基于嵌入式计算机的继电保护教学实验装置的研究

论文摘要

通过分析微机继电保护的发展趋势和高校电力系统继电保护实验教学的需要,针对现有的用于电力系统教学和实验的微机保护实验装置种类少、功能单一的不足,并根据本单位实际项目需求,提出了一套基于DSP和MCU的硬件平台并采用嵌入式实时操作系统的微机继电保护实验装置设计方案。论文对比了几种常用的嵌入式实时操作系统,并对方案中的关键技术—DSP和嵌入式系统做了介绍。在研究DSP TMS320F2812、MUC LPC2212的基础上,提出采用数字信号处理器（DSP）和微控制器（MCU）的硬件设计方案,根据开发对实时性和开发成本的要求,选择基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的软件设计方案。首先分析了μC/OS-Ⅱ硬件/软件体系结构,阐述了基于嵌入式操作系统软件开发的一般流程,给出了微机继电保护软件平台任务的划分、调度设计方案和具体实现;然后详细叙述了将μC/OS-Ⅱ移植到LPC2212的过程,并对基于DSP的数据采集系统主控制器TMS320F2812的系统程序作了介绍,最后还对系统中用到的典型算法-快速傅立叶变换作了研究。本方案在硬件上采用了数字信号处理器（DSP）进行数据采集、嵌入式微控制器（MCU）进行保护逻辑判断,构建了高效可靠的硬件平台,软件上采用了实时性好和开发成本较低的μC/OS-Ⅱ作为嵌入式实时操作系统,设计装置不仅图形界面友好、操作方便,而且实验方法灵活、系统开放,非常适合本学院的教学和实验,具有较好的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 微机继电保护的发展概况
• 1.1.1 微机继电保护的发展现状
• 1.1.2 微机继电保护的发展趋势
• 1.2 继电保护实验装置的国内外研究状况
• 1.3 本课题研究的背景和意义
• 1.4 本文的主要内容及结构安排
• 第二章 微机继电保护装置的硬件原理和本文关键技术分析
• 2.1 微机继电保护装置的硬件原理
• 2.2 DSP技术
• 2.2.1 DSP简介
• 2.2.2 DSP在电力系统继电保护中的应用
• 2.3 嵌入式系统
• 2.3.1 嵌入式系统定义及特点
• 2.3.2 微机继电保护产品中采用RTOS的必要性
• 2.3.3 几种通用嵌入式实时操作系统的比较与选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 通用微机继电保护教学实验系统的构成及硬件设计
• 3.1 系统总体设计思想
• 3.1.1 通用微机继电保护教学实验系统的总体设计目标
• 3.1.2 通用微机继电保护教学实验平台实现的功能
• 3.2 微机继电保护实验装置硬件电路设计
• 3.2.1 装置说明及功能介绍
• 3.2.2 基于TMS320F2812 型DSP的数据采集模块
• 3.2.3 逻辑判断模块
• 3.2.4 开入开出模块
• 3.2.5 通讯模块
• 3.2.6 人机接口模块
• 3.2.7 电源模块
• 3.2.8 其它模块
• 3.3 本章小结
• 第四章 微机继电保护实验装置软件设计
• 4.1 传统的微机继电保护软件的设计思路
• 4.2 基于 μC/OS-Ⅱ的微机继电保护软件设计思想
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ操作系统在ARM平台上的移植
• 4.2.2 任务的划分
• 4.2.3 软件设计整体框架
• 4.3 数据采集模块主控制器DSP系统软件设计
• 4.3.1 DSP程序设计
• 4.3.2 CCS 开发 DSP 软件的一般流程
• 4.3.3 DSP系统软件设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 保护算法的选择和分析
• 5.1 微机保护的启动元件
• 5.2 微机保护算法的概述
• 5.3 快速傅立叶变换（FFT）
• 5.3.1 基于快速傅立叶变换（FFT）的电量测量原理
• 5.3.2 采样点数的选择
• 5.3.3 自适应调整采样间隔
• 5.3.4 频率的测量
• 5.3.5 交流电压、电流、有功功率和无功功率的计算
• 5.3.6 功率因数的计算
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