本系統(tǒng)和功能模板體系，為我國(guó)工業(yè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制打下了良好的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化產(chǎn)品中，也有較多的廠家選用了工控機(jī)。其中，以V40為基礎(chǔ)的STD工控機(jī)應(yīng)用較為廣泛。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1.3

工控機(jī)V40集成了許多外圍器件，在其內(nèi)部集成了與8088/8086指令集完全兼容的CPU以及時(shí)鐘發(fā)生器(CG)、可編程等待邏輯發(fā)生器(WCU)，動(dòng)態(tài)RAM刷新控制器(RCU)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器(TCU)、中斷控制器(ICU)、DMA控制器(DAMU)、串行通信控制器(SCU)等多種外圍控制器。它與IBMPC/XT完全兼容，性能優(yōu)于IBMPC/XT。STD工控機(jī)模板還配置有128～256kEPROM，128～256kSRAM，1個(gè)串行通信接口RS-232C，1個(gè)并行通信接口，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷輸入，用戶(hù)中斷輸入接口，8MHz系統(tǒng)時(shí)鐘。

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工控機(jī)V40STD工控機(jī)只是工控機(jī)中的低端產(chǎn)品。如果繼電保護(hù)算法對(duì)處理器的計(jì)算速度和精度有更高的要求，當(dāng)然也可選用更高級(jí)別的工控機(jī)，例如，Intel公司的386EX，或ST公司的486PC。針對(duì)微機(jī)保護(hù)對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算速度的要求，比較合適的是集成了浮點(diǎn)協(xié)處理器的486DX及以上等級(jí)的微處理器及其對(duì)應(yīng)的嵌入式芯片。工控機(jī)比單片機(jī)有更高的計(jì)算速度和精度，更強(qiáng)的控制能力因此，往往應(yīng)用于電力系統(tǒng)主設(shè)備的微機(jī)繼電保護(hù)裝置中。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1．4RISC器件

一般具有較高的主頻和很強(qiáng)的運(yùn)算能力，由于其集成度和性能價(jià)格比的提高，不僅被應(yīng)用于要求較高的計(jì)算環(huán)境，而且廣泛出現(xiàn)在各種投資類(lèi)和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中，日本的一些電氣廠商如三菱、日立、東芝等，也都利用RISC器件開(kāi)發(fā)其繼電保護(hù)產(chǎn)品。在這類(lèi)器件中，日立公司SH-3系列中的7718(32位)和SH-4系列中的7750(64位)、IDT公司的79R3081(32位)和79640(64位)，以及IBM和Mrtorola的PowerPC系列，DECAlpha系列中的部分產(chǎn)品，由于兼有嵌入式設(shè)計(jì)和出眾的浮點(diǎn)計(jì)算能力，因而能夠較好地滿(mǎn)足微機(jī)保護(hù)的要求。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1．4RISC器件然而RISC器件由于主頻較高、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造較單片機(jī)(MCU)復(fù)雜、開(kāi)發(fā)工具有國(guó)內(nèi)不普及等原因，目前還不易為繼電保護(hù)廠家所接受。隨著其在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品和電信業(yè)中應(yīng)用的日益普及，特別是隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)和家電廠商對(duì)個(gè)人數(shù)字助理(PDA)的研制開(kāi)發(fā)，RISC器件必然為更多的用戶(hù)所接受和熟悉，出現(xiàn)在微機(jī)保護(hù)裝置中將不過(guò)是時(shí)間問(wèn)題。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)---處理器1．4RISC器件除上述4類(lèi)器件外，由于可編程控制器(PLC)體積小、可靠性高、擴(kuò)展性強(qiáng)，前端可帶電插拔等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中部分產(chǎn)品(如奧地利B&R公司的PCC)通過(guò)高速總線(xiàn)支持多個(gè)高性能CPU插件，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和多種通信協(xié)議并支持C語(yǔ)言編程。因此，用戶(hù)無(wú)需任何外部軟件支持即可完成應(yīng)用軟件的編程、調(diào)試和固化。采用這種PLC作為機(jī)組保護(hù)裝置的硬件平臺(tái)既可簡(jiǎn)化軟硬件開(kāi)發(fā)工作，又提高了裝置的整體可靠性。其不足是價(jià)格較為昂貴，從而影響了其應(yīng)用范圍。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)2.開(kāi)發(fā)方式隨著高性能處理器在微機(jī)保護(hù)裝置中的采用，其開(kāi)發(fā)方式與單片機(jī)時(shí)代相比有了很大的不同，其中最突出的一點(diǎn)是在操作系統(tǒng)支持下采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。對(duì)于X86器件而言，受益于Wintel體系的規(guī)模效應(yīng)和豐富的軟件資源，用戶(hù)往往直接在MS?DOS操作系統(tǒng)支持下，采用編程、

