引言
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看,全分散式的設(shè)計(jì)思想越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性。由于變電站的數(shù)據(jù)量和信息量大,實(shí)時(shí)性要求高,則將高性能DSP應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方案中。其內(nèi)部哈佛結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)空間和程序空間分離,獨(dú)立的總線和程序總線允許程序數(shù)據(jù)同時(shí)操作;具有獨(dú)特的逆尋址方式,能高效的進(jìn)行快速傅立葉變換運(yùn)算降低了軟件的編寫困難;采用內(nèi)存映射方式管理I/O,能靈活方便的擴(kuò)充外圍電路。
本文的創(chuàng)新點(diǎn)是將32位定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2812應(yīng)用在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中,并引入了電能質(zhì)量分析理論,對(duì)電壓、電流信號(hào)的奇次諧波進(jìn)行了全面分析,提高了控制部件動(dòng)作準(zhǔn)確度的同時(shí)縮短了故障恢復(fù)時(shí)間,相應(yīng)就提高了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的性能。
1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
采用TI 2000系列的TMS320F2812芯片為核心處理器,整體采用全分散式結(jié)構(gòu),集監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、遠(yuǎn)動(dòng)等為一體的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示:
主要保護(hù)和測(cè)控單元有:(1)線路保護(hù)和測(cè)控單元;(2)主變差動(dòng)和測(cè)控單元;(3)主變后備保護(hù)和測(cè)控單元;(4)電容保護(hù)和測(cè)控單元;(5)備用電源自投和測(cè)控單元;(6)電動(dòng)機(jī)保護(hù)和測(cè)控單元;(7)PT保護(hù)和測(cè)控單元;(8)中央信號(hào)單元;各個(gè)保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在監(jiān)控室或一次設(shè)備附近,便于安
裝,維護(hù)管理。監(jiān)控主機(jī)發(fā)命令給各個(gè)單元和遠(yuǎn)方調(diào)度集控中心,進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。
2 各單元硬件電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)各個(gè)保護(hù)和測(cè)控單元的硬件結(jié)構(gòu)相似,分模擬量輸入,核心處理器,開關(guān)量輸入、輸出,人機(jī)接口,通訊和電源模塊六大部分。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示:
2.1模擬量輸入
模擬量有線路電壓、電流,及其頻率,變壓器油溫、變電站室溫等等。電力系統(tǒng)的電壓電流信號(hào)不能直接送到A/D器件的輸入端轉(zhuǎn)換,而要先經(jīng)PT,C T(密互感器CT05)將電壓電流降低,再經(jīng)精密互感器(TV)和信號(hào)調(diào)理電路(OP07,C1,R3,R4,R5),電位提升(R6,R7),限幅作用(D3,D4),限制進(jìn)入DSP的電壓范圍在0~3V。線路電流采集電路如圖3所示:
圖3 模數(shù)轉(zhuǎn)換前置電路
2.2 核心處理器[3]和電源模塊
CPU選用TI公司TMS320F2812 DSP芯片,最高頻率可達(dá)150MHz。通過軟件?
編程可對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)字信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速傅立葉變換,即可直接提取出所需要的各次諧波進(jìn)行計(jì)算和繼電保護(hù),軟件和硬件的設(shè)計(jì)難度大大降低;在結(jié)構(gòu)上,內(nèi)部集成了豐富的外設(shè),自帶兩組8選1 的12位A/D輸入端口,可實(shí)現(xiàn)并發(fā)和級(jí)聯(lián)采樣兩種模式,已很好的滿足實(shí)用需要,可實(shí)現(xiàn)真正的同步采樣,提高了采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)同步性;可支持eCAN(enhance Controller Area Network),RS232,RS485,LONWORKS,以太網(wǎng),光纜,無(wú)線等等多種形式的通信。指令系統(tǒng)采用流水線操作,減小了指令周期到6.67ns,大大提高了計(jì)算速度和實(shí)時(shí)性;采用內(nèi)存映射方式管理I/O,能靈活方便的擴(kuò)充外圍電路。在性能上,具有八級(jí)流水線,完全可以避免從同一地址進(jìn)行讀寫而造成的秩序混亂。
電源采用TPS767D318電源轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)DSP所需的1.8V,1.8VA,3.3V,3.3VA電壓,其中模擬地和數(shù)字地用小電阻或磁珠連接,防止電磁干擾。
2.3開關(guān)量和人機(jī)對(duì)話部分
開關(guān)量輸入、輸出部分是微機(jī)保護(hù)與外部設(shè)備的聯(lián)系部件,采用光電隔離器件,起信號(hào)隔離和電平轉(zhuǎn)換的雙重作用,主要用來接受來自外部設(shè)備的開關(guān)量輸入號(hào)和向外部設(shè)備發(fā)送開關(guān)量信號(hào)。
人機(jī)對(duì)話部分包括按鍵(6個(gè))、3.3V供電的液晶LCM128645ZK顯示器,打印機(jī)及信號(hào)燈、音響及語(yǔ)音報(bào)警等,利用DSP的GPIOA,B口,連接按鍵和液晶,如圖5所示:
圖4 鍵盤與液晶顯示電路
2.4通訊
該模塊實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間,及其與監(jiān)控主機(jī)之間的信息傳輸。TMS320F2812自帶1個(gè)eCAN和2個(gè)SCI和1個(gè)SPI通訊接口,可同時(shí)支持eCAN,RS-232和RS-485總線多種通訊形式。eCAN總線連接方便,而且具有優(yōu)良的錯(cuò)誤處理機(jī)制及可靠的數(shù)據(jù)傳輸性能,很好的滿足變電站綜合自動(dòng)化的要求。
圖5 DSP與eCAN總線接線圖