基于ARM微處理器的輸電線路距離保護(hù)裝置的研究

1、西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文基于ARM微處理器的輸電線路距離保護(hù)裝置的研究 姓名:房印申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專(zhuān)業(yè):電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師:黃彥全20060501西辯交逶夫攀碩士駢究生擎位論文 第l頁(yè) 摘要在璦我魄瓣孛,涎著超糍壓、大容量、涎薤褻稔毫線路黲苓顴壤多,對(duì) 電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高、更嚴(yán)格的要求。距離保護(hù)作為線路保 護(hù)躬基本組成部分,其工作特性對(duì)彀力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行囊著直接和重要 的影響。為了適應(yīng)現(xiàn)代超高聰電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求,微機(jī)距離保護(hù)袋置在硬 件和軟件上都提出了越來(lái)越離的要求。本文在穩(wěn)結(jié)了輸電線潞徽楓距離保護(hù)研究現(xiàn)狀靜基磷土,分析了莓內(nèi)瑗 有微機(jī)保護(hù)硬件的現(xiàn)狀,對(duì)比了8位、

2、16位單片機(jī)(ScM以及32位DsP 酶絳護(hù)方案,并慈繁了萁後缺點(diǎn),撬塞了一拳爭(zhēng)基于ARM徽處理器貔保護(hù)方 案。本裝置以Sam洲堪Elec咖nicS公間生產(chǎn)的S3C4510B芯片作為保護(hù)cPu, 主聚負(fù)責(zé)控露l數(shù)據(jù)袋嶷、采攆數(shù)據(jù)娥理、實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能、人枧界西以及夕圍 串翻和以太網(wǎng)通信等,再配合CPLD器件實(shí)現(xiàn)采樣保持、多路選擇開(kāi)關(guān)和開(kāi) 關(guān)鼓輸入輸出的控制。本文實(shí)現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)方案的硬件設(shè)計(jì),完成了處理器 井戮漁路霸漿樣電路環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。本文在分析了豳內(nèi)外現(xiàn)肖的軟件設(shè)計(jì)中保護(hù)算法和功能控制的撼礎(chǔ)上, 閹辯結(jié)合緞態(tài)軟孛茨霧&過(guò)疆律壹摟進(jìn)露軟孛設(shè)謗熬撬熹,縫窶了蒸予綴態(tài) 設(shè)計(jì)思想的微機(jī)距離保護(hù)軟件

3、設(shè)計(jì)方案。本文將保護(hù)程序分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的 摸墳,然最將各模塊瓣參數(shù)分成兩類(lèi):與程序豹執(zhí)紛騫關(guān)的捷行參數(shù)幫程序 本身所傳遞的數(shù)據(jù)參數(shù),根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷雽?duì)各模塊編稷,使它們成為距 離保護(hù)的各組件,并對(duì)這些組牛進(jìn)杼了驗(yàn)正。關(guān)鍵詞:ARM;微機(jī)距離保護(hù);s3C4510B;組態(tài) 囂索交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1|l頁(yè)objectoriented.T1Ie蛐bject Validated these subassemblies at last.I瞰wo列s:d薯匹; m玉器.op器xx黼曲鑫sed d蠢連alce Iday; S3(珥5lOB: Con丘gIlralion囂愨交逶丈攀疆圭烘變生學(xué)位論

4、文 繁1夏 1.1引言第章緒論電力系統(tǒng)繼電保護(hù)所研究的內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面。一是指實(shí)現(xiàn)繼電保 護(hù)懿務(wù)毒穹添理;二是攢綴成繼龜保護(hù)豹各轉(zhuǎn)裝置?？v觀繼電保護(hù)的發(fā)展歷史可見(jiàn)。繼電保護(hù)原理是伴隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展 露不叛發(fā)震麓;由予魄力系統(tǒng)蕊摟豹擴(kuò)大及毫妥等綴熬挺蹇,必保涯電力 系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,必須研究動(dòng)作速度快。靈敏度高,選擇性好的繼電僳 護(hù)琢瑾。霞藹熬毫保護(hù)蘸瑾簸籬摹靜電流傺護(hù)逐步發(fā)展戮復(fù)雜靜距離保護(hù)霸 高頻保護(hù)。近年來(lái)反映突變嫩原理的繼電保護(hù)得到了廣泛應(yīng)用。目前,正在 研究基予敵障瞽態(tài)分鏊靜傈護(hù)稚將智能技術(shù)應(yīng)霄予繼電保護(hù)串。繼電保護(hù)裝置的發(fā)展則依賴(lài)于構(gòu)成繼電保護(hù)裝置的元器件技術(shù)的發(fā)展。 其發(fā)展

5、扔期,主要是睦電磁黧、感斑型繼電器構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置,2。毽紀(jì) 60年代嬲于半搏體二極管的問(wèn)世,出現(xiàn)了蹩流型繼電保護(hù)裝璧;伴瞰著半導(dǎo) 體技術(shù)的迸一步發(fā)展,70年代出現(xiàn)了晶偉管繼電保護(hù)裝置;大規(guī)模檠成電路 的出現(xiàn),又促成了80年代集成電路型保護(hù)裝置的盛行。自從1946年誕生了 世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)以來(lái),伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)和大規(guī)橫、超大規(guī)模集成電路 技術(shù)的發(fā)展,詩(shī)算規(guī)的發(fā)展突飛猛進(jìn),計(jì)算機(jī)被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn) 和生活的各個(gè)領(lǐng)域。閔此,計(jì)算機(jī)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)也是繼電保護(hù) 裝置發(fā)袋瓣必然趨勢(shì),爨了80年代孛簸,出現(xiàn)了徽規(guī)型繼電繯護(hù)裝置ll,2J。 而且單片機(jī)的傀數(shù)和個(gè)數(shù)不斷增加,從8位到16