編譯、調(diào)試集成環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這種方式最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了購(gòu)置專(zhuān)用開(kāi)發(fā)裝置軟硬件的費(fèi)用以及開(kāi)發(fā)人員的培訓(xùn)時(shí)間，且在DOS支持下能夠生成漢化人機(jī)界面和報(bào)告，

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---開(kāi)發(fā)方式由于是商用機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)，因而必然存在著以下不足：(1)僅支持X86器件且硬件平臺(tái)需與PC兼容；(2)DOS不支持多任務(wù)、多線(xiàn)程，對(duì)內(nèi)存的管理和安全機(jī)制均有局限性，要由開(kāi)發(fā)人員自己考慮所有可能發(fā)生的問(wèn)題并加以解決，增加了開(kāi)發(fā)的難度和周期；(3)DOS環(huán)境中，用戶(hù)程序需調(diào)入內(nèi)存才能運(yùn)行，不僅增加了硬件開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)也推遲了保護(hù)功能的投入；(4)集成環(huán)境無(wú)法對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

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---開(kāi)發(fā)方式隨著商用微機(jī)操作系統(tǒng)由DOS向32位的Windows95和NT過(guò)渡，一些第三方廠家(如PharLap)以WindowsNT的內(nèi)核和Win32API為基礎(chǔ)推出了適應(yīng)于嵌入式應(yīng)用的32位實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)工具，有效地提供了搶先式多任務(wù)和事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制并增強(qiáng)了內(nèi)存管理和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---開(kāi)發(fā)方式隨著PDA的興起，Windows95/NT的袖珍版WindowsCE在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域也有了更高的市場(chǎng)占有率。相比前者，其能夠支持更多的器件種類(lèi)，硬件平臺(tái)也不要求與PC兼容，因而具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。然而對(duì)于上述(3)、(4)2點(diǎn)，不僅沒(méi)有改進(jìn)反而進(jìn)一步增加了硬件開(kāi)銷(xiāo)和引導(dǎo)時(shí)間。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---開(kāi)發(fā)方式與上述借用商用操作系統(tǒng)和集成環(huán)境的開(kāi)發(fā)方式相對(duì)應(yīng)，許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)廠家為嵌入式應(yīng)用推出了多種實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，如QNX、PSOS、Nuleus、VRTX、VxWork等，不僅代碼緊湊、對(duì)硬件資源占用少，而且與用戶(hù)程序一同固化到EPROM或閃存中就地運(yùn)行，無(wú)需加載至內(nèi)存。此外，由于這類(lèi)RTOS專(zhuān)門(mén)針對(duì)了工業(yè)(軍事)應(yīng)用的需要，而不是從商用操作系統(tǒng)改良而來(lái)，因而具有更強(qiáng)的任務(wù)切換和線(xiàn)程通信機(jī)能，實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性很強(qiáng)且支持多種微處理器及嵌入式控制器(包括DSP)，在開(kāi)發(fā)或仿真系統(tǒng)支持下，可對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試(甚至是多CPU或DSP系統(tǒng))和實(shí)時(shí)仿真。