CN101710687A - 一种基于dsp的短路检测保护系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于DSP的短路检测保护系统，它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单元、光电隔离单元I、光电隔离单元II、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其优越性在于：①克服了对短路电流信号进行处理时，易受其它故障电流波形的影响，提高了系统检测的准确性；②以DSP为中心处理芯片，数据量处理量大，实时性和精度高，使得系统结构简单，性价比高，提高系统的快速性。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种短路检测及保护系统，尤其是一种基于DSP(Digital Signal Processing——数字信号处理器)的短路检测保护系统。
(二)背景技术：
由于电力系统的发展，负荷的增大，大容量机组和电厂及变电设备的投入，尤其是负荷中心大电厂的出现以及电力系统的互联，使输配电网容量大为增加，同时使得短路电流水平日益增高，如果发生短路故障时不及时切除，会对系统中原有变电所设备将产生很大的影响，甚至会产生电压严重失稳，频率崩溃等恶性事故的发生，给电厂和用户经济和生命安全带来严重的威胁。因此，特别是在大容量输配电网中，必须安装短路检测保护装置，能够快速准确对线路进行检测保护。
现在主要采取的短路检测保护方法：
1、基于检测短路电流大小的过流保护技术，这种过流保护按照躲过电动机的最大启动电流的原则进行整定，在供电线路长时，线路末端短路时，短路电流很小，保护的灵敏度受到限制。
2、基于相敏原理的短路保护技术，国内外研究较多，也比较成熟，虽然解决了保护灵敏度的问题，但此种技术只能保护三相短路，两相短路不动作。
3、基于载频原理的短路保护技术，此种保护对线路参数(电缆截面、长度和电源变压器等)要求严格，线路参数变化时易发生误动作，可靠性差。
目前，为克服上述缺点，也有研究基于电流变化率的短路检测保护技术，是利用线路或用电设备发生短路时，线路电流发生突变的原理，采用单片机检测这一变化率，当电流变化率超过规定值时，单片机发出指令，切断供电电源。此技术的特点是检测参数为线路电流变化率，检测参数电线路参数无关，但是这一检测系统存在两个严重缺陷。一是难以区分短路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别。由于供电系统多呈感性负载，短路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别，使用常规方法在某些线路参数的情况下不易区分。二是干扰电流波形突变与短路电流波形突变的识别。利用短路电流波形突然变化进行故障识别，电流突变是识别的要素，在供电系统中常常存在着各种干扰，如电动机的启动、大型设备的起停、变频调速、系统操作等，这些干扰很多情况下会影响检测点的电流波形，且干扰电流波形一般情况下也是呈突变形式，可能使检测产生错误识别。
(三)发明内容：
本发明的发明目的在于设计一种基于DSP的短路检测保护系统，该系统可以克服现有技术的不足，是一种基于DSP的能够实时、快速、准确短路检测保护系统，它结构简单，易于控制，并能够较好地解决谐波问题。
本发明的技术方案：一种基于DSP的短路检测保护系统，包括电压互感器和电流互感器，其特征在于它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单元、光电隔离单元I、光电隔离单元II、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其中所说的模拟通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；所说的DSP中央处理单元的输入端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元II的输入端连接；所说的光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；所说的光电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。
上面所说DSP中央处理单元是由DSP芯片构成，所说的DSP芯片采用Motorola公司的数字信号处理器DSP56F807，它包括不少于一个的I/O接口、不少于一个的外围设备、60K×16位的程序FLASH存储器、2K×16位的程序RAM存储器、8K×16位的数据FLASH存储器和4K×16位数据RAM存储器。
上述所说的模拟通道处理单元是由电感L1、电阻R1、电容C1、电感L2、电阻R2、电容C2、稳压二极管D1、稳压二极管D2、电压跟随器A构成，其连接为常规连接，且其输出端按常规连接到A/D转换器上；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，电压跟随器A采用μA709型。
上述所说的A/D转换器是由单位14多通道高速模数转换芯片MAX125芯片构成，它包括内置同步采样/保持器，其与DSP芯片采用常规连接方法。
上述所说光电耦合单元I和光电耦合单元II分别是由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、稳压二极管D2、光电隔离器E1构成，其与DSP芯片的连接采用常规连接方式；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，光电隔离器E1采用μA709型。
本发明的工作原理：该短路检测保护方法，能自动检测短路电流，保护线路。幅值较高的工频电流、电压信号经过电流、电压互感器变为幅值较小的交流信号，然后进行数/模(A/D转换)在转换。在一个周期内对11路信号(6路电压信号、5路电流信号)进行同步采样，每路信号每个周波采集24个点。DSP对这些数据进行处理，通过傅立叶变换得到电压信号和电流信号的有效值和相对角度。根据保护判据，把这些采集的模拟量和设定值进行比较，从而判断继电器是否动作。
本发明的优越性在于：(1)本发明对6路电压信号和5路电流信号进行处理，克服了对短路电流信号进行处理时，易受其它故障电流波形的影响，提高了系统检测的准确性；(2)该系统以DSP为中心处理芯片，数据量处理量大，实时性和精度高，使得系统结构简单，性价比高，提高系统的快速性。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种基于DSP的短路检测保护系统的结构框图。
