10kv线路微机保护装置软件设计_毕业论文(编辑修改稿)

10kv线路微机保护装置软件设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

保护动作速度快是其主要特点，有利于切除故障，保护设备安全。 但其保护范围要随运行方式的变化而变化，特别是在运行方式变化比较剧烈的情况下（引水式中小型水电站），甚至可能在最小 运行方式下没有保护范围。 一般只能作为辅助保护使用。 13 3 线路保护装置的算法分析与软件设计 FIR数字滤波器的设计 数字滤波器 （ 1） 概述 数字滤波是由乘法器、加法器和单位延时器组成的一种运算过程，其功能是将输入的离散信号通过一定的运算处理后转变成另一组频谱结构不同的离散信号。 实现数字滤波的离散时间系统，其系统函数可用多种算法实现，各种算法又对应有各自不同的网络结构。 （ 2） FIR数字滤波器的结构 设 h（ n） ， n=0,1,2…N1为滤波器的冲激响应 ， 输入信号为 x（ n）， 则 FIR滤波 器就是要实现下列差分方 ：   10 )()()( Ni inxihny （ ） 式（ ）中 ,y（ n） 为输出信号 ， 即经过滤波之后的信号 ； N 为滤波器阶数。 FIR滤波器的最主要特点是没有反馈回路 ， 因此是无条件稳定系统 ,其单位脉冲响应 h（ n）是一个有限长序列。 由式（ ）可见 ,FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算 ， 不断地输入样本 x（ n） ， 经延时 1z 做乘法累加 ,再输出滤波结果 y（ n）。 对式进行 Z变换 ,整理后可得 FIR滤波 器的传递函数为 ：  10 )()(NiizihzH （ ） FIR滤波器的一般结构如图。 1z 1z 1z 1zx ( n )x ( n 1 )x ( n 2 )x ( n N + 1 )h ( 0 ) h ( 1 )h ( 2 )h ( N 1 )h ( N 1 )y ( n ) 图 FIR滤波器结构图 14 FIR滤波器的 C语言算法实现 由上述分析可知， FIR滤波器的算法实际上是一个乘累加运算。 在这个乘累加运算中，主要涉及到 3个要素：输入信号 x（ n） 、冲击响应即滤波器系数 h（ n） 和输出信号 y（ n）。 其中， x（ n） 和 h（ n） 为已知 ,y（ n） 为待求。 （ 1） 输入信号 x（ n） 的获取 假设输入信号是频率为 1000Hz和 2500Hz的正弦波合成的波形，希望得到输入信号的 256个抽样点，为了与整个系统保持一致，抽样频率 fs规定为 8000Hz。 利用 C语言得到 256个点的输入信号的源代码如下： include include main（ void） { int i,。 double f[256]。 for（ i=0。 i=255。 i++）。 {f[i]=sin（ 2**i*1000/8000） +*sin（ 6**i*2500/8000）。 printf（ %1d,（ long）（ f[i]））。 } { 图 输入信号波形图 （ 2） 滤波器系数 h（ n） 的获取 设计一个 FIR 低通滤波器，其截止频率 fc= 1500Hz，抽样频率 fs=8000Hz， 阶 15 数 N=17， 选择 Hamming 窗。 利用 MATLAB 软件设计滤波器方法有很多，可以采用 FDATool 滤波器设计分析工具箱和 SPTool 信号处理工具，还可以直接编程实现。 在此采用编程实现 ,代码如下： h=fir1（ 16,1500/8000*2）； 得到 17 个滤波 器系数。 理论上，上述输入信号（频率为 1000Hz 和 2500Hz 的正弦波合成的波形）经过此低通滤波器滤波后的输出信号应该为频率为 1000Hz 的正弦波。 图 输出信号波形 保护装置 的 采样算法 采用傅氏变换算法 导数式算法是针对理想正弦信号进行计算，由于故障时的电流、电压波形畸变很大，此时不能把他们假设为单一频率的正弦函数，而应该假设它们是包含各种分量的周期函数，这时就要采用傅氏变换算法。 