毕业设计（论文）-电力系统线路电流保护实训装置研究
毕业论文摘要摘要：继电保护装置是一种反应电力系统故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸和发出信号的设备。电力系统的发展趋势为微机保护，其飞速发展对继电保护不断提出新的要求，而数字信号处理器技术（DSP）是目前应用最广泛的技术之一，本文根据电力市场的需要及现有输电线路微机保护的现状，开发研制出一套适合于35KV小电流接地电网的微机线路保护装置。 该装置集保护、测量、控制等功能于一体。产品在硬件上采用分离板的形式设计。按照功能可分为：主板(CPU)、交流输入单元(PTCT)、开关量输入直流输入单元(DIDC)、操作回路(OPERATE)等插件。文中分别介绍了各插件的硬件设计，以TMS320F2812为核心器件完成数据的采集与处理、保护功能、输入输出控制等功能，同时为了简化电路结合CPLD的优越性，将复杂的DSP片外逻辑组合在CPLD片内实现，将一些需要耗用大量等待时间的工作交给CPLD模块来实现。该装置不仅实现了电力系统的实时测控和三段式电流保护功能，还集成了零序电流保护、低频减载、自动重合闸等功能。 软件方面重点介绍了DSP的开发环境CCS(Code Composor Studio)，在软件开发上采用C语言和汇编语言相结合，结合保护软件的设计具体介绍了在CCS中文件的开发和编写。关键词：电力系统、微机线路保护、TMS320F2812、CPLD、软件开发ABSTRACTAbstract:The protection device is a response to power system faults and normal operating state, and the action to trip the circuit breaker and the issue of signal equipment. The development trend of power system protection for the computer, its rapid development to continue to put forward new demands on the protection, and digital signal processor (DSP) technology is one of the most widely used technology, the paper according to the needs of the electricity market and existing status of computer protection of transmission lines, developed a set of small current grounding power at 35KV line relay protection. The device set protection, measurement, and control functions into one. Separation plate in the form of products in the hardware design. According to the function can be divided into: the motherboard (CPU), exchange the input unit (PTCT), digital input DC input unit (DIDC), the operating circuit (the OPERATE) and other plug-ins. , Respectively, describes the various plug-in hardware design, TMS320F2812 for the core of the device to complete the data acquisition and processing, the protective function, input and output control functions, in order to simplify the circuitry CPLD superiority complex logical combination of DSP chip CPLD chip, will need to consume a lot of waiting time to the CPLD module. The device is not only real-time monitoring and control of power systems and three-current protection, integrated zero-sequence current protection, under frequency load shedding, automatic reclosing. The software focuses on the DSP development environment CCS (Code Composor Studio), combination of software development using C and assembly language, combined with the protection of software design specifically describes the development