图2为本发明所涉一种基于DSP的短路检测保护系统中模拟通道处理单元电路图。
图3为本发明所涉一种基于DSP的短路检测保护系统中MAX125芯片引脚图。
图4为本发明所涉一种基于DSP的短路检测保护系统中光电耦合单元I和光电耦合单元II的电路结构图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种基于DSP的短路检测保护系统(见图1)，包括电压互感器和电流互感器，其特征在于它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单元、光电隔离单元I、光电隔离单元II、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其中所说的模拟通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；所说的DSP中央处理单元的输入端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元II的输入端连接；所说的光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；所说的光电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。
上面所说DSP中央处理单元是由DSP芯片构成，所说的DSP芯片采用Motorola公司的数字信号处理器DSP56F807，它包括不少于一个的I/O接口、不少于一个的外围设备、60K×16位的程序FLASH存储器、2K×16位的程序RAM存储器、8K×16位的数据FLASH存储器和4K×16位数据RAM存储器。
上述所说的模拟通道处理单元(见图2)是由电感L1、电阻R1、电容C1、电感L2、电阻R2、电容C2、稳压二极管D1、稳压二极管D2、电压跟随器A构成，其连接为常规连接，且其输出端按常规连接到A/D转换器上；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，电压跟随器A采用μA709型。
上述所说的A/D转换器(见图3)是由单位14多通道高速模数转换芯片MAX125芯片构成，它包括内置同步采样/保持器，其与DSP芯片采用常规连接方法。
上述所说光电耦合单元I和光电耦合单元II(见图4)分别是由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、稳压二极管D2、光电隔离器E1构成，其与DSP芯片的连接采用常规连接方式；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，光电隔离器E1采用μA709型。
图1中，经电流互感器和电压互感器变换得到的三相交流电压和电流11路模拟信号，模拟输入信号首先经过滤波电路及电压跟随器，采用常规接发连接到A/D转换器上，A/D转换器采用常规接法连接到DSP上.DSP采集经过光电耦合单元处理的开关量输入单元信号，最后DSP发出的信号经光电耦合单元到开关量输出单元。
图2以第一通道模拟信号为例，给出模拟通道处理单元电路。在图2中，D1、D2(双向稳压管)把输入电压限制在±(UZ+UD)范围内，当输入电压超过±(UZ+UD)时，输入电压为(UZ+UD)或-(UZ+UD)时。其中，UZ表示稳压二极管中的电流为规定电流时，稳压二极管两端的电压；UD表示稳压二级管正向导通电压。L1，R1，C1组成低通滤波电路。滤波后提高了带负载能力，加电压跟随器，提高了对模拟输入信号的滤波效果，电压跟随器后再连接一个R2，C2组成的滤波电路。模拟信号经处理后输入到A/D转换器，变为数字信号。
图3为A/D转换器(MAX125芯片)引脚图。该装置与DSP直接连接，将数字信号送入DSP装置。
数字信号经由图4所示处理电路，该处理电路为光电隔离器。当DI1为低电平时，光电隔离器不导通，当DI2为高电平。当DI1为高电平时，光电隔离器导通，DI2为低电平。所以当输入量为高电平时，检测到低电平。经光电隔离后的数字信号送到DSP，DSP对这些数据进行处理，通过傅立叶变换得到11路交流信号的有效值和相对角度。根据保护判据，把这些采集的模拟量和设定值进行比较，从而判断继电器是否动作，完成检测保护任务。
Claims (5)
1.一种基于DSP的短路检测保护系统，包括电压互感器和电流互感器，其特征在于它是由模拟通道处理单元、A/D转换器、时钟单元、DSP中央处理单元、光电隔离单元I、光电隔离单元II、开关量输入单元和开关量输出单元组成；其中所说的模拟通道处理单元的输入端与电流互感器和电压互感器连接，其输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器与DSP中央处理单元呈双向连接；所说的DSP中央处理单元的输入端分别与时钟单元的输出端以及光电隔离单元I的输出端连接；其输出端与光电隔离单元II的输入端连接；所说的光电隔离I的输入端与开关量输入单元的输出端连接；所说的光电隔离单元II的输出端与开关量输出单元的输入端连接。
2.根据权利要求1中所述一种基于DSP的短路检测保护系统，其特征在于所说DSP中央处理单元是由DSP芯片构成，所说的DSP芯片采用Motoro1a公司的数字信号处理器DSP56F807，它包括不少于一个的I/O接口、不少于一个的外围设备、60K×16位的程序FLASH存储器、2K×16位的程序RAM存储器、8K×16位的数据FLASH存储器和4K×16位数据RAM存储器。
3.根据权利要求1中所述一种基于DSP的短路检测保护系统，其特征在于所说的模拟通道处理单元是由电感L1、电阻R1、电容C1、电感L2、电阻R2、电容C2、稳压二极管D1、稳压二极管D2、电压跟随器A构成，其连接为常规连接，且其输出端按常规连接到A/D转换器上；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，电压跟随器A采用μA709型。
4.根据权利要求1或3中所述一种基于DSP的短路检测保护系统，其特征在于所说的A/D转换器是由单位14多通道高速模数转换芯片MAX125芯片构成，它包括内置同步采样/保持器，其与DSP芯片采用常规连接方法。
5.根据权利要求1中所述一种基于DSP的短路检测保护系统，其特征在于所说光电耦合单元I和光电耦合单元II分别是由电阻R1、电阻R2、电阻R3、稳压二极管D1、稳压二极管D2、光电隔离器E1构成，其与DSP芯片的连接采用常规连接方式；所说的稳压二极管D1采用1N746型，稳压二极管D2采用1N746型，光电隔离器E1采用μA709型。
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