當(dāng)然，這種開(kāi)發(fā)方式也存在需專(zhuān)門(mén)購(gòu)置RTOS和開(kāi)發(fā)工具，以及需培訓(xùn)開(kāi)發(fā)人員等不足。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---開(kāi)發(fā)方式針對(duì)以上兩者的不足，同時(shí)也是得益于處理器尋址空間的擴(kuò)大，代碼駐留或就地運(yùn)行技術(shù)(XIP)得到了越來(lái)越多工控廠家的支持。該技術(shù)仍然基于ROM?DOS和X86平臺(tái)，然而與第1種開(kāi)發(fā)方式相比，電子盤(pán)位于其尋址空間的高端，并可在保護(hù)模式下直接尋址而不是通過(guò)I/O或頁(yè)面方式訪(fǎng)問(wèn)。因此，用戶(hù)程序可用文件方式固化到閃存電子盤(pán)中，上電運(yùn)行后，CPU進(jìn)入保護(hù)模式并直接跳轉(zhuǎn)到用戶(hù)程序處運(yùn)行，不用再將其加載到內(nèi)存空間，這種方式既利用了DOS環(huán)境豐富的資源，又節(jié)省了內(nèi)存空間。此外，由于代碼和數(shù)據(jù)分別在尋址空間的高端和低端，因而系統(tǒng)具有更好的安全性。不過(guò)，這種開(kāi)發(fā)方式要求用戶(hù)程序在編譯連接時(shí)進(jìn)行代碼、數(shù)據(jù)分離和代碼重新定位并以bin文件形式進(jìn)行固化。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---開(kāi)發(fā)方式在編程語(yǔ)言選擇方面，由于C/C++語(yǔ)言效率高、靈活、可移植性好，而得到了廣泛使用，但安全性較差是其最為致命的缺點(diǎn)；PL/M?86/386語(yǔ)言盡管效率、安全性好但缺乏靈活性，又僅針對(duì)X86芯片，因而使用不如C/C++廣泛。而兼有上述優(yōu)點(diǎn)的Ada95語(yǔ)言在安全、高效、靈活、可移植性好的基礎(chǔ)上又增加了對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的完全支持，并提供了更加有效的實(shí)時(shí)、分布式和并行程序的設(shè)計(jì)環(huán)境，已成為軍事嵌入式應(yīng)用的主流語(yǔ)言并正向工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展。采用Ada95開(kāi)發(fā)微機(jī)保護(hù)軟件將有助于進(jìn)一步提高代碼質(zhì)量、可維護(hù)性和可移植性。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---開(kāi)發(fā)方式此外，利用OOP技術(shù)將各種保護(hù)算法和判據(jù)編制成“標(biāo)準(zhǔn)元件”，并根據(jù)保護(hù)方案中各判據(jù)的邏輯關(guān)系將其“組態(tài)”(如SEL公司的SEL-321-5，ABB公司的REG216中已采用這種技術(shù))，將極大地提高微機(jī)保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)4.其它相關(guān)問(wèn)題4.1存儲(chǔ)空間微機(jī)保護(hù)裝置的存儲(chǔ)空間一般由5部分組成：

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---存儲(chǔ)空間(1)操作系統(tǒng)和用戶(hù)應(yīng)用程序的駐留(固化)空間。對(duì)于ROM?DOS支持下的X86平臺(tái)而言，該部分空間多以電子盤(pán)的形式存在，而用戶(hù)程序亦以DOS文件方式固化在高速EPROM或閃存中，只是逐漸采用XIP就地運(yùn)行方式取代了加載至內(nèi)存運(yùn)行。這部分存儲(chǔ)空間必需直接位于CPU的尋址范圍內(nèi)(對(duì)高檔X86芯片而言，是在保護(hù)模式下的高端尋址空間)。