6、位再到32位,從單處理囂 甍多處瑗囂。蹣l摹醭究瓏較多懿裁廷16餒氧2u+32搜轉(zhuǎn)sP絳妒方案。 1.國(guó)杰微橇繼電保護(hù)裝置的發(fā)袋歷史我麓童1979年牙女叁微爨保護(hù)瓣疆究王俸。驁定莛怒等隱皎翔一戮鍵研蓼 位開(kāi)展了微機(jī)保護(hù)的研究工作,1984年4月,華北電力大學(xué)研究的以 Me6鞠9ePu穗成懿M舀wl灌徽秘線路縑護(hù)裝囂在海l菜電廠投入邀行,這 怒我國(guó)研究成功的第一套微機(jī)線路保護(hù)裝置。到目前為止,微機(jī)保護(hù)裝置融 綴涵蓋了常蕊縑護(hù)靜掰有領(lǐng)域,在220鏨v及渡上港匿等級(jí)懿魄瓣中徽穰線鼴 保護(hù)的普及率達(dá)到了90%以上pj。西南交通夭攀碩士礴究生學(xué)位論文 繁2頁(yè) 我國(guó)微機(jī)保護(hù)的發(fā)展從硬件上看犬體可分為四個(gè)階

7、段。第一酚段是敬攀(PU鞠8位徽鯰淫器穩(wěn)鼗懿徽裰保護(hù)裝鬻。其圭愛(ài)特點(diǎn) 為:保護(hù)采用8位微處理器MC6809構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng),由于Mc6809僅僅是一 令e粉,因藏籬要在歲邦擴(kuò)嶷誨多璜終毫鼴,蘑豁總線登須攀l出矮警,瀑護(hù) 的存儲(chǔ)器容爨較小,程序和保護(hù)的定值均存放在EPROM中,定值的改寫(xiě)十 分不方便,絳護(hù)裝置中僅有軟牛時(shí)鐘,當(dāng)直流電源消失羼時(shí)鐘便停止運(yùn)行, 硬件不具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸功能。由于僅有一個(gè)cPu,所有的保護(hù)功能只能 集中姐這個(gè)cPu處理,可靠性較低。其代表產(chǎn)品為w渺-01微機(jī)高臌線路保 護(hù)裝置。第二個(gè)階段是以多個(gè)8位單片機(jī)組成的多微機(jī)系統(tǒng)。其擻要特點(diǎn)為:具有 多個(gè)8位單冀棍;蠢予采臻了萃冀

8、橇,需要辯舔擴(kuò)矮茲磋終逡路較少,霞憩 可以做到總線不引出插件,保護(hù)裝置的定值存放在E2PROM中,修改十分方 便。系統(tǒng)竣鴦疆譬霹鎊芯冀,菝靠餐建毫源戇支持,裝囂壹淀電源淡失居, 硬件時(shí)鐘可繼續(xù)運(yùn)行,硬件上設(shè)計(jì)了進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇薪盂x,由于 硬佟出多個(gè)攀片機(jī)系統(tǒng)組成,因此一條輸電線路的多融保護(hù)的功能珂分散于 不同的單片機(jī)系統(tǒng),從而增加了保護(hù)裝置的可靠性。其代表產(chǎn)品為WXB.1l 系列微機(jī)保護(hù)裝置。第三個(gè)階段是戳16位犖片梳梅成靜多徽稅系統(tǒng)。鏹弼醞莢禱爾公司靜 80c196KB構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)。有些單片機(jī)內(nèi)部資源豐寓,具有較大容量的RAM 幫秘R0麓,因蠢霹綴妥不潛在芯羚羚部擴(kuò)旋存薅囂,囂l李

9、鍛裂慈線不引出 芯片。例如以曰本三菱公司的M77芯片構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng),單片機(jī)內(nèi)部有24K 熬致A疆容爨,協(xié)12eK豹秘R0蟛或閑存鞍8令定黠器,瓣個(gè)棗行日,因 此不需要用總線擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)除具有硬件時(shí)鐘外, 還具備接收GPs全球定位系統(tǒng)抄脈i巾的接墨,具備較完善的通信網(wǎng)絡(luò),可應(yīng) 用于變電站綜合自渤化系統(tǒng)中,萁代表產(chǎn)黼為cSL系列徽機(jī)傈護(hù)裝置和 LFP.900系列微機(jī)保護(hù)裝置71。第西個(gè)階段是16位硼哪+32彼DsP構(gòu)成靜多徽稅系統(tǒng)。MPu+潞P縫 構(gòu)魑目前討論的比較多的方案,其主疆特點(diǎn)怒;采用32位DsP作為保護(hù)cPu, 完戲耩有豹鐮護(hù)算法幫邏輯凌髓;戳16建攀凈囂露為管理e

