微機(jī)繼電保護(hù)的硬件具體構(gòu)成及軟件的設(shè)計方法，并對其在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況作了一些講述以及對微機(jī)繼電器保護(hù)運行注意事項作了一定的介紹。 前言 隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展以及人民大眾生活水平的日益提高，電力用戶對電能的需求量越來越大，對供電質(zhì)量要求也越來越高，同時電力部門又受減員增效的制約，在大規(guī)模發(fā)展建設(shè)電網(wǎng)同時，人員配備卻沒有相應(yīng)增加，于是近幾年無人值班變電站迅速發(fā)展起來，建成了一批能夠?qū)崿F(xiàn)“四遙”甚至綜合自動化功能的局域性電網(wǎng)。 變電站綜合自動化主要涉及到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫及通信的技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其與較完善的通信技術(shù)的密切結(jié)合，可以使變電站綜合自動化比較容易實現(xiàn)；可以節(jié)約相當(dāng)?shù)娜肆Α⑽锪Τ杀荆闺娏ζ髽I(yè)創(chuàng)造出更佳的經(jīng)濟(jì)效益。 微機(jī)繼電保護(hù)起著重要的作用，在繼電器保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，除了離線地運用計算機(jī)作故障分析和繼電保護(hù)裝置的整定計算，動作行為分析外，目前成熟的微機(jī)實時保護(hù)已大規(guī)模進(jìn)入繼電保護(hù)領(lǐng)域，微機(jī)繼電保護(hù)是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的重要方向。 請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息 實時系統(tǒng)往往是專用的，系統(tǒng)與應(yīng)用很難分離，常常緊密結(jié)合在一起，實時系統(tǒng)并不強(qiáng)調(diào)資源利用率，更關(guān)心及時性(又稱時間緊迫性)可靠性和完整性，實時系統(tǒng)又可分為過程控制與實時信息處理。 設(shè)計原理 微機(jī)保護(hù)具體由硬件和軟件兩大部分組成，下面分別予以詳細(xì)闡述。 硬件方面 在設(shè)計產(chǎn)品時，應(yīng)充分考慮到可靠性、可維護(hù)性和可擴(kuò)性。軟件版本升級不應(yīng)變更硬件。 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu) TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 RXD串行數(shù)據(jù)接收口 RAM常用于存放采樣數(shù)據(jù)和計算的中間結(jié)果、標(biāo)志字等信息，一般也同時存放微機(jī)保護(hù)的動作報告信息等內(nèi)容。讀寫操作方便，執(zhí)行速度快，缺點是+5V工作電源消失，其后有數(shù)據(jù)、報告等內(nèi)容也消失。 EPROM用于存放微機(jī)保護(hù)功能程序代碼，在12.5V～21V電壓下固化，5V電壓環(huán)境下運行。若修改程序或版本升級，需將此芯片經(jīng)專用紫外線擦除工具擦除后再重新固化。
E2PROM(電可擦寫的只讀存儲器)特點是5V工作電源下可重新寫入新的內(nèi)容，并且+5V工作電源消失后其內(nèi)容不會丟失，所以E2PROM常用于存放定值，重要參數(shù)等信息。缺點是寫入較慢，有串行和并行兩種方式。 FLASH用途同上，但其容量更大，寫入速度快，有替代E2PROM可能。 在CPU的選型問題上，首先考慮的是能否在兩個相鄰采樣間隔內(nèi)完成它必須完成的工作，即CPU的速度問題。衡量速度的一個重要指標(biāo)就是字長，字長越長，它同時所能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)越多，即處理速度越快；另一方面，CPU速度問題跟其采用的主工作頻率有關(guān)，同時跟子系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)的位數(shù)配合也有關(guān)。 對電力系統(tǒng)設(shè)計而言，在CPU選型方面，除考慮到其四性要求，還應(yīng)充分考慮到經(jīng)濟(jì)性，確定一個較經(jīng)濟(jì)的方案，否則將對財物造成極大的浪費，但當(dāng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性發(fā)生沖突時，應(yīng)傾向側(cè)重于可靠性，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定**運行。 保護(hù)采用多CPU結(jié)構(gòu)，各功能相互獨立，相互配合，使得裝置功能和處理能力得到提高，有力地實現(xiàn)保護(hù)的快速可靠性。 軟件方面 軟件設(shè)計是技術(shù)的關(guān)鍵，簡潔的硬件配置是靠軟件來支撐的，軟件編制一般按功能來劃分，做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并便于功能的擴(kuò)充。對現(xiàn)場的信息參數(shù)宜編制獨立的參數(shù)模塊，以便于在運行中修改。具有濾波功能的微機(jī)繼電裝置，其模擬量的數(shù)據(jù)文件，應(yīng)能轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式輸出。
