專利名稱：電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)基本采用的都是90年代的產(chǎn)品。這些錄波器大都是 從微機(jī)繼電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來(lái)，采用分辨率為12位或者更低的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，處理器由 于受當(dāng)時(shí)科技與價(jià)格的限制，通常是8位或者16位的單片機(jī)，片上RAM容量也很小，通過(guò) 串口或者并口進(jìn)行通信。近年來(lái)DSP芯片技術(shù)飛速發(fā)展，隨之電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的迅速提 高，相比之下，原有故障錄波器的許多性能指標(biāo)明顯落后，特別是在高速故障錄波和錄波數(shù) 據(jù)分析方面尤其落后。
二十世紀(jì)九十年代的電力故障錄波器基本都是獨(dú)立工作的微機(jī)型設(shè)備，需要定期對(duì)其內(nèi) 部存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行備份和清理。不具備實(shí)時(shí)通信能力，不能及時(shí)地將故障數(shù)據(jù)記錄并上傳以備 進(jìn)行進(jìn)一步分析，且其精確度與實(shí)時(shí)性都已不能滿足現(xiàn)在的電力故障錄波要求。隨著DSP技 術(shù)的發(fā)展，目前電力故障錄波設(shè)備的研制已主要轉(zhuǎn)向DSP芯片環(huán)境的開(kāi)發(fā)研制，而且錄波設(shè) 備在通信能力上也作了很多改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有電力故障錄波設(shè)備存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè) 錄波裝置及方法。
本發(fā)明包括三個(gè)子系統(tǒng)檢測(cè)錄波子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)、對(duì)時(shí)子系統(tǒng)(如圖1所示)。 錄波子系統(tǒng)就是本發(fā)明電能質(zhì)量和故障檢測(cè)裝置(錄波器)，它對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)故障 診斷，實(shí)施檢測(cè)與記錄電能質(zhì)量參數(shù)，特別是故障發(fā)生時(shí)(前后一段時(shí)間)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電參 量變化及開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障信息傳輸與保護(hù)及安全裝置日常運(yùn)行監(jiān)測(cè) 的雙重作用。對(duì)時(shí)子系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)間，保證系統(tǒng)時(shí)間的同步。 1. 1檢測(cè)錄波子系統(tǒng)
錄波子系統(tǒng)是由多個(gè)錄波設(shè)備結(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)結(jié)點(diǎn)與上位機(jī)組成c/s (服務(wù)器/客戶端)
結(jié)構(gòu)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)故障診斷，記錄故障發(fā)生時(shí)的動(dòng)態(tài)電參量及開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。每個(gè)
檢測(cè)錄波設(shè)備由信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)處理模塊和通信調(diào)度模塊組成，圖2所示是基于信號(hào)處 理(DSP)與通信調(diào)度管理(CCM)雙處理器結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與錄波裝置的方框圖。 ■信號(hào)調(diào)理模塊
信號(hào)調(diào)理模塊負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)數(shù)字s與摸擬量信號(hào)的隔離與變換以供信號(hào)處理模板進(jìn)行采
樣，對(duì)模擬量還要進(jìn)行濾波處理，以消除5kHz以上的干擾。 一個(gè)錄波設(shè)備支持8路模擬量， 可以接入4路電流、4路電壓，支持8路開(kāi)關(guān)量。模擬量直接來(lái)自電力設(shè)備，而開(kāi)關(guān)量則由 相應(yīng)裝置空觸點(diǎn)送來(lái)。信號(hào)調(diào)理模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)見(jiàn)第四節(jié)"檢測(cè)錄波裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)"。 ■信號(hào)處理模塊