10、u,突袋保護(hù) 裝鼴的總啟動(dòng)元件、人機(jī)界面和后臺(tái)通信功能。這種方案一方阿可以利用DsP 擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)處淫窩浮纛運(yùn)算豹姆點(diǎn),壤DsP專(zhuān)注于完成保護(hù)冀法;易一方面也 可以降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。這種方案目前正處于討論和研制過(guò)程中。 西南交遺大學(xué)硪士研究擻學(xué)位論文第6頁(yè) 護(hù)裝鬣選擇健、速動(dòng)住、靈敏髖、可靠髖以及實(shí)話重多任務(wù)的凡大要求,而且可以滿足 l。蠹霪霧薹夔薹鍪簧璧霎渤鬟;j_-_-毫謄蘭?-誓!一-量童_j 0毒一耋擘00oooji?o基蕊到藩臻憷溜黑峨矬喳齲,蓬儲(chǔ)i.;茹淘鬣毿剮酗翮禹掣到制矧鯔;動(dòng)作時(shí)間?？紤]到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差,距離I段只能 保護(hù)本線路全長(zhǎng)的 80%一85%。距

11、離保護(hù)的第1I段就是為了切除本線 路末端15%一20%范圍以?xún)?nèi) 的故障。為了保證距離保護(hù)的選擇性,距離II段帶有高 出一個(gè)出的時(shí)限。距 離I段和II段聯(lián)合構(gòu)成本線路的主保護(hù)。為了作為相鄰 線路保護(hù)裝置和斷路 器拒絕動(dòng)作的后備保護(hù),同時(shí)也作為距離I、II段的后 備保護(hù),還應(yīng)該裝設(shè) 距離保護(hù)III段,其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比其保護(hù)范圍內(nèi)其他各 保護(hù) 段 , 其 動(dòng) 作 時(shí) 限 應(yīng) 比 其 保 護(hù) 范 圍 內(nèi) 其 他 各 保 護(hù) 的 最 大 動(dòng) 作 時(shí) 限 高 出一個(gè)缸。 西濤交通必學(xué)硪士研究生攀位論文 繁8頁(yè)2。2傳統(tǒng)距離保護(hù)豹基本原理”73在距離保護(hù)孛,阻抗繼電器(竣稱(chēng)阻摭元件是一個(gè)核心元牛,它能測(cè) 薰保

12、護(hù)安袋點(diǎn)到線路故障點(diǎn)間的阻抗,而方向阻抗繼電器不僅能測(cè)蹩阻抗而 且還能測(cè)量出故障點(diǎn)的方向。因輸電線阻抗大小即反映線路的長(zhǎng)度,故繼電 器溯量到隰抗也反映了敬障點(diǎn)離保護(hù)安裝杰的距離。下面戳方向陵抗繼電器 為例說(shuō)明躐離保護(hù)的基本原理。在蠶2.1(a中,設(shè)黼抗繼毫囂安裝在線路餐K酶M翻,繼憊耩安裝懿 母線上的測(cè)量電壓為寸,由母線流向被保護(hù)線路的測(cè)量電流為j。,當(dāng)電魘 互感器、電流互感器的變比為1時(shí),顯然驢。、,。即為接入繼電器的電壓、 電流。%I。JL :弋(a(b 愛(ài)2.1§基離縑護(hù)萋本王俸琢璦激瞬 (a一次系統(tǒng)圖;(b工作電壓相位變化 當(dāng)被爨護(hù)線爨上發(fā)生愆鼴鼓障辯,毽揀繼電囂戇測(cè)量爨抗z

13、,為 ,z,;(2一1j8為使z。等于故障點(diǎn)到母線M側(cè)的線路阻抗(正序阻抗。對(duì)_于三捆短 鼴域據(jù)閩簸潞,西。=舀。(妒妒一A騫,Be藏eA,幫楣塑援l壓:j。=0,一 一 屯 一 , 。1. 1一粕 ;l ÷ 一西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第9貞 即必慰名姻的兩擺電流之差。對(duì)于接地短路故障,D。t U。(妒一A,B或c, 即相電壓;j。-,。+j亡3j。,即為帶有零序電流補(bǔ)償?shù)耐嚯娏?其中零序 電流補(bǔ)償系數(shù)疊;!j三墨。麗z。、z,是被傈護(hù)線路單位長(zhǎng)度的零穿隘抗、 .M。正房照抗。設(shè)阻靛繼逄器器工作邀壓丸(氆稼於償魄壓勢(shì)吒-口。一?。z。 (22 式中z,。阻抗繼奄器的整定阻

14、抗,整志隘抗角等予被保護(hù)線路疆抗建e 由圖21(a可見(jiàn),驢。即為Z點(diǎn)電壓。當(dāng)Z點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí),有 等一z。,敖z。即為Mz線路段的正序隘抗a這樣,%是整定阻抗束端 靜電殛,當(dāng)贅定驤抗確定后,移。就薅袁保護(hù)安裝處測(cè)量割。顯然,反應(yīng)接 地短路故障的阻抗繼電器,工作電壓為D。.,?？?一(jo+霞3,。z。 (2-3 反應(yīng)稽淄短路故障靜隧抗繼電器,工作電壓麓【,”.。=口*一kz。 (2.4 照然,保護(hù)醫(yī)術(shù)端z點(diǎn)短路敝障時(shí),有Z,一z,。,又(2-1和(22 褥舀。一O。薩肉保護(hù)區(qū)外墨熹鬟路撥薅避,因奠z。秘z。戇阻抗受糖網(wǎng), 奠z。.Z。,所以舀。,O。同理,正向保護(hù)區(qū)內(nèi)K:點(diǎn)短路故障時(shí),有 z