微機(jī)繼電保護(hù)固有特性及其對實時屯力系統(tǒng)的特殊應(yīng)用環(huán)境，其對實時性要求以及對抗干擾設(shè)計容錯設(shè)計要求特別嚴(yán)格。微機(jī)保護(hù)采用的單片機(jī)軟件編寫一般采用匯編語言。 匯編語言可以直接對硬件進(jìn)行操作，例如，對內(nèi)存地址的操作、位操作等，編程需要對單片機(jī)硬件資源相當(dāng)了解熟悉。由于單片機(jī)各方面資源有限，所以程序規(guī)模較小，資源使用應(yīng)該緊湊，其編程就較困難，周期長，同時程序的可讀性和可移植性、維護(hù)性都比較差，其優(yōu)點是實時性強(qiáng)。 現(xiàn)今微機(jī)保護(hù)開發(fā)的手段是C語言與匯編語言混合編程，采用C語言編程功能軟件獨立于硬件之外，可以模塊化設(shè)計，這符合軟件模塊化的要求，具備很強(qiáng)的可移植性，繼承性。 C語言作為一種**語言，又是一種較低級的語言，它具有豐富的庫函數(shù)，強(qiáng)大的圖形、數(shù)據(jù)的處理能力，使用方便靈活等優(yōu)點，同時它又提供了指針和地址操作的能力，毫無疑問十分出色，但與匯編語言相比，仍有運算處理速度慢、無法準(zhǔn)確定時的缺點。 因此用C語言作為主語言，調(diào)用匯編語言編寫子模塊，二者相互結(jié)合，可以提高程序執(zhí)行速度和效率，達(dá)到事半功倍的效果如需快速控制時，可用匯編語言，如采樣，A/D轉(zhuǎn)換等，而用C語言編寫數(shù)據(jù)處理程序及人機(jī)界面程序，可以充分利用C語言的庫函數(shù)。
還有一種更為高效、方便、快捷的手段，就是采用圖形化邏輯可編程技術(shù)，此保護(hù)開發(fā)可快速形成保護(hù)自動化功能過程。邏輯圖輸入—解析邏輯圖一邏輯圖執(zhí)行。其執(zhí)行效率邏輯運算速度可達(dá)到每秒300個邏輯門，這當(dāng)然需要相應(yīng)的軟件支持。 繼電保護(hù)的種類很多，按保護(hù)對象分，有元件保護(hù)，線路保護(hù)等，按保護(hù)原理分有差動保護(hù)，距離保護(hù)，電壓電流保護(hù)等。然而，不管哪一類保護(hù)的算法，其核心問題歸根結(jié)底為不外乎是算出可表征被保護(hù)對象運行特點的物理量，如電壓、電流等有效值和相位以及視在阻抗等，或者算出它們的序分量或基波分量或某次諧波分量的大小和相位等，有了這些基本的電氣量的計算值，就可以很容易構(gòu)成不同原理的保護(hù)。所以這些基本電氣量的算法研究一直以來是人們研究的重點。 微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運算和判斷，以實現(xiàn)各種繼電保護(hù)的功能和方法稱為算法。按算法的目標(biāo)可分為兩大類，一類是根據(jù)輸入電氣量的若干點采樣值，通過一定數(shù)學(xué)公式方程式計算出保護(hù)所反映的量值，然后與定值進(jìn)行比較，另一類是根據(jù)動作方程式來判斷是否在動作區(qū)內(nèi)，而不計算具體量值，其計算工作量略有減少。評價算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。現(xiàn)一般采用較多的是兩點乘積算法，傅里葉級數(shù)算法以及解微分方程算法(僅用于計算阻抗)，前二者算法常用于元件保護(hù)(如發(fā)電機(jī)，變壓器的差動保護(hù))后備電源電壓保護(hù)以及一些相序分量組成的保護(hù)，后者只能用于計算阻抗，多用于線路保護(hù)中如距離保護(hù)。
每個CPU的基本程序結(jié)構(gòu)，主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷，進(jìn)入采樣及計算程序，且只有在主程序中允許接受通訊中斷與管理CPU交換數(shù)據(jù)。 采樣部分執(zhí)行電流電壓的采樣，濾波及數(shù)據(jù)整理。當(dāng)起動元件動作時，進(jìn)入故障測量程序，進(jìn)行各種故障的測量計算，發(fā)出跳合閘命令等。當(dāng)起動元件不動作時，執(zhí)行正常運行程序，例如檢查開關(guān)位置，檢查PT斷線，電流電壓自動零漂調(diào)整，收發(fā)訊通道檢查報警。程序采用實時數(shù)據(jù)計算，在每一個采樣周期內(nèi)應(yīng)完成全部計算。另外，在故障計算程序中，故障測量是平行計算的。