矿用变电所测控系统研究

论文摘要

针对现有矿用数字继电保护装置存在硬件平台抗干扰能力差,数字测量与保护算法实时性矛盾较为突出,现场总线通信网络可靠性不高等问题,设计出一种基于DSP的新型数字继电保护装置硬件平台;设计出一种基于CPLD的继电保护抗干扰控制接口;提出一种快速电参量DFT测量算法和快速高精度开方算法;提出一种基于过流延时整定表的数字反时限新算法。设计出一种双机热备容错逻辑控制电路来进一步提高数字继电保护装置的可用度。提出一种基于CAN总线的矿用变电所测控系统体系框架和相关CAN总线网络互连设备的设计方法。提出提高电参量测量准确度的FIR数字滤波器设计与DSP实现方法,还利用故障树分析法定性分析了双机热备系统发生拒动故障的可能薄弱环节,为设计高可靠性数字继电保护装置提供理论依据。仿真试验与工业性试验表明:新型数字继电保护装置集遥测、遥信、遥控、综合保护为一体,具有测量精度高,保护功能齐全,人机交互友好,通信可靠性高,抗干扰能力强等优点,彻底消除了误动问题,最大限度地发挥了DSP强大数字信号处理功能来实现测量与保护滤波算法,使数字继电保护装置的性价比高,所构成的矿用变电所测控系统具有良好的扩展性能和推广应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与国内外研究现况
• 1.1.1 数字继电保护装置可靠性研究现状
• 1.1.2 可靠性定性与定量研究现状
• 1.1.3 数字继电保护装置硬件平台研究现状
• 1.1.4 电参量测量算法研究现状
• 1.1.5 反时限过流保护算法研究现状
• 1.1.6 变电站自动化研究现状
• 1.2 课题的提出与意义
• 1.2.1 本课题要解决的主要问题
• 1.2.2 本课题解决这些问题的工程意义
• 1.3 解决问题的思路和方法
• 1.3.1 数字继电保护装置可靠性设计研究
• 1.3.2 快速电参数测量算法研究
• 1.3.3 过流反时限数字算法研究
• 1.4 本论文取得成果
• 1.5 本论文组织结构
• 2 数字继电保护装置平台研究
• 2.1 矿用隔爆高压真空配电装置保护原理
• 2.2 模拟继电保护装置主要问题
• 2.3 数字继电保护装置基本特征
• 2.4 数字继电保护装置微处理器
• 2.5 数字继电保护装置硬件平台结构
• 2.6 DSP模块标准化设计
• 2.7 数字继电保护装置顺序事件记录接口设计
• 2.7.1 DS1315特性
• 2.7.2 DS1315工作方式
• 2.7.3 DS1315存取时序分析
• 2.7.4 DS1315内部结构和8个模式字
• 2.7.5 DS1315读写子程序流程图设计
• 2.8 数字继电保护装置软件平台
• 2.8.1 COFF公共目标文件格式
• 2.8.2 C编译器运行支持目标库
• 2.8.3 C编译器创建的段
• 2.9 本章小结
• 3 数字继电保护装置可靠性研究
• 3.1 引言
• 3.2 高爆开关可靠性分析
• 3.3 I/O冗余电路设计原理
• 3.4 继电器状态机控制接口设计
• 3.4.1 分合闸多重命令的状态编码
• 3.4.2 有限状态机设计
• 3.4.3 状态机抗干扰控制原理分析
• 3.5 双机热备容错系统设计与仿真
• 3.5.1 双机热备容错系统概述
• 3.5.2 双机热备容错逻辑控制电路原理
• 3.5.3 双机热备容错逻辑控制电路设计
• 3.5.4 双机热备容错逻辑控制电路仿真
• 3.6 双机热备容错系统可靠性分析
• 3.6.1 故障树分析法简介
• 3.6.2 双机热备系统FTA定性分析
• 3.7 自检程序设计
• 3.8 本章小结
• 4 高精度快速电参量算法应用研究
• 4.1 硬件同步采样频率跟踪电路
• 4.2 FIR数字滤波器设计
• 4.2.1 设计FIR窗长度
• 4.2.2 FIR低通滤波器设计与仿真
• 4.2.3 FIR滤波系数量化误差分析
• 4.3 交流采样电参量测量模型仿真
• 4.3.1 全周波离散傅里叶变换算法
• 4.3.2 16点基“4+4”旋转因子FFT算法
• 4.3.3 全波32点电参量测量模型仿真试验
• 4.4 非递推DFT算法
• 4.5 递推DFT算法
• 4.6 戈泽尔算法
• 4.6.1 戈泽尔迭代公式
• 4.6.2 戈泽尔算法DSP试验结果
• 4.7 快速DFT算法
• 4.8 高精度快速开方算法研究
• 4.8.1 被开方定点数数据格式定义
• 4.8.2 牛顿迭代初值选取新算法
• 4.8.3 牛顿迭代初值误差分析
• 4.8.4 快速开方算法试验结果
• 4.9 基于DSP的全电量测量算法
• 4.9.1 三相电路功率因数DFT算法
• 4.9.2 三相电路功率DFT算法
• 4.10 本章小结
• 5 过流反时限保护新算法研究
• 5.1 引言
• 5.2 过流反时限保护新算法研究
• 5.2.1 过流延时整定表最小二乘拟合
• 5.2.2 基于过流延时整定表的反时限新算法
• 5.2.3 仿真试验结果
• 5.2.4 样机试验结果
• 5.3 过流反时限的人工神经网络仿真研究
• 5.3.1 径向基函数神经网络
• 5.3.2 径向基函数神经网络模型
• 5.3.3 基于MATALB的径向基函数神经网络模型
• 5.3.4 高爆开关过流延时整定表的神经网络拟合试验
• 5.3.5 径向基神经网络的嵌入式系统实现探讨
• 5.4 本章小结
• 6 基于CAN总线矿用变电所测控系统研究
• 6.1 引言
• 6.2 基于CAN总线矿用变电所监控系统结构
• 6.3 CAN总线应用层协议设计
• 6.3.1 报文标识符分配原则
• 6.3.2 报文优先权分配原则
• 6.3.3 CAN应用层协议设计
• 6.4 PC网络适配器设计
• 6.5 CAN网桥设计
• 6.6 变电所通信分站设计
• 6.6.1 可编程并行接口设计
• 6.6.2 外设中断管理器设计
• 6.7 通信隔离器设计
• 6.8 基于MCGS组态软件设计
• 6.8.1 设备驱动程序开发方法
• 6.8.2 VB与MCGS数据交换方法
• 6.9 本章小结
• 7 工业性试验报告与系统特色
• 7.1 初试阶段
• 7.1.1 系统组成结构
• 7.1.2 国内同类产品比较
• 7.1.3 工业性初试结果
• 7.2 中试阶段
• 7.2.1 系统组成结构
• 7.2.2 工业性中试结果
• 7.3 系统特色
• 7.4 数字继电保护装置主要功能
• 7.5 系统主要功能
• 7.6 系统应用实例
• 8 结束语
• 8.1 研究成果
• 8.2 创新点
• 8.3 改进与展望
• 8.3.1 改进提高
• 8.3.2 技术展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文