傅氏变换算法来自于傅里叶级数，以电流为例，即一个周期性函数 I（ t） 可用傅里叶级数展开为各次谐波的 正弦项和余弦项之和，即：   0 11 ]si nco s[)( n nsne tItnIti  （ ） 式 （ ） 中， n为自然数， n=0,1,2…… 表示谐波分量次数。 于是电流 )(ti 中的基波分量可表示为： tItIti es 11111 cossin)(   （ ） )(ti 还可以表示为一般表达式： 16 )s i n (2)( 111   tIti （ ） 式 （ ） 中， 1I 为基波有效值； 1 为 t=0时基波分量初相角。 将 )sin( 11  t 用和角公式展开，再与式（ ）比较，可以得到： 111 cos2 II S  （ ） 111 sin2 II C  （ ） 从式（ ）和式（ ）可以看出，只要求出基波的正弦 幅值 SI1 和余弦幅值 CI1 ，就很容易救得基波的有效值和初相角 1。 根据傅氏级数的逆变换原理可求的 错误 !未找到引用源。 和 错误 !未找到引用源。 ：  Ts tdttiTI 0 11 sin)(2  （ ）  Tc t d ttiTI 0 11 c o s)(2  （ ） 在用微机计算 sI1 和 cI1 时，通常都是采用有限离散方法算得，即将 错误 !未找到引用源。 用各采样点数值代入，通过梯形法就和来代替积分法。 考虑到NkTtN /2, 1   时式（ ）和式（ ）可表示为    111 2s i n21 Nk ks NkiNI  （ ）    1101 2c o s1 Nk kkc iNkiiNI  （ ） 式中， N为一周采样点数； ki 为弟 k次采样值； 0i 、 ni 分别为 k=0和 N时的采样值。 当 N=12时采样间隔 sT 一般用角度表示为 o30。 由于上述 sI1 和 cI1 是对一周波 N个采样点求和所以其数据窗为一周波，故称其为全波傅氏算法。 根据式（ ）和式（ ）基波的有效值和相角： 2 212121 cs III  （ ） 17 scIIarctg111  （ ） 傅氏变换算法可以计算周期性时间函数，还可算出初相位角，其积分运算结果同样具有数字滤波功能，运算工作量也不大。 主程序设计 微机线路保护装置的主程序如图。 系 统 初 始 化 自 检开 启 定 时 器是 否 到 采 样 间 隔 时 间 ?启 动 A / D 数 据 采 样计 算 电 压 、 电 流 、 频率 等 电 参 数显 示 各 项 参 数是 否 进 行 定 值 整 定。 保 护 算 法 分 析符 合 故 障 判 别 条 件 ?启 动 相 应 保 护 动 作保 存 故 障 记 录返 回选 择 整 定 区 号整 定 定 值 、 时 限 、压 板继 续 稳 定。 定 值 固 化NYYYYNNN 图 主程序流程图 18 线路保护装置的程序使用 C语言编写，按照不同的功能 如显示， A／ D，外部中断等，对程序进行了模块化设计，方便了调试和修改。 软件设计分为整定测试部分和故障判断处理 2个部分。 整定部分是对各种保护定值和时限按照规定的步长和范围进行整定。 交流信号通过低通滤波器，进入 AD8364采样，运用傅氏变换算法对电流的幅值和初相位进行计算得到有效值。 使用 CPU的外部中断测量频率和相位角差。 故障判断处理程序是根据测试部分得到的电流、频率等参数，与存储的整定数值进行比较，按照各种故障的判据，进行分析，如果符合某种故障的条件则马上启动对应的保护动作如报警或跳闸等，并生成故障报告。 故障处理与 A／ D交流采样程序设计 故障判断与处理程序是本保护装置软件程序的核心部分，故障判断程序对进过算法处理的采样数据，经过保护算法判断，当符合故障判据，则故障处理程序将启动相应的保护动作，本装置使用 ADS8364作为采样芯片。 采样中断不能够被其余中断打断，否则会引起采样间隔出错，所以必须设置为最高优先级中断。 