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---存儲(chǔ)空間(2)暫存系統(tǒng)參數(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果的內(nèi)存空間。當(dāng)采用XIP技術(shù)后，這部分空間可大為減小。如果裝置直接采用PC內(nèi)存條，那么最好支持ECC功能以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---存儲(chǔ)空間(3)整定值的存儲(chǔ)空間。由于整定值在微機(jī)保護(hù)中占有特別重要的地位，因而對(duì)這部分存儲(chǔ)空間有著特殊的要求：①由于整定值的重要性，因此必須保存在本質(zhì)性的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)中，而單獨(dú)的NVSRAM不能滿(mǎn)足上述要求；

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---存儲(chǔ)空間②由于每一整定項(xiàng)都要求可單獨(dú)訪(fǎng)問(wèn)，而目前的閃存芯片必需以頁(yè)或扇區(qū)方式訪(fǎng)問(wèn)，因此E2PROM較閃存更適合整定值的保存；③由于E2PROM的寫(xiě)入速度很慢，因此不支持DOS環(huán)境下數(shù)據(jù)文件中的浮點(diǎn)數(shù)分字節(jié)快速連續(xù)寫(xiě)入，因而整定值不應(yīng)以DOS文件方式保存在E2PROM中。此外，SRAM與E2PROM組合型器件的出現(xiàn)使整定值可以數(shù)據(jù)文件方式保存在電子盤(pán)中，但必須在對(duì)盤(pán)進(jìn)行寫(xiě)操作后將整個(gè)數(shù)據(jù)文件從器件的SRAM區(qū)寫(xiě)回E2PROM中保存，對(duì)閃存電子盤(pán)而言，也至少須將對(duì)應(yīng)扇區(qū)重寫(xiě)；

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---存儲(chǔ)空間④E2PROM有串行和并行兩種，并行E2PROM訪(fǎng)問(wèn)方便，但占用一定的地址空間且被誤操作的可能性亦多些；串行E2PROM通過(guò)串行通信總線(xiàn)或I/O口線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，不占用地址空間且安全性亦較并行E2PROM要好，但訪(fǎng)問(wèn)不如后者便利；⑤為了提高E2PROM中數(shù)據(jù)的安全性，可設(shè)置寫(xiě)保護(hù)或?qū)⑵浒才旁赬86器件保護(hù)模式尋址空間的中端，與高端程序代碼和低端的數(shù)據(jù)空間有足夠的間隔。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---存儲(chǔ)空間此外，還可在不同的地址空間或同一E2PROM中的不同區(qū)域設(shè)置多個(gè)鏡像的整定值塊，并定期進(jìn)行整定值自檢。

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---存儲(chǔ)空間(4)各類(lèi)報(bào)告的存儲(chǔ)空間。為了便于長(zhǎng)期保存和閱讀，可將報(bào)告制成DOS文本文件格式，保存在基于NVSRAM器件的電子盤(pán)中，該盤(pán)以I/O方式訪(fǎng)問(wèn)即可。(5)其它用途的存儲(chǔ)空間，如與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的雙口RAM等。這部分存儲(chǔ)空間應(yīng)安排在常規(guī)內(nèi)存的高端以免與低端的數(shù)據(jù)空間發(fā)生沖突。

微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)4.2數(shù)據(jù)采集微機(jī)保護(hù)裝置中數(shù)據(jù)采集的速度、精度以及動(dòng)態(tài)范圍對(duì)其性能有著十分重要的影響。近年來(lái)，以ANN為代表的人工智能技術(shù)和小波分析等理論，以及瞬態(tài)保護(hù)概念等逐步引入繼電保護(hù)領(lǐng)域，這對(duì)采樣率提出了更高的要求?？梢赃x用多種不同的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)換速度、字長(zhǎng)、以及CPU對(duì)數(shù)據(jù)的存取方法，是選擇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題。

