基于DSP的配电线路微机保护的研究

论文摘要

随着我国电力事业的迅速发展,用户对配电网的可靠性要求越来越高。微机继电保护装置作为当代监测与保护电力系统的主要自动化装置,如何提高与完善微机保护装置的功能与可靠性是十分重要与紧迫的。本文在详细分析了配电网微机保护硬件、软件以及算法等相关技术的发展现状的情况下,围绕以DSP为核心的配电线路微机继电保护开展了研究。硬件的设计采用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407作为控制核心,设计的硬件平台主要包括对开发板的研究、外围电路设计、数据采集电路设计和通信电路设计。为了提高数据采集的精度,采用外扩14位AD转换芯片AD7865。通信电路扩展了RS232和CAN两种接口,以保证数据通信的可靠性。对微机保护算法的不种模型—正弦函数模型、周期函数模型和随机模型下各种算法做了详细的分析和比较,确定了采用傅氏算法可以获得较高的精度和速度。针对故障情况下,由于信号中的衰减直流分量的叠加造成的参数计算的不准确的问题,分析了傅氏算法的计算误差,采用并联补偿傅氏算法予以解决;针对电网频率波动产生的非同步采样现象,采用自适应调整采样间隔技术进行修正,并对算法的精度进行了仿真验证。为了提高微机保护软件系统的可靠性,方便用户程序的和维护和升级,本文将μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统引入微机保护。在分析了μC/OS-Ⅱ操作系统内核结构的基础上,实现了将μC/OS-Ⅱ向TMS320LF2407 DSP的移植,阐述了移植过程并编写测试代码进行测试。最后对用户应用程序包括自检程序、保护判断程序、数据实时采集程序、通信程序、时钟程序以及三段式电流保护程序进行了编写。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 配电网微机保护国内外发展现状
• 1.3 微机保护算法及软件的发展
• 1.3.1 微机保护算法的发展
• 1.3.2 微机保护软件平台的发展
• 1.4 DSP在微机保护中的应用
• 1.5 10KV配电线路故障分析与保护配置
• 1.5.1 10kV配电线路故障分析
• 1.5.2 10kV配电线路保护配置
• 1.6 课题的主要研究内容
• 第二章 系统硬件平台简介
• 2.1 整体结构的设计思路
• 2.2 TMS320LF2407 DSP芯片选型
• 2.3 外围电路设计
• 2.3.1 时钟电路
• 2.3.2 复位电路
• 2.3.3 片外存储器
• 2.4 数据采集电路设计
• 2.4.1 AD7865转换芯片介绍
• 2.4.2 AD7865与DSP的连接电路
• 2.5 通信电路设计
• 2.5.1 RS232接口电路
• 2.5.2 CAN接口电路
• 2.6 硬件抗干扰措施
• 2.7 ICETEK-LF2407实验开发板介绍
• 2.8 本章小结
• 第三章 微机保护算法比较与选择
• 3.1 正弦函数模型
• 3.2 周期函数模型
• 3.2.1 全波傅氏算法
• 3.2.2 半波傅氏算法
• 3.3 随机模型算法
• 3.3.1 最小二乘法
• 3.3.2 卡尔曼滤波
• 3.4 各种算法的对比与分析
• 3.5 含有衰减直流分量下傅氏算法误差分析
• 3.6 改进并联补偿傅氏算法
• 3.6.1 并联补偿傅氏算法
• 3.6.2 改进并联补偿傅氏算法
• 3.6.3 算法仿真及计算量分析
• 3.7 自适应调整采样间隔技术
• 3.8 小结
• 第四章 μC/OS-Ⅱ操作系统和软件设计
• 4.1 嵌入式操作系统概述
• 4.2 嵌入式实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ的内核分析
• 4.2.1 任务管理与调度
• 4.2.2 任务通信与同步
• 4.2.3 中断管理
• 4.2.4 时钟管理
• 4.2.5 内存管理
• 4.3 μC/OS-Ⅱ在TMS320LF2407上的移植与测试
• 4.3.1 移植对处理器的要求
• 4.3.2 μC/OS-Ⅱ向2407的移植时相关文件的修改
• 4.3.3 移植结果测试
• 4.4 软件开发平台CCS
• 4.5 用户程序编写
• 4.5.1 多任务系统总体框架
• 4.5.2 自检任务
• 4.5.3 保护判断任务
• 4.5.4 通讯任务
• 4.5.5 数据采集与预处理任务
• 4.5.6 时钟任务
• 4.5.7 三段式电流保护
• 4.6 软件抗干扰措施
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