本装置采用每周波 40点采样，采样中断由计时器定时触发，对测量电流和电压进行采样，测量电流和电压的采样是由 ADS8364完成的， ADS8364具有 16bit精度。 入 口对 运 行 环 境 和 变 量 进 行 保 存采 样 开 关 量 输 入对 采 样 值 和 采 样 默 认 列 进 行 调 整自 动 计 算是 否 启 动保 护 计 算立 标 志中 断 退 出 图 如图 ，采样中断可以分为 5个部分：采样、对采样值调整、对采样队列 19 的调整保护计算和启动计算。 故障判断流程图为： . A / D 数 据 采 样全 波 傅 里 叶 算 法计 算 基 波 有 效 值频 率 、 相 位 角 等参 数 计 算故 障 判 据 判 断满 足 故 障 条 件。 保 护 时 限 延 时满 足 故 障 条 件。 存 储 故 障 时 间 和故 障 参 数启 动 保 护 动 作 或报 警生 成 故 障 报 告返 回YYNN 图 故障判断流程图 液晶显示 程序 设计 MGLS12864的结构和特性 MGLS12864点阵图形液晶显示模块的显示屏是一块 12864点阵的液晶显示屏，它以一片 HD61203U作为 64路行驱动器，两片 HD61202U组成 128点列的列驱动器组。 他能 显示 ASCⅡ 字符、汉字和各种曲线，可与单片机连接构成功能强、结构简单的人机界面，因此广泛用于各种智能仪表和控制系统。 HD61202U是带显示存储器的图形液晶显示列驱动控制器，其特点是内置 6464位显示存储器，可以直接与计算机总线连接。 但它本身不能生成显示时序，所以需要与相应的带振荡器和显示时序发生器的行驱动器 HD61203U配套才能形成一个完整的液晶驱动和控制系统。 MGLS12864模块有 18个引脚， 1 18引脚为背光灯提供电源； 2引脚为两个片选信号，组合功能定义是： 错误 !未找到引用源。 CSA、 错误 !未找到引用源。 CSB 20 为 00时禁止使用， 01时选左区， 10时选右区， 11时未选； 3为 GND； 4为 Vcc； 5为液晶显示驱动电源 V0； 6为数据、指令选择 D/错误 !未找到引用源。 ； 7为读 /写选择 R/错误 !未找到引用源。 ； 8为使能信号 E； 9～ 16为数据总线 AD7～ AD0。 表 MGLS12864引脚 序号 符号 状态 功能 1 输入 片选 A，低电平有效 2 输入 片选 B，低电平有效 3 GND 电源地 4 VCC 逻辑电源正 5 V0 液晶显示驱动电源 6 D/错误 !未找到引用源。 输入 数据、指令选择信号 7 R/错误 !未找到引用源。 输入 读 /写选择信号 8 E 输入 读写使能信号 9～ 16 AD7～ AD0 三态 数据总线 软件设计 内置 HD61202U液晶显示模块的软件特性，这是指 HD61202U的指令功能。 HD61202U一共有七条指令，分别解释各条指令的功能，并对使用不同的指令时 D/错误 !未找到引用源。 、 R/错误 !未找到引用源。 信号的状态给予说明。 （ 1）读写状态（ D/错误 !未找到引用源。 =0， R/错误 !未找到引用源。 =1） BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0 BUSY:BUSY=1，内部正工作，不能访问； BUSY =0时，等待访问。 ON/OFF： ON/OFF=1时，关显示状态； ON/OFF=0时，开显示状态。 RESET:RESET=1时，复位状态； RESET=0时，正常工作状态。 在每次对 HD61202U操作之前，都要读出状态字判断 BUSY是否为 “0”。 若不为“0”，则需要等待，直到 BUSY=0为止。 （ 2）显示开关设置（ D/错误 !未找到引用源。 =0， R/错误 !未找到引用源。 =0） 21 0 0 1 1 1 1 1 D D=1为开显示， D=0为关显示设置。 （ 3）显示起始行设置（ D/错误 !未找到引用源。 =0， R/错误 !未找到引用源。 =0） 1 1 L5。