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---數(shù)據(jù)采集由于采樣率的提高導(dǎo)致了采樣間隙的縮短，為了給CPU留出更多的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、起動(dòng)計(jì)算和主保護(hù)計(jì)算，有必要大幅度壓縮數(shù)據(jù)采集本身的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。一種措施是增設(shè)專(zhuān)門(mén)的處理器，控制數(shù)據(jù)采集過(guò)程并進(jìn)行預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)雙口RAM、FIFO等方式傳遞給主CPU進(jìn)行保護(hù)計(jì)算。這種方式雖節(jié)省了主CPU的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，但由于增設(shè)了采集處理器和相應(yīng)的外圍電路與器件，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、調(diào)試更為復(fù)雜。另一種方法是，采用高速轉(zhuǎn)換器件并減少CPU干預(yù)，以減少其數(shù)據(jù)采集時(shí)間。

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---數(shù)據(jù)采集要縮短數(shù)據(jù)采集的總時(shí)間

，必須采用高速S/H、MUX、BUF和ADC，以分別縮短外部采樣時(shí)間和通道切換與信號(hào)建立時(shí)間

；通過(guò)提高處理器的I/O速度或采用DMA來(lái)縮短采集數(shù)據(jù)讀取時(shí)間

；此外，增加ADC的數(shù)量也可減小數(shù)據(jù)采集的總時(shí)間

(由于機(jī)組保護(hù)所需的模擬信號(hào)較多，因此通過(guò)增加并行設(shè)置的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)來(lái)減小數(shù)據(jù)采集的總時(shí)間是一個(gè)非常有效的方法)。

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---數(shù)據(jù)采集為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，一些半導(dǎo)體元件廠家將完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中，其能夠自動(dòng)完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集工作而無(wú)需CPU干預(yù)。這類(lèi)器件以美國(guó)MAXIM公司的MAX125/6和AD公司的AD7874為代表，其中MAX125集成了兩組各4路輸入通道(4個(gè)采樣保持器)，具有14位分辨率和3μs的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間；4×14位雙口RAM以及與多數(shù)DSP及16/32位微處理器兼容的并行接口，因此采用多片MAX125或AD7874并行工作，將會(huì)極大地提高微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集能力，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)與調(diào)試。

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---數(shù)據(jù)采集4．2.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

早期的微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)中，考慮到A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格昂貴，因此采用多個(gè)通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的方案。每個(gè)通道各有一個(gè)采樣保持器，其采樣脈沖輸入端并聯(lián)后接到CPU插件上的定時(shí)器輸出端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各通道的同時(shí)采樣。模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動(dòng)進(jìn)位切換通道號(hào)。為了節(jié)省CPU工作時(shí)間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在變化完成后得到的數(shù)字輸出不需要經(jīng)過(guò)CPU控制，而經(jīng)DMA控制直接存入本插件的RAM中。在同一時(shí)刻采樣的全部通道轉(zhuǎn)換完成并存入RAM后，才由DMA請(qǐng)求中斷，由CPU作出相應(yīng)的處理。第一代微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)裝置中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器為AD574，字長(zhǎng)12位，轉(zhuǎn)換速度20μs。DMA控制器為MC6844。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多，電路復(fù)雜，抗干擾性差，因此，在其改進(jìn)型產(chǎn)品中使用了電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

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---數(shù)據(jù)采集4.2.2電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

第二代微機(jī)線(xiàn)路保護(hù)VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖及轉(zhuǎn)換特性見(jiàn)圖1(該系統(tǒng)中電壓頻率轉(zhuǎn)換采用AD654，光電耦合器采用快速光耦6N137)。為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度，每個(gè)模擬輸入通道都需要使用單獨(dú)的電壓頻率轉(zhuǎn)換/光耦合器，其輸出頻率信號(hào)送至可編程計(jì)數(shù)器8255進(jìn)行頻率測(cè)量，在每個(gè)數(shù)據(jù)采集周期由CPU讀取可編程計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，并進(jìn)行標(biāo)度變換以獲得實(shí)際的采樣值。主要優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)光電耦合器與CPU接口，因此抗干擾能力強(qiáng)；容易實(shí)現(xiàn)與多單片機(jī)系統(tǒng)的多CPU接口。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---數(shù)據(jù)采集微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

