微机继电保护装置

微机继电保护装置电力系统继电保护是指继电保护技术和由继电保护装置组成的继电保护系统。继电保护装置在电力系统中承担重要的保护任务，在系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证其它部分恢复正常运行；在系统出现不正常工作状态时，可动作于发出信号、减负荷或跳闸。继电保护在技术上一般应满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的基本要求。微机继电保护的硬件原理从功能上讲，微机保护装置硬件包括四个部分：数据采集系统、CPU主系统、开关量输入/输出回路、电源回路等。其中处理器、数据采集系统对微机保护工作的性能呢个提高影响很大。数据采集系统在微机继电保护装置中，数据采集系统的功能是将输入的模拟量准确的转换为微机能够是别的数字量。微机继电保护装置中的数据采集的速度、精度以及动态范围对保护性能有十分重要的影响。早期的微机继电保护装置中数据采集系统多为基于A/D转换的数据采集系统，以A/D转换器为模拟量到数字量的转换单元。按其原理主要有，逐次逼近是、双积分式、量化反馈式和并行式A/D转换器。该系统使用的芯片比较多，电路复杂，抗干扰性较差。例如基于逐次逼近式A/D转换的数据采集系统，它包括电压形成回路、模拟低通滤波器ALF、采样保持电路S/H、多路转换开关MPX及A/D转换电路等。第二代微机保护采用根据电压频率转换（VFC）原理的计数式数据采集系统。电压频率转换器VFC（VoltageFrequencyConverter）是一种实现模数转换功能的器件，我们可以通过VFC器件与其他电路一起构成数据采集系统，从而实现模拟信号到数字信号的转换功能。该系统用光电隔离实现信号隔离且输出的是方波脉冲，所以抗干扰性较强，同时更容易实现与多单片机系统的多CPU接口。近几年来，人工智能技术和小波分析理论等逐步引入几点保护领域，对采样速度提出了更高的要求。CPU主系统一个基本的CPU主系统包括中央处理器CPU、存储器、晶振电路、复位电路、定时器、I/O接口等、CPU执行放在程序存储器中的程序，对数据采集系统输入到数据存储器的原始数据进行分析处理，完成继电保护的参量、逻辑和控制功能。继电保护装置中的处理器主要有三类：单片机、DSP和嵌入式处理器。单片机与通用的微机相比，在结构、指令设置上有独到之处。单片机的存储器RAM和ROM是严格区分的，采用面向控制的指令系统，多功能引脚，并且具有较强的外部扩展能力。由于单片机具有体积小、面向控制、抗干扰能力强、方便实现多机和分布式控制的优点，所以被应用于微机继电保护装置中。在微机继电保护中要进行大量的数字信号处理，这就需要高速处理能力的微处理器。DSP具有相当强大的处理能力，在相同的主频下，比目前最先进的个人计算机快10~50倍。随着数字信号处理器（DSP）技术的不断推广和应用，DSP强大的处理能力逐渐在微机继电保护装置中得到体现。快速的指令周期、哈佛结构、流水操作、专用乘法器、特殊的指令，加上集成电路优化设计，可以使DSP的指令周期达到200ns。将DSP应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和算法的计算时间。不但可以完成数据采集、信号处理功能，还可以完成以往主要由CPU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。开关量输入/输出回路所谓开关量就是触电状态（接通或断开）或逻辑电平的高低等。微机继电保护装置中，除了模拟量输出外，还有大量的开关量输入和输出。与微机继电保护相关的外设的开关量状态通过输入回路送入CPU，CPU将相关的开关量指令输出到执行回路。为了提高稳定性，开关量输入/输出回路中应用光电偶和隔离实现信号传递和干扰的隔离。