15、。tz。,D。o。當(dāng)反向保護(hù)區(qū)瑪點(diǎn)短路故障時(shí),流經(jīng)僳護(hù)的電流t與 規(guī)定F方向反向,所以移。;只z。一(一j:z,。一蠢(z。一z,。p o西南交塑查蘭堡主堡窒竺蘭焦笙窒 苧翌!一 _一一(注意:這里所說(shuō)的寸。,O的含義是D,與療。同相位。不同地點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)寸。的相位變化如圖21(b所示。顯然,檢 測(cè)工作電壓的相位變化,不僅能測(cè)量出距故障點(diǎn)阻抗大小,還能檢測(cè)出短路 故障的方向。顯然,D。s 0可作為方向阻抗繼電器的動(dòng)作判據(jù)。在微機(jī)保護(hù)中通常用比相法來(lái)實(shí)現(xiàn)礦。s O的動(dòng)作判據(jù)。設(shè)置極化電壓D。(一般與D。同相位作為參考向量,當(dāng)D。與7州反 相位時(shí),判定為區(qū)內(nèi)故障;當(dāng)D。與D叫同相位時(shí),判定為區(qū)

16、外故障(包括反 方向故障,如圖2.2。鞏以”1拙l口吖竺t圖2.2區(qū)內(nèi)、外短路故障時(shí)D。與D馴相位關(guān)系(a區(qū)內(nèi)短路故障:(b區(qū)外短路故障由圖可寫(xiě)出比相法的阻抗繼電器的動(dòng)作判據(jù)為:坩鰣g等翊o。 (2_5 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第12頁(yè) 2。霉距鬻保護(hù)豹組成囂磐本距離保護(hù)裝置主要由以下元件組成【191,其邏輯關(guān)系如圖2.4所示。圖2.4三段式距離保護(hù)的維成元件和邏輯框圖魏麓啟動(dòng)元件的主要篝掰是在發(fā)生敖障的瞬閹起動(dòng)接套保護(hù),并秘距離元辭 動(dòng)作后組成與門(mén)。啟動(dòng)出口回路動(dòng)作乎跳閘,以掇商保護(hù)裝置的可靠性。在 本保護(hù)裝置中采用兩相電流差啟動(dòng)。距離元件的主要作用實(shí)際上是測(cè)壁短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之

17、間的阻抗 (麓;甏距離。在零裝要串采弱豹是全爨挽繼邀器。薅闐必辭魏主要終麓是按照效轅患萋|保護(hù)安裝蟪點(diǎn)戇遠(yuǎn)近,攝據(jù)預(yù)定豹 時(shí)限特生確定動(dòng)作的時(shí)限,以保證保護(hù)動(dòng)作的選擇靛,一般采用辯闖繼電器。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第13頁(yè) 2.5距離保護(hù)的整定速動(dòng)阻抗繼電器定值計(jì)算按躲過(guò)本線路末端故障整定,一般按被保護(hù)線 路正序阻抗的85%計(jì)算,即z出.1_焉,lz對(duì) (2-7 式中,z。阻抗繼電器I段的整定阻抗:噩可靠系數(shù),取0.85;z。,被保護(hù)線路的正序阻抗.(1與相鄰線路距離保護(hù)第1段相配合,并考慮分支系數(shù)K。的影響, 即瓦.:-墨(zd+如z (2.8 式中,Z也.2阻抗繼電器lI段的整定阻

18、抗;KA分支系數(shù),小于1.z二.。相鄰線路的I段整定阻抗。(2躲開(kāi)線路末端變電所變壓器低壓側(cè)出口處短路時(shí)的阻抗值,整定計(jì) 算如下:z如.2_磊r上(z_+K直z6 (2-9 式中,乙變壓器的阻抗。按照上述兩個(gè)原則整定后,應(yīng)取二者數(shù)值較小的一個(gè)作為阻抗繼電器II 段的整定阻抗。后備距離保護(hù)按躲過(guò)線路最大負(fù)荷時(shí)的負(fù)荷阻抗,并考慮到外部故障切 除后電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí),距離段必須立即返回的原則配合整定,其整定計(jì)算黼南交通大學(xué)石貫士研究生學(xué)位論文 第14頁(yè) 如下 碭;志z肭=靠 蟄 戲中,z。.,阻抗繼電器I段的整定阻抗墨可靠系數(shù),取1.21.25;x。受凌塞莛凄系數(shù);瓦遐闡系數(shù),取1.151.25;z,.

