分析基于DSP的变电站综合自动化系统中新型保护、测量以及控制装置的研制

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[摘 要]为了给我国城乡提供更优质、更稳定、更可靠的供电服务，近些年我国大力改造升级城乡电网，不仅对其高压一次设备进行改进，更加重点的突出了二次保护测控设备的升级，从传统的8/16位单片机保护测控单元更新为独立保护、测量控制的集中组屏方式，这种数字处理模式使得发电规模日益庞大、接线日益复杂、系统浪费日益严重、现场维护极为不便的变电站系统得到了全方位的优化进步，通过DSP将变电站分散式保护、测控集中起来，使得整个系统大幅度提升了其运行可靠性、安全性和经济效益性，因此本文就对此进行研究分析。

[关键词]DSP（数字信号处理器）；综合自动化；继电保护；测量控制；分析

中图分类号：G562 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0003-01

在变电站综合自动化系统中，电力系统的新型保护、测量控制装置和管理是其确保该系统稳定准确控制和安全顺利运行的基本保障和核心组成部分，而DSP作为一种比较适合数字信号处理的微数字信号处理器，能够快速实现不同数字信号处理算法，比起传统单片机的保护来说，基于dsp的变电站综合系统就能够更加灵活高效实现保护、测量和控制于一身，能够优化系统运行，提高系统运行效益和安全稳定。因此从DSP处理器被应用到变电站自动化系统中，不同电力企业行业都相继研究开发其新型保护、测量和控制装置，并取得了一定的应用成果。对此，本文就提出来基于DSP基础上的变电站综合自动化系统，通过采用分层、分布和面向对象的设计思路和原则来讲其保护测控装置中保护、测量和控制等功能综合起来，给企业带去更大的运行、控制和维护方便，也提高相关企业的经济效益和社会效益。

一、数字信号处理器和继电保护概述

数字信号处理就是将数字或者符号通过计算机及相应专用处理及其来处理这些序列使得这些信息呈现为人们希望的信号形式，通常信号处理可以通过计算机应用软件、计算机系统加速处理设备、单片机以及DSP芯片来实现。目前适用性最强，应用范围最广，效果也最好的就是DSP芯片，如TI、NEC、AD等企业都是知名DSP芯片生产商，尤其是TI生产的DSP芯片更是以通用性强、简单易用出名，广受市场喜爱。

继电保护装置是电力系统安全、稳定和经济运行的防卫，能够在系统故障时切断故障设备，避免系统故障造成更严重后果和损失。然而如果继电保护装置出现失误或者拒动，也会给整个电力系统造成更大的损失。一般继电保护设备只在故障时动作，其他时间都是电力系统的无声警卫，对此如果继电保护设备有故障就很难被察觉，因此电力企业通常对继电保护装置的可靠性和信赖性的要求就极高，而基于DSP的微机继电保护的自我监视和自我检测功能就大大满足了电力系统对继电保护的要求。此外由于继电保护设备在投入使用状态中是不能进行调整试验，因此继电保护设备就必须要具备极强的适应性，能处理各种电力系统运行模式和复杂故障工况。继电保护一般分为发电机、变压器、线路以及电动机保护，不同保护对象也有相应的保护措施，能够实现相间电流、零序电流、加速、过负荷、低频减灾、重合闸以及PT断线检测等等保护效能。

通常在变电站自动化系统继电保护装置中，其常用的数字信号处理算法有半波/全波傅立叶算法、FFT算法等，其中全波傅里叶算法能精确平稳对畸变波形基波分量作出反应，也不容易受到随机干扰信号影响，这种算法处理响应时间和运算量都很多；半波傅里叶算法虽然效果不如前者，但是其运算量则大大降低；而FFT算法相比起前面两种都有较大的优越性，因此本文采取FFT为系统软件核心算法。

三、系统设计

基于DSP芯片的新型保护、测量控制系统主要包括存储器、复位监控时钟电路、数据前向通道、通信接口电路以及CPLD可编程逻辑，按照这种内容结构该系统电流/电压互感器将电网信号转化为弱点信号并由A/D采样，通过模拟量转换为数字量后就传递到DSP处理器中进行专门数字吹了，从而计算出电路有效电压、电流和瞬时功率等数据，最后借助FFT进行频谱分析，从而实现其继电保护可靠运行。此外，其采集板软硬件同步设备和扩展设备也能够保存系统运算数据定值，同时调节其采样频率。

当然其硬件设计也要考虑其实时、精确迅速的故障诊断检测系统（信号拾取、调理以及转换）；可扩展性的存储器电路（能传送SDA数据、产生模拟SCL信号）；具备监视功能的自动复位和时钟电路；高密度、高性能、系统可编程、快闪存储、保密抗干扰、驱动负载强、引脚锁定功能强的CPLD可编程逻辑设计，那么其系统程序流程就可以如图1：

当然该系统也有采样中断服务，结合该设计系统和保护测控装置，其比较适用于110KV及以下变电站，能够为该变电站电力系统提供一套保护、测量和控制效能，实现远程测量、控制、通信，具备极高的应用价值和性价比。

结束语

在我国电力行业继电保护领域中，就继电保护装置从当初的电磁型、晶体管型、集成电路型到微处理机型的发展历程中，都是我国电力企业科学技术人员和研究专家孜孜不倦的努力研究和试验探索而取得的，我国从八十年代后期就已经研发出能应用到高压电网的微处理机继电保护装置，当前基于DSP变电站系统的保护、测量和控制装置的设计研发也不胜枚举，这些保护装置系统具备强大的自检功能和保护效能，其独立的保护装置和人机界面、快速的系统数据采用、完整的通讯操作更是使得该装置运行应用效果良好，对我国电力系统自动化技术的进步有着深远的作用和影响。

参考文献

[1] 叶曙光.基于DSP的变电站综合自动化系统中新型保护、测量以及控制装置的研制[D].南京理工大学：控制理论与控制工程，2003.

[2] 李淑锋，王成.基于DSP技术的变电站综合自动化系统简介[J].电子设计工程，2009（1）.

[3] 佟明睿.浅谈变电站综合自动化系统[J].科技致富向导，2011（12）.