信號(hào)處理模塊是整個(gè)故障錄波系統(tǒng)的核心，要求有很高的實(shí)時(shí)性及檢測(cè)精度。它對(duì)經(jīng)過(guò) 前端處理后的模擬量與數(shù)字量進(jìn)行采樣，依據(jù)啟動(dòng)判據(jù)，診斷是否有故障發(fā)生。當(dāng)發(fā)生故障 時(shí)，負(fù)責(zé)記錄有關(guān)系統(tǒng)電參量的變化過(guò)程及繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為。為了提高 數(shù)據(jù)測(cè)量的精度及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，在硬件上選用分辯率為16位的A/D轉(zhuǎn)換器和高速高 精度的DSP芯片。本模塊由DSP處理器、模擬量采樣模塊、開(kāi)關(guān)量采樣模塊、存儲(chǔ)模塊及與 調(diào)度模塊通信接口四部分組成，與調(diào)度模塊通過(guò)雙端口 RAM連接，實(shí)現(xiàn)故障記錄的上傳。
DSP選用TI公司的浮點(diǎn)處理器TMS320C33芯片，TMS320C33是C3x系統(tǒng)的第四個(gè)型號(hào)， 成本低，支持32位浮點(diǎn)運(yùn)算，主頻60M。其具有以下特點(diǎn)
TMS320C33采用了具有很高并行性的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，它是分開(kāi)的程序總線(PADDR和 PDATA)、數(shù)據(jù)總線(DADDRI， DADDR2和DDATA)和DMA總線(DMAADDR和DMADATA)，使程序的提 取、數(shù)據(jù)存取和DMA的存取可以并行地進(jìn)行。這些總線連接所有C33的地址空間(片內(nèi)，片外 MEMORY,外圍共16MX32)。
TMS320C33具有兩個(gè)外部接口主總線和擴(kuò)展總線，它們都包含一個(gè)32位數(shù)據(jù)總線和一 組控制信號(hào)，外部總線寬度可配置為8/16/32位，使用十分方便靈活。C33具有16M x32的 尋址空間，為廉價(jià)的大容量存儲(chǔ)器的配置、RTOS系統(tǒng)的引入創(chuàng)造了有利的條件。
TMS320C33片內(nèi)的DMA功能使得CPU與I/O操作可同時(shí)進(jìn)行。DMA控制器可以在存儲(chǔ)器的 任何地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作而不干擾CPU的操作，因此TMS320C33可以操作外部的慢速存儲(chǔ)器或 外部接口而不降低CPU的吞吐量。
TMS320C33還具有BOOT(即程序加載)功能，將慢速的EPROM的程序加載到高速的內(nèi)部RAM 區(qū)，保證DSP在與慢速存儲(chǔ)器配合時(shí)能以高速運(yùn)行。
TMS320C33支持匯編及ANSI C的混合編程，并提供了 C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具和C庫(kù)函數(shù)、匯編 程序庫(kù)函數(shù)。其仿真器人機(jī)界面是基于DOS或WINDOWS的圖形窗口界面，調(diào)試程序有多種斷 點(diǎn)和單步服務(wù)，調(diào)試中可隨時(shí)查閱各源文件，頭文件，庫(kù)函數(shù)等。此外C33的標(biāo)準(zhǔn)化、系列 化的硬件庫(kù)、軟件庫(kù)十分完善。
基于TMS320C33的信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)見(jiàn)第四節(jié)。 ■通信調(diào)度管理模塊
通信調(diào)度管理單元是檢測(cè)錄波設(shè)備與上位機(jī)服務(wù)器的橋梁。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，它負(fù)責(zé)接收 數(shù)據(jù)處理單元的故障記錄，然后把數(shù)據(jù)緩存到FLASH中，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)、CAN總線、485總 線等通信接口上傳至上位機(jī)，供專家進(jìn)一步的故障分析。另外，通信處理單元也負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上 位機(jī)下達(dá)的遠(yuǎn)程控制指令。
通信調(diào)度管理的核心單元主要是負(fù)責(zé)一系列事務(wù)性的處理工作，在這方面ARM微處理器 具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本方案選用意法半導(dǎo)體公司的STR710FZ2，它采用16/32位ARM7TDMI RISC 作為處理器內(nèi)核，并且擴(kuò)充至256+16K字節(jié)的片內(nèi)Flash和64K片內(nèi)RAM。它還擁有可尋址4 個(gè)存儲(chǔ)器段的外部存儲(chǔ)器接口 (EMI)，支持SRAM、 Flash以及ROM等存儲(chǔ)器類型。提供三種 不同的啟動(dòng)模式，包括從片內(nèi)Flash,內(nèi)部RAM和外部存儲(chǔ)器等啟動(dòng)模式。外部采用0 16MHz 晶振，在內(nèi)部Flash中運(yùn)行代碼時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行速度可達(dá)50MHz時(shí)鐘頻率。另外外部的32KHz
備用晶振可以提供日歷功能。
