基于DSP的智能综保控制器的研究与实现

论文摘要

近年来煤矿安全事故频繁发生,诱发事故的众多原因中,难以预测的井下供电系统事故是导致瓦斯灾害发生的重大因素,采用可靠的自动化智能综合保护装置对于提高配电网的供电质量和可靠性有着非常重要的作用。智能综合保护装置是煤矿配电自动化系统的重要组成部分,通过在井下各变电站安装智能保护装置,当出现漏电等事故时,可以快速的切断故障线路的供电,减少由于漏电引起的各种事故。本课题在对煤矿继电保护装置研究现状及发展方向进行研究的基础上,结合目前较为流行的数字信号处理技术,完成了一种基于DSP处理器的煤矿井下智能综合保护装置的控制器设计,在现场应用中取得了较好的效果。论文主要研究内容如下:1.从应用环境和用户需求出发,结合综合保护装置的发展现状,详细分析了综合保护装置的功能需求,给出了基于TMS320F2812定点DSP处理器的智能综合保护装置的设计方案。2.给出了利用定点DSP处理器进行浮点运算的方法,实现了基于TMS320F2812定点DSP处理器的FFT算法,并以FFT算法进行了电网谐波分析。3.给出了控制器系统整体设计方案,包括硬件框架结构和软件设计方案。硬件系统包括模拟信号输入电路、AD采样电路、电源电路和系统复位电路、存储器、CAN总线、RS422串行通信、实时时钟、EEPROM、电度计量、数字信号输入输出等主要功能模块的设计与实现。系统软件设计借鉴面向对象的思想,采用模块化设计方法,将整个软件按照功能划分为初始化、自检测、数据采集和处理、FFT程序、故障检测和处理、时钟、CAN和RS422通信等几个相对独立的模块,针对部分模块,详细给出其软件设计思想及设计流程。课题来源于淮南矿业集团承担的《煤矿电网重大灾害的监控预警技术》项目。综合保护器作为该系统的终端保护装置,经现场实际应用证明,基于DSP的智能综保控制器性能稳定,达到了预期效果,对保障煤矿安全生产起到了积极作用,并对今后基于DSP的继电保护装置设计提供了参考方案,具有较广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和来源
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 2 控制器设计方案
• 2.1 保护装置的功能要求
• 2.2 控制器设计思路
• 2.3 控制器设计方案的提出
• 3 FFT变换与谐波分析
• 3.1 FFT变换原理
• 3.2 浮点数的定点计算方法
• 3.3 FFT实现和谐波分析
• 3.4 提高采样精度的设计原则
• 4 系统硬件设计
• 4.1 硬件结构设计
• 4.2 电源模块设计
• 4.3 电源检测和复位电路设计
• 4.4 滤波电路和AD模块设计
• 4.5 CAN通信模块设计
• 4.6 存储器模块设计
• 4.7 SPI模块
• 4.8 电度计量模块设计
• 4.9 电平转换和开关量输入输出设计
• 4.10 JTAG电路设计
• 4.11 抗干扰措施
• 5 系统软件设计
• 5.1 开发语言的选择
• 5.2 软件总体设计
• 5.3 AD采样模块程序设计
• 5.4 eCAN模块程序设计
• 5.5 SPI模块程序设计
• 5.6 保护程序设计
• 5.7 看门狗复位程序设计
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果
• 参考文献
• 附录