19、。最小負(fù)荷阻抗j,。一、痧細(xì)。分剮為焱大受蔫毫流移滾,l、受萄電壓。2.6阻抗繼電器的分類(lèi)按阻抗特性睡分主要有直線形黼抗繼電器、黼特性阻抗繼電器、四邊形 阻抗繼電器等。2.6。矗線特性阻抗繼電器直線特性阻抗繼電器主要有電阻型繼電器,電抗型繼電器,限稆繼電器。 熊阻抗特性在阻抗復(fù)平面中分別為一直線。電隰繼電器動(dòng)作與麗,只取決于 測(cè)量阻抗的電隧馕,電抗繼電器幼作與否,只取決于測(cè)量阻抗的電抗分量。 纛線跨連顯然拳l掇麓萃,毽無(wú)方兩瞧,囂且不黢壤礁反浹窶驏測(cè)爨豹邂抗交 純情況,因此犟縫列用電阻、電挽疆作判裘誤菠徽大,在實(shí)際畿爝中效采并 不理想。圓特性阻撓繼電器,有全阻抗隧,方向阻抗強(qiáng),偏移阻抗圓燕儔統(tǒng)

20、繼電 保護(hù)中,應(yīng)用最為廣泛的阻抗繼電器。它實(shí)際嫩搬阻抗繼電器的動(dòng)作特性擴(kuò) 大為一個(gè)圓,以便繼電器的制造和調(diào)試,簡(jiǎn)化繼電器的接線。其中全阻抗圓囂壽交通大攀歿圭鞭究生攀位論文 籌5頁(yè) 特性無(wú)方向性,方向阻抗圓存在電聰死區(qū),偏移限抗圓特性事前兩者的綜合, 禱健較好,應(yīng)震較多。2+8。3四邊彩特性阻抗繼電器疆邊澎特性阻撓繼電器是綜合7毫阻畦抗型鼗線特性,勞考虐了邋摭熬 方向性,是一種較為精確反映故障測(cè)量阻抗邊界的阻抗繼電器,并且具有良 努翡獲過(guò)渡毫隧漿鼗力。在糖綾繼奄保護(hù)巾嗣難予實(shí)瑗囂攫少使矮,毽隧羲 微機(jī)保護(hù)的出現(xiàn),在微機(jī)距離保護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用.多邊形特性阻抗繼電器同四邊形特性阻抗繼電器類(lèi)似,也

21、是一種綜合了 毫夔宅撬罌壹線特往靛繼毫囂,著纛在露:速影特性疆撬繼窀囂豹基磁上,考 慮了保護(hù)區(qū)末端經(jīng)過(guò)波電阻斑路可能出現(xiàn)的超范圍動(dòng)作,以及出口和被保護(hù) 線路發(fā)象金屬毪短路敖簿對(duì)靜l擎況。多迭澎特幢輟獲繼魁器受適合瘦瘸予微 機(jī)保護(hù)【211。兩南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第16頁(yè) 第3章裝置的體系結(jié)構(gòu)3。1嵌入式剮戳處理器的概述ARM(Am躚d RIsC Machine是由Acom計(jì)算稅公司稀Apple計(jì)算機(jī)袋 司于1990年在英逞合資組建豹一家公司。越姒是通用的32拉緞處理器,是 一種低功耗、高性能的產(chǎn)品,它是基于RISc構(gòu)建的。自成立以來(lái),在32位 RIsc a奄搿發(fā)簇蠛不輯敷褥突穰,箕結(jié)擒

22、己緞獲v3發(fā)饜蘩v6。巒予ARM 公司一直以艫(hlleu培%ccPopeny提供者豹身份I向各大半導(dǎo)體制造商出售 知識(shí)產(chǎn)權(quán),而自己從不介入芯片的難產(chǎn)銷(xiāo)售,加上其設(shè)計(jì)靜芯核其有體積小、 功耗低、成本低、囊毪能等照著特點(diǎn),囂姥獲褥眾多熬半罷體廠家襄整規(guī)廠 商的大力支持,禚32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功,豳前己經(jīng)占有 75%歐上的32位嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng),可班說(shuō)是爵前最為流行豹徽箍理囂。l、RlSC體系結(jié)構(gòu)蘺先它是基予蹣c結(jié)擒蠢梅建豹,糕琵較C囂c(cc黥鹺c8lod琢st豫eti母矗 set compucer,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),RISC結(jié)構(gòu)具備如下一些優(yōu)勢(shì):(1采用固定長(zhǎng)度的指令格式,指令

23、歸熬、簡(jiǎn)單;(2袋鼴肇鼴期按令,霞于滾農(nóng)線操終執(zhí)行;(3大量使用寄存器,數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作,只有加載, 存儲(chǔ)指令可叛誘闊存儲(chǔ)貉,戳提高指令的執(zhí)行效率:(4處理器內(nèi)不囂要微指令翻譯器.當(dāng)然,與c鷗C架構(gòu)相比較,聰然R瞞c架構(gòu)有上述的特點(diǎn),但決不能認(rèn) 必R醛e粱拇就零菝取代QSe槳擒,事嶷土,裝囂c程C群c各鴦撬勢(shì),囂艇 界限并不那么明照。2、指令結(jié)構(gòu)ARM微處理囂在較瑟麴體系縷槐中支持囂摹孛撂令集;ARM 32攮指令集 和numb 16位指令集,其中mnm指令集為越u訂指令集的功能子集合。 與等價(jià)褥32位健確稽跑,占焉的存儲(chǔ)器賽闋節(jié)省高這35%,然麗傈瓷了 32位系統(tǒng)所有的優(yōu)勢(shì)(例如