---數(shù)據(jù)采集新型微機(jī)保護(hù)使用了高性能單片機(jī)，

其內(nèi)部包含了接近10個(gè)計(jì)數(shù)器、

定時(shí)器，

與VFC系統(tǒng)配合，使得其硬件電路設(shè)計(jì)異常簡(jiǎn)單可靠。但是，由于高性能單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器、定時(shí)器數(shù)量有限，因此，模擬輸入通道數(shù)量不宜太多。這種類(lèi)型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)適宜于微機(jī)輸電線(xiàn)路保護(hù)。

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---數(shù)據(jù)采集4.2.3高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

近幾年來(lái)，以ANN為代表的人工智能技術(shù)和小波分析理論，以及行波保護(hù)、暫態(tài)保護(hù)等概念逐步引入繼電保護(hù)領(lǐng)域，對(duì)采樣速度提出了更高的要求。在變電站的母線(xiàn)保護(hù)、變壓器保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)中，由于需要進(jìn)行采樣的電流通道很多，對(duì)采樣速度也有比較高的要求。采樣率的提高導(dǎo)致了采樣間隔的縮短，從而留給CPU進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理、保護(hù)啟動(dòng)計(jì)算、主保護(hù)計(jì)算的時(shí)間大大縮短。因此，必須大大壓縮數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。

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---數(shù)據(jù)采集保護(hù)裝置使用工控機(jī)時(shí)，通常采用工控機(jī)智能同步數(shù)據(jù)采集模板完成采樣(高速數(shù)據(jù)采集模板數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度可達(dá)20Mbit/s)，再將采樣數(shù)據(jù)通過(guò)雙口RAM，F(xiàn)IFO等方式傳送給主CPU進(jìn)行處理，因此并不占用主CPU的處理時(shí)間。當(dāng)保護(hù)裝置使用單片機(jī)時(shí)，目前使用的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以滿(mǎn)足要求，必須對(duì)此單獨(dú)進(jìn)行考慮。

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---數(shù)據(jù)采集為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)與調(diào)試，一些半導(dǎo)體廠家將完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中，能夠自動(dòng)完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無(wú)需CPU干預(yù)。例如，MAXIM公司的MAX125/126和AD公司的AD7874。MAX125/126集成了2組各4路輸入通道(4個(gè)采樣保持器)，14位分辨率和3μs的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間，14位雙口RAM以及與大多數(shù)微處理器兼容的并行接口。采用這種專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集芯片，將極大簡(jiǎn)化單片機(jī)型微機(jī)保護(hù)裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試方式，大大提高其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)4.3通信方式為了減輕微機(jī)保護(hù)裝置中微處理器的負(fù)擔(dān)，一般不由它單獨(dú)承擔(dān)人

機(jī)交互和文檔管理任務(wù)，而是通過(guò)通信接口與上層管理機(jī)或調(diào)試用微機(jī)交換，諸如整定值、采樣值報(bào)告、故障報(bào)告、硬件測(cè)試命令與結(jié)果，以及一些實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)等信息。

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---通信方式目前常用的通信接口有RS-232(需光隔)、RS-422/485以及Bitbus、Arcnet、Lonworks、CAN、GPIB等工業(yè)局域網(wǎng)。由于后幾者利用硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、重發(fā)等差錯(cuò)控制功能，因而在具有較高傳輸速率的同時(shí)也有效地降低了誤碼率。此外、通過(guò)提供用戶(hù)編程接口，極大地簡(jiǎn)化了通信軟件的開(kāi)發(fā)工作。在幾種工業(yè)局域網(wǎng)中，CAN的實(shí)現(xiàn)方式最為簡(jiǎn)單，成本最低且作為無(wú)主網(wǎng)絡(luò)，增減結(jié)點(diǎn)也非常方便，因而非常適合在機(jī)組保護(hù)裝置中應(yīng)用。微機(jī)保護(hù)裝置硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)