STR710FZ2有48個(gè)多功能雙向I/O 口線，有14個(gè)可設(shè)為喚醒和中斷輸入的I/O, 8個(gè)高 電流I/0口可吸納8mA的電流。它的通信接口資源非常豐富，有2個(gè)I2C接口(1個(gè)與SPI接 口復(fù)用)，4個(gè)UART異步串口， 2個(gè)帶緩沖同步串口(BSPI)， CAN2. O接口， USB2. 0全速Device 接口，具有掛起和喚醒功能?；赟TR710FZ2的通信調(diào)度管理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)詳見(jiàn)第四節(jié)。 1.2遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)
遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)由上位機(jī)服務(wù)器及Internet客戶端組成。上位機(jī)與每個(gè)錄波結(jié)點(diǎn)組成 C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障信息傳輸與保護(hù)及安全裝置日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)的雙重作用。通過(guò)Internet 技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享，相關(guān)人員也可以訪問(wèn)服務(wù)器上的故障記錄，做進(jìn)一步的故障分析。監(jiān)控 系統(tǒng)主要分三部分通信模塊、用戶交互模塊、錄波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。通信模塊集成了 CAN總 線、以太網(wǎng)、485總線三種通信方式與設(shè)備結(jié)點(diǎn)通信，用戶可以根據(jù)條件選擇其中的一種或 多種。用戶交互模塊是整個(gè)故障錄波系統(tǒng)的用戶接口，其提供的主要功能如圖3所示。
上位機(jī)軟件在VC++6. 0平臺(tái)下開(kāi)發(fā)完成。界面與網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)發(fā)分別借助了兩個(gè)強(qiáng)大的類 庫(kù)——MFC[16]與ACE[17]應(yīng)用程序框架。MFC (Microsoft基本類庫(kù)，Microsoft Foundation Class Library)是微軟公司對(duì)龐大的標(biāo)準(zhǔn)Win32 API函數(shù)的封裝，提供了圖形環(huán)境下應(yīng)用程 序的框架及創(chuàng)建應(yīng)用程序的組件。MFC的分層設(shè)計(jì)讓用戶能夠根據(jù)需要輕松擴(kuò)展框架。MFC的 消息映射機(jī)制使開(kāi)發(fā)者很容易完成窗口事件、系統(tǒng)消息的處理。但是MFC也有缺點(diǎn)，如網(wǎng)絡(luò) 編程方面，MFC提供的CSocket類只是對(duì)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行了簡(jiǎn)單的封裝，對(duì)線程的支持不是 很好，而在C/S結(jié)構(gòu)中線程編程又是必須的。所以開(kāi)發(fā)人員更喜歡其它的框架或直接使用 Windows提供的到Socket API接口函數(shù)，本系統(tǒng)中使用了 ACE框架。
ADAPTIVE Communication Environment (ACE)是一種免費(fèi)開(kāi)放源代碼的、采用面向?qū)ο?設(shè)計(jì)的、功能強(qiáng)大的工具包，為網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了實(shí)用的類庫(kù)、框架及設(shè)計(jì)模式， ACE另一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是跨平臺(tái)性。ACE的使用對(duì)象是面向開(kāi)發(fā)高性能與實(shí)時(shí)通信服務(wù)應(yīng)用的 開(kāi)發(fā)，對(duì)操作系統(tǒng)API及網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行封裝，在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面有優(yōu)勢(shì)，比如提供 了更好的線程支持。ACE提供豐富的接口，通過(guò)這些接口可方便的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)事件分離與事件 處理的分發(fā)、信號(hào)量處理、服務(wù)初始化、進(jìn)程間通信、共享內(nèi)存管理、消息路由、分布式服 務(wù)的動(dòng)態(tài)配置、并發(fā)執(zhí)行與同步。使用ACE比直接使用Sockets API函數(shù)節(jié)省50%的開(kāi)發(fā)時(shí)間。
MFC與ACE框架在視圖與網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)方面各有優(yōu)勢(shì)，有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。在本系統(tǒng)中同時(shí)得到應(yīng)用。 1.3對(duì)時(shí)子系統(tǒng)