24、訪問(wèn)一個(gè)全32位地址空間。脅umb狀態(tài)與旗 常的ARM狀態(tài)之間的切換懸零開(kāi)銷(xiāo)的。使用16位的存儲(chǔ)器可以降低成本, 囂裳交逶大學(xué)醺士聚究生學(xué)位論文 繁9賈2夏匿丁二匪工】煎s夏匠丁睡【夏搬夸t圖3.1越州71:DMI核三段流水線操作圖S3C燃lO鶼結(jié)麴框圖如耀3之。具體弓l勰績(jī)號(hào)的類(lèi)型積攢述可參考文獻(xiàn)【27】。濰 l*徽l(shuí)穰 S!磷 喜n癌 c跚精口 32垃攥W§尊線l l 一 、渣 J主且 。叫#比I 悝一 斗 j箭 I c神峙J h豫哥 _岡 4嗣.黼、I摹箸擎 f導(dǎo)!毫mh萃+_lz糌H 一毓端j SOL一 剖 托 h I、B S融一 l;:舞辯接剮囂 黔。 -l I神通訊j,o

25、口卜I_. I r熏譴B*u I 蓮辱 1孛鹺茬捌群扣¨l控制魚(yú)l_一 -I uRTA.呻3嘲¨釉罕下 |32鑫窟鞋蒜。,l嶂 辛 ÷GDf.01l'#8席十1. h 叫¨滯j k1÷瓤O:js竿?！?I ?摧 j .| i1矗t 舟午Jr蟮蕺1一控截鞋西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第20頁(yè) 強(qiáng)3.2s30喜5lOB結(jié)構(gòu)框躐外接邋信I:人機(jī)接口園圈i l盟圈強(qiáng)30裝鬟的縫擒框圖在本裝灌中,s3搿5l潞作為保護(hù)ePu,主要貧費(fèi)l空籟數(shù)藩袋鬃、采囂 數(shù)據(jù)處理、實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能、實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制、人機(jī)界颥以及外圍串圖和以太網(wǎng) 通信等。本裝囂巾模裂量

26、的采樣保持、多路選擇牙關(guān)秘囂美量輸入輸囊豹控襄l等, 都遙過(guò)一瑟Al蕊RA公溺的生產(chǎn)靜e警tD芯片囂PM7128E來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)A薹潮 處理器和外部數(shù)據(jù)傳輸怒到了隔離作用.這樣不僅大大減少了分立元件和總 線的數(shù)量,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),增加了整套保護(hù)裝置的穩(wěn)怒性和可靠蝕,而且在使 霜窩聚囂上整必靈瑟,接疆籜設(shè)冬或鼷弱更多、受廣瓣控鍘場(chǎng)會(huì)。采樣保掩環(huán)節(jié)由采樣僚持芯片u路98通過(guò)EPM7128E控隸完成模擬信號(hào) 采樣保持控制。在本裝鬣中,由于只黼要完成簡(jiǎn)單的距離保護(hù),所以需要電 壓量、電流爨各3路:另外,考慮到Tv斷線和零序電流保護(hù),潞增加4路 摟菰量鶼輸入。囂建共lO籍摸瑟蠢羧入,囂10背羔鶼98芯冀。因只采

27、用片單路輸入的AD676轉(zhuǎn)換芯片,所以裝置中配鬣了片16選1的AD26芯片作為模擬多路選攆開(kāi)關(guān)。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第23頁(yè) 流分置。對(duì)于如何消除衰減直流分量給村立時(shí)爨法帶米約影響,人們進(jìn)舒了深入 的研究.提出了不少方法,主要有:(1利用正弦波前、后半周波形特性(2 勢(shì)聯(lián)法(假定袋減#髑麓分爨豹對(duì)閱嚳數(shù)恐知(3熬分法(4剝爆變斜 率崖線修正采樣值法鐐。但是這些方法都會(huì)增加計(jì)算的時(shí)間和數(shù)據(jù)窗的長(zhǎng)度, 袋敬本裝鬟沒(méi)鴦采愛(ài)淤滁衰減壹滾努量煎方法,爨是在DFT模塊戇設(shè)計(jì)中致 留了消除衰減贏流分爨的功能,并增加了使能端口。全波簿氏霧法是剩靂一令羯蘩零蠹瓣金囂聚攆篷寒進(jìn)行詩(shī)舞,囂越數(shù)援 窗也

28、就是一個(gè)周期T。微機(jī)保護(hù)在具體實(shí)現(xiàn)時(shí),般有兩套不同的方案:一 是每個(gè)王頻瘸裁送行一次計(jì)算,幫獺現(xiàn)N令霧;采攆蠹囂才遴瑟次詩(shī)葬;二 是每出現(xiàn)一個(gè)新的采樣值后就進(jìn)行次計(jì)算。第二套方棠的實(shí)時(shí)性相對(duì)較強(qiáng), 熊較俠愛(ài)浹敲簿狀態(tài)。所謂“相對(duì) 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第25頁(yè)實(shí)現(xiàn)輸電線路敵辯選相的方法f韉蠲很多。福電流、糟電壓元件可精來(lái)逡 相,雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,飯是相電流選棚僅適朋于電源側(cè),且靈敏度較低,容易 受負(fù)荷電流和系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響;相電朦選福儀適用予短路容量特荊小的 線路一側(cè),以及單電源線路豹受電側(cè)。麗垮電流、序電壓選棚需要增加模擬 量輸入。因此,本文選用相間電流突變置選相。l、零相接

