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双CPU结构线路保护开发研究

作　者: 杨同春
导　师: 李晓明
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 微机保护 数字信号处理 保护算法 距离保护
分类号: TM774
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着电子技术、通信技术和计算机技术的发展下,继电保护装置已经进入了微机型继电保护的时代。结合工业产品开发和教学需要,开展双CPU结构线路保护开发研究有着重要的意义。论文采用高性能高位数的处理器芯片设计双CPU微机保护装置,采用SEED-DPS2812M工控板和M2020-N20嵌入式工控板作为继电保护的核心板。SEED-DPS2812M工控板内部资源公开性和透明度比较好,M2020-N20嵌入式工控板是一块工业级应用板,有着很强的抗干扰能力和温度范围。论文根据保护装置的功能和要求,设置了：(一)装置正面板,即人机交互面板：(二)电源板,为整套装置提供各种电压等级的电源；(三)交流数据采集板,对电力系统电压电流交流量进行采集；(四)微处理器板,为保护装置的核心单元,承担继电保护功能和管理功能；(五)开关量输出板,实现保护跳闸。合理的搭建出了微机保护装置的基本硬件结构。在以上硬件结构基础上,设计了110kV线路继电保护系统的软件,保护程序具体有电流保护和距离保护。继电保护采用五段式保护模式,提高了保护的可靠性和灵敏性。其中电流保护采用灵敏度较高的相差电流保护作为相间短路电流保护,零序电流保护作为接地短路保护。距离保护采用相间阻抗继电器作为相间短路的距离保护,多相补偿接地距离继电器作为接地距离保护。论文主要设计了保护程序的逻辑框图和软件结构图,并用C语言编写了部分软件程序。设计的继电保护装置一方面作为工业产品用于电力工业,另一方面还兼顾应用于继电保护教学实验,工控板上预留有通道管脚接口,用作开放性实验,装置的各种保护插件、硬件结构可对学生开放,方便学生了解相关硬件原理和结构特点。另外,还可以通过该保护装置进行保护新原理的调试开发,服务于保护软件的研发,以验证新原理的实际性能与效果,并提出改进建议；装置具有多方面的用途。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
符号说明  13-14
第一章 绪论  14-19
  1.1 概述  14-17
    1.1.1 微机保护的特点  14-15
    1.1.2 微机继电保护发展历程  15-17
    1.1.3 微机继电保护的发展趋势  17
  1.2 本文所做的主要工作  17-19
第二章 双CPU核心板选型  19-27
  2.1 SEED-DPS2812M电力系统工控板  19-22
    2.1.1 保护CPU工控板简介  19-20
    2.1.2 SEED-DPS2812M工控板外部扩展总线的配置  20-22
  2.2 M2020-N20嵌入式工控板  22-26
    2.2.1 管理CPU工控板简介  22-24
    2.2.2 M2020-N20嵌入式工控板的引脚功能与外接线  24-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 系统硬件电路设计  27-41
  3.1 保护系统硬件结构设计  27-28
  3.2 装置面板及插板结构布置  28-38
    3.2.1 装置正面板  28
    3.2.2 装置电源板  28-30
    3.2.3 交流量采集板  30-33
    3.2.4 核心处理器板  33
    3.2.5 开关量的输入与输出板  33-38
  3.3 保护CPU与管理CPU的通信  38-39
  3.4 辅助电路设计——频率跟踪电路的设计  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 微机保护算法基础  41-48
  4.1 采样点数的选择  41
  4.2 傅氏算法  41-44
    4.2.1 傅氏算法基础  41-42
    4.2.2 滤除衰减直流分量的电流估计新算法  42-43
    4.2.3 递推傅氏算法  43-44
  4.3 电力参数的计算  44-46
    4.3.1 电压和电流的计算  44
    4.3.2 阻抗的计算  44-45
    4.3.3 负序、零序分量的计算  45-46
  4.4 启动量算法和故障动作判据  46-47
    4.4.1 启动量算法  46
    4.4.2 阻抗继电器动作方程  46-47
    4.4.3 相位比较动作方程  47
  4.5 本章小结  47-48
第五章 微机继电保护软件设计  48-71
  5.1 保护软件总体结构设计  48-57
    5.1.1 主程序框图  48-51
    5.1.2 中断服务程序框图  51-53
    5.1.3 故障处理程序框图  53-57
  5.2 五段式保护方案  57-70
    5.2.1 启动元件  57
    5.2.2 相差电流突变量选相  57-58
    5.2.3 基于相差电流判据的电流保护  58-62
    5.2.4 五段式零序电流保护  62-65
    5.2.5 五段式距离保护  65-69
    5.2.6 重合闸子程序  69-70
  5.3 本章小结  70-71
第六章 总结与展望  71-73
  6.1 工作总结  71-72
  6.2 工作展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
学位论文评阅及答辩情况表  77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统继电保护 > 继电保护装置
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