對(duì)時(shí)子系統(tǒng)利用GPS所提供的精確授時(shí)的功能，提供系統(tǒng)時(shí)間及保證系統(tǒng)時(shí)間同步。對(duì) 時(shí)子系統(tǒng)核心功能由對(duì)時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)，其與各個(gè)錄波結(jié)點(diǎn)組成C/S結(jié)構(gòu)。對(duì)時(shí)模板采用Motorola 公司的16位微處理器MC9S12D64進(jìn)行控制，接收GPS時(shí)間數(shù)據(jù)，然后通過(guò)自帶的CAN總線控 制器分發(fā)給各個(gè)錄波結(jié)點(diǎn)。
對(duì)時(shí)模塊采用GARMIN的GPS OEM產(chǎn)品，具有12通道的GPS接收機(jī)。它同時(shí)可以跟蹤多 達(dá)12顆GPS衛(wèi)星，從而能夠快速的定位。GARMIN的GPS接收機(jī)功耗非常小，數(shù)據(jù)更新率為 每秒一次。在設(shè)計(jì)上，這些GPS接收機(jī)使用了最新的科技和高水平的電路集成技術(shù)，在達(dá)到高性能的同時(shí)減小了體積和功耗。其中全部的重要元器件，包括RF/IF接收機(jī)硬件和數(shù)字基 帶部分，都是由GARMIN來(lái)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的，以保證其質(zhì)量和性能。GARMIN的GPS接收機(jī)OEM 板從硬件和軟件上都易于使用，適合做系統(tǒng)集成。簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，除GPS外還要包括外部電源 和GPS天線。與GPS系統(tǒng)的通信可以通過(guò)RS232或CMOS電平的串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)。GPS接收機(jī)OEM 板中可以將衛(wèi)星軌道參數(shù)、上次定位位置、時(shí)間和日期等數(shù)據(jù)保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器，接收機(jī)內(nèi) 部有備用電池為存儲(chǔ)器供電。
對(duì)時(shí)模板采用Motorola公司的16位微處理器MC9S12D64進(jìn)行控制，通過(guò)RS232與GARMIN 連接接收GPS時(shí)間數(shù)據(jù)，然后通過(guò)CAN總線把接收到時(shí)間分發(fā)給各個(gè)錄波設(shè)備。另外對(duì)時(shí)模塊還 通過(guò)一個(gè)1/0線與各個(gè)錄波設(shè)備連接，每一秒鐘發(fā)出一個(gè)對(duì)時(shí)脈沖。圖4是對(duì)時(shí)模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
本發(fā)明電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)記錄裝置(簡(jiǎn)稱檢測(cè)錄波裝置或錄波器)，是一個(gè)具 有高度數(shù)字化、集成化、實(shí)時(shí)性和具備聯(lián)網(wǎng)與通信功能的系統(tǒng)。下面分硬件和軟件(包括算 法)兩部分對(duì)其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。 2.1檢測(cè)錄波裝置的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2.1.1信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
根據(jù)用戶需求分析，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，輸入額定電流有效值IN=5A，線性范圍為工 頻有效值0.5A—100A，測(cè)量誤差要求在5A時(shí)《0.025A。系統(tǒng)選用兵字TA1420立式穿芯小型 精密交流電流互感器，互感器變比為6000: 1，它具有全封閉、機(jī)械和耐環(huán)境性能好、電壓 隔離能力強(qiáng)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。圖5是電流信號(hào)調(diào)理電路原理圖。
對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，輸入額定相電壓有效值U,57.7V，線性范圍為工頻有效值5.77V 一115.4V,測(cè)量誤差要求同極性輸入電壓60V時(shí)《0.5y。。本系統(tǒng)選用兵字TV1013-1型微型精 密交流電壓互感器，互感器變比為l: 1。圖6是電壓信號(hào)調(diào)理電路原理圖。
在對(duì)電流及電壓信號(hào)隔離互感后，每一路輸入信號(hào)都經(jīng)過(guò)了一級(jí)電壓跟隨，用以增大輸 入阻抗，減少外界擾動(dòng)影響。
信號(hào)調(diào)理模塊主要依據(jù)兩點(diǎn)而做出的改進(jìn)， 一方面在后續(xù)信號(hào)處理單元選用16位高精度 雙極性模擬輸入AD7656作為ADC轉(zhuǎn)換芯片，所以模擬信號(hào)在輸入之前無(wú)需再經(jīng)過(guò)單極性調(diào)整 過(guò)程，而且可采用通用運(yùn)算放大器代替高精度、低漂移運(yùn)算放大器。另一方面是與錄波判據(jù) 算法有關(guān)，算法主要采用將時(shí)頻域下的波形數(shù)據(jù)通過(guò)FFT算法轉(zhuǎn)換到頻域中計(jì)算得到不同頻 域下的分量大小，再結(jié)合具體判據(jù)條件實(shí)現(xiàn)故障錄波。與前次基于FIR濾波算法不同，因?yàn)?在數(shù)據(jù)處理單元采用FFT方法分析得到電力波形中包含的不同頻段的頻率特征，這樣就可