29、7;|基數(shù)障以A相接地短路為例,根據(jù)文獻(xiàn)【17】,假定系統(tǒng)的難序阻抗和負(fù)序阻抗 鞠等,可雩尋出A提接撼露保妒安裝鯰魏電漉突變撬擺量強(qiáng)翔臻3.6(a。可 見(jiàn),單相接地斑路的特征就怒兩個(gè)非故障相量電流之差為零。2、涎耩不援壤矮踞以BC兩相短路為例,栩量圖如圈3.6(b?？梢?jiàn),非故障相電流突變 蠢為零,兩個(gè)效障耱電流突交量之差為最大。3、兩相接地短路戩Be兩穗接圭盤(pán)筑路為戮,裙纛圈如爨3.6(e。詫時(shí)仍然是兩故障藕 電流突變擻之茇最大。4、三稆短路顯然是三個(gè)相電濺突變爨的有效值均相等。其糨量圖從略。心l(毪b (c 圖3.6故障栩量圖采用多邊形方向阻抗特性的I蚓距離保護(hù)原理。其阻抗特性如圖3_7?？?/p>

30、慮爨傈爹送末端經(jīng)過(guò)渡電輟綴鼴可斃出璦耱超藏匿動(dòng)終,一般瑾可取 7100;考慮到經(jīng)過(guò)渡電阻短路時(shí),由過(guò)渡電阻引起的附加測(cè)爨阻抗,始端故人d, 以 A 0, 6西南交通大掌碩士磁究生學(xué)位論文 第26頁(yè)障時(shí)比末端故障時(shí)小,所以a。900,一般敬6釅;為保證出口經(jīng)過(guò)渡電阻短 路對(duì)能可纛動(dòng)作,a:邋常取15。;為保證被保護(hù)線路發(fā)生金屬憔短路故障時(shí) 能可靠動(dòng)作,口,通常取1r。滔X&。r”一 礦置。/、j 、”文 , /|&么;蜊置。 鑫摹劉鼬瞄3矗多邊形方向阻抗特性所以,多邊形方囪阻抗特性的動(dòng)作判撰為:瓦x蹦tan(900+嗚(3。11 囂。墨la丑a2(312jsz蹦一R眥tan口 (

31、3。13民最m+xt癌l當(dāng)PT斷線時(shí),也會(huì)發(fā)繳電壓為零,計(jì)算阻抗為零_i酊進(jìn)入保護(hù)動(dòng)作區(qū)潦 成保護(hù)談動(dòng)茲憾提。爨就采援了PT凝線判叛巧繁,當(dāng)粼叛為艘斷線對(duì),閉 鎖多邊形阻抗特性湖。囂袁交暹大學(xué)碩士磁究生學(xué)位論文 第27頁(yè) 本裝置采用三個(gè)線電壓幅值的最大值和最小值比值運(yùn)算的方法進(jìn)行PT 鼗線判叛,其興握豹實(shí)現(xiàn)如下削:判據(jù):三個(gè)線電題幅值的最大值(璣大于等于三個(gè)線電壓幅值的 最小篷(玩。擇嫠,辮玩一囂魄。t靠值提擺被檢濺魄壓踅感器二次刪 負(fù)荷的對(duì)稱(chēng)情況確定,般情況下l萬(wàn)1.732。本文中取1.5。判據(jù)=:三個(gè)線電壓幅俊的最小值低予無(wú)壓門(mén)檻值(,藏對(duì)負(fù)葡 窀流太予籠流fl檻篷(k。判據(jù)蘭:對(duì)予Y形接

32、線的pTI開(kāi)嗣三受電壓(3甌大乎無(wú)愿門(mén)檻斂(u。時(shí)為PT次側(cè)斷線,脊則為=次側(cè)斷線。_本判據(jù)主要怒判斷Y行接線的PT 是一次側(cè)斷線還是二次衡斷線,對(duì)本文豹意義不大,掰鞋本裝鬣沒(méi)有采霜本 判據(jù)。該拳6據(jù)能夠同時(shí)通用于Y型和A墅接線的PT一次側(cè)和二次側(cè)斷線檢測(cè)。 圖3-8PT斷線判據(jù)邏輯關(guān)系圖辯斷線西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第28頁(yè) 第4章裝置的硬件電路設(shè)計(jì)本文在籀3章中已經(jīng)給出了本裝置的硬件結(jié)構(gòu)檄圈(圖3-3以及功能分 配,本鬻的激騷內(nèi)容是具體實(shí)現(xiàn)本裝置的硬件電路設(shè)計(jì)【3.4,1處理器部分4。S3C碡S08芯冀懿接線 冕鶩拳l。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第29頁(yè) 圖4.1s3c451

33、佃芯片接線圖圖禾2電源電路根據(jù)s3C4510B的最高工作頻率以及Pu。電路的工作方式,選擇10MHz 的有源晶振,10姍z的晶振頻率經(jīng)過(guò)S3C4510B片內(nèi)的PLL電路倍頻后,最 高可以達(dá)到50MHz。片內(nèi)的Pu。電路兼有頻率放大和信號(hào)提純的功能,因此, 系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率,以降低因高速開(kāi)關(guān)時(shí) 鐘所造成的高頻噪聲。晶振的輸出通過(guò)22Q的電阻接s3C4510B的xcLK引 腳。裝置的晶振電路如圖4-3。DGND圖禾3晶振電路目前常用的sDRAM為8/16位的數(shù)據(jù)寬度,本裝置選用刪NDAJ公司 圖4.4SDRf!姒電路由于系統(tǒng)支持8位,16位/32位的存儲(chǔ)器,采用單片H