and writing of files in CCS.Key words:Power systems, microprocessor-based line protection, TMS320F2812, CPLD, software development目 录1 绪论11.1研究现状及意义11.2设计任务11.3设计思路22 线路保护方法分析22.1继电保护要求22.2单侧电源网络的相间短路的电流保护32.2.1电流速断保护42.2.2限时电流速断保护52.2.3定时限过电流保护72.2.4阶段式动作特性的电流保护配合关系72.3 相间短路的方向性电流保护82.4 自适应电流保护92.5 零序电流保护102.6 重合闸动作原理112.6.1三相自动重合闸112.6.2 自动重合闸与继电保护的配合112.7 低周减载工作原理122.8 PT断线检测132.9 本装置的功能配置133 基于DSP的微机线路保护装置的硬件系统设计143.1 微机保护原理143.2 微机保护硬件系统153.3 主板插件的设计(CPU)153.3.1 CPUTMS320F2812153.3.2 外部复位电路183.3.3测频电路203.3.4 CPLD的设计203.3.5数据采集的硬件结构及其实现223.4交流插件的设计243.5 开关量输入直流输入插件253.5.1开关量输入253.4.2 直流输入253.6操作回路插件263.7 本章小结274 基于DSP线路保护软件开发和设计274.1 软件开发环境CCS274.2 软件设计284.2.1初始化设计284.2.2中断服务程序294.2.3本章小结315 总结31参考文献32致谢333电力系统线路电流保护实训装置研究1 绪论1.1研究现状及意义线路是电力系统的命脉，也是最容易发生故障的环节。输电线路一旦发生故障，及时判断并进行故障排除，对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行意义重大。电力系统继电保护及自动装置是一门新学科，从形成概念到现在刚过百年，但其技术却有飞速发展，从最初的机电型发展到今天的微机型，经历了四代的更新。微机型继电保护由于具有功能强、维护调试方便等一系列优点，自问世以来就受到普遍重视与欢迎，近年来更是在国内外得到广泛应用。由于输电线路保护在继电保护中具有重要地位，且随着超高压、长距离输电线路的发展，对输电线路保护的功能提出了更新更高的要求，加之输电线路保护本身具有的复杂功能和逻辑，使微机保护在输电线路保护这一领域获得了广泛应用1。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。DSP即数字信号处理器，是目前应用最广泛的技术之一。所谓信号处理就是对信号进行分析、变换、综合、识别等加工处理，以达到有效提取信息和便于利用的目的。其主要特点是高速，在DSP中专门设置了乘法累加器结构，从硬件上实现了乘法器和累加器的并行工作，可在单指令周期内完成一次乘法并对乘积求和运算。DSP还有其它许多特点如内部操作，采用了时闻上重叠的流水线结构，大大提高了运算速度；特别的DSP指令集等等。目前，国内采用DSP作为电力系统微处理器的研究正成为主流，各种型号的DSP在电力系统的滤波、行波保护、同步相量测量、谐波抑制与分析等电力系统的常见信号处理中都得到了广泛的研究应用，DSP在电力系统中的应用前景也更加明显。1.2设计任务电力系统继电保护的发展趋势为微机保护，本设计重在锻炼学生将弱电方面的知识与电力系统之间进行融合，通过查阅资料获取电流保护所需的阻抗信息，能够提出动态改变测量电流的方法，用微机进行简单的电力系统线路电流保护实训装置动态实现的思路，重点是如何根据故障点的不同，动态模拟其测量电流，为电流保护实训装置提供动态实现的方案。能够用微机进行简单的电力系统线路保护实训装置动态实现。1.3设计思路 本文分析了微机继电保护装置的发展趋势，根据电力市场的需要及现有输电线路微机保护的现状，开发研制出一套适合于35Kv小电流接地电网的微机线路保护装置。基于DSP的微机线路保护装置能够实现保护的智能化和信息化，同时也为算法的实现提供了很好的平台。我主要从事DSP板的硬件电路设计和软硬件调试工作，在此平台基础上完成微机线路保护装置的研制。 本课题的具体工作是在学习DSP技术，包括DSP芯片的电气性能、内部结构、外围接口、开发工具的使用方法、指令特点以及目标文件的生成等相关技术的基础上，开发出以TMS320F2812为微处理器的硬件平台及相应软件，系统平台主要由主板、开关量输入直流输入板、操作回路板等共同组成，实现系统所要求的AD转换、开关量输入输出等一系列功能，同时，编制相应的底层驱动软件和运行软件以完成系统对外界信号的数据采集、快速傅立叶变换等数字信号处理操作。2 线路保护方法分析 传统的线路保护按动作原理可分为单侧电源网络的相间短路的电流电压保护、电网相间短路的方向性电流保护、大接地电流系统的零序电流保护、小接地电流系统故障分析、中性点不接地单相接地的保护、自适应电流保护等等，随着微机保护的出现使得保护装置不再拘泥于某一种动作原理，可以充分利用各种保护原理各自的优点，在实际应用中根据不同的情况，选择不同原理的保护或几种原理的组合，以达到满意的灵敏度，提高保护动作的可靠性2。保护装置的构成如图2.1。 图2.1 保护装置的构成2.1继电保护要求 当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比较慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，就称为主保护；当主保护或断路器拒动