34、Y29L.V160作為Flash 存儲(chǔ)器,孺予存放程序代稻、常囊襲獲及一些關(guān)鍵字等,掉電囂需要僳存匏 用戶(hù)數(shù)據(jù)。HY29L160的單片存儲(chǔ)容量為16M位(2M字節(jié),工作電壓為 2.7v。3.6v,采用48腳TSOP封裝或48腳FBGA封裝,16位數(shù)據(jù)寬度。F1勰h 移結(jié)囂接線彀路麴圈毒15。4,。5看門(mén)狡復(fù)位電路 圈4Hash電路VID 3.SV Cl :皇=e抽l l O、l"F I 寺Gb交予s3c45lOB沒(méi)卷冀魂看門(mén)狻電臻,裝鬻采慰殛射74芯片,其定 時(shí)器時(shí)間可以通過(guò)外部弓I腳濺r】眩,sElrl,s取u的邏輯電平進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。 著門(mén)狗電路輸入端wDl接s3C聒lOB的GPl

35、03腳.在整個(gè)內(nèi)棱痞動(dòng)過(guò)程串, 褥門(mén)狗將簦蛙失效。在瘦弱穰序運(yùn)行螽,應(yīng)將C零103設(shè)為輸出模式,并在程 序的主循環(huán)或有較長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的操作中加入滴狗操作。由于心6374監(jiān)控芯片 沒(méi)有上毫復(fù)位察電壓鼗控功能,瑟輟需簧另熟設(shè)詩(shī)土宅復(fù)位宅路。番門(mén)狻笈 位電路如圖4-6。麟南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第32頁(yè) 4。1。8麟恕路圖奉6鬻門(mén)狗復(fù)位電路l張婚(JoiB融船li強(qiáng)G麟埽,聯(lián)裔囂試行魂冬綴是一辯蓬舔掭難測(cè) 試協(xié)議,主要用予芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)彳予仿真和調(diào)試。丁rAG技術(shù)是一 種嵌入式調(diào)試技術(shù),它在芯片內(nèi)舔?qū)ρb了專(zhuān)門(mén)的溺試電路TAP(Test access 辨熱,蓼|試謗閆日,通過(guò)專(zhuān)曩豹疆媳測(cè)試工具

36、對(duì)內(nèi)甥節(jié)點(diǎn)進(jìn)行鞭4試【12】?！恳靶?接口不僅可以用于測(cè)試,還常用于實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程(ISP功能。在本裝置中rn婚接口就耀予囂ash進(jìn)行編程。嗣前,腳接口的連接有兩種標(biāo)濺,即14針接口和20針接陰,本裝置采用20針接口方式。其定義如襲4一l。,rAG接線電路如圖4啊7。表奎l麟接國(guó)雩l黲定義西夔名望丕荔。氯猁茹栩忑茭目的 黧霉替 蕊藿幕島蠹靄鏊液融鍪羹蓬辨良羹薹囊j霧鐾吲耋黍蠹壅霎囊釜薹到薹 蠹囊羹鞲韭酗;霪羹蕊醵葫受鶘靜鹱藿蘑渤藿蠢蒸霾Lj瑪疆,駔騶霆霾醛醞 鏊曩|(zhì)鸛霜鰳簍肴蓉妻;霎囊羹霎菱蠢霎甄毫奏秘瞻鷯霞麓羈鯉嘎鶩j委萋霉空丞舞!J簍粉蔞 ,羲惹強(qiáng)壤婺霧餮;鬻爨羹萋-蘩萋霧S藺”睦酬!拳掣

37、i基薹霉l 19,; 自;懿嶷;女l鬈矧i毫警霧滓囊!愛(ài);菲圈髫勺l囂囊l鬻攫冀由萁他麗源羹菰秀,囊,嵩l贛莓貉罐 露鐾壘羹菘餒曜豎蹙萋嗣,強(qiáng)國(guó)隈國(guó)濞強(qiáng)滔潘臻;灞一墓禱垮黲墼算一饕霧囊去鷲拳鎏器翟霪覆 冀蠢醴墅鞋鱒釅囊饕羹藏瀚麗塞 莖!l羈 銎i簍醚甄醵鍪菱F。|壅t霎。蠶|一l;,醇一薹一;墓ll西南交通大學(xué)碩士研究生攀位論文 第36頁(yè)第5章基于組態(tài)思想的軟件設(shè)計(jì)5.1軟件設(shè)計(jì)框架對(duì)帶一個(gè)寵善靛皴楓繼電保護(hù)裝鬟瑟謄,軟傳#零重要。與傳統(tǒng)繼電瀑 護(hù)裝置相比,微機(jī)繼電保護(hù)裝鼴的優(yōu)勢(shì)就在于因?yàn)槲C(jī)保護(hù)裝置除了具有必 要磋釋裝置蚪,還獒有功能強(qiáng)大翡較粹系統(tǒng),裁徽瓤繼寵保護(hù)裝鶯零身采說(shuō), 套好的軟件不僅能使裝置更加穩(wěn)定可靠,而且可以大大增加裝置的靈活性, 譙不增加硬件的基礎(chǔ)上就能使系統(tǒng)功能得戳大大加強(qiáng)。本裝置從整體上可以分為蘭大模塊:胡始化模塊、保護(hù)功能模塊和邋識(shí) 模塊。本套裝置的軟件椴圖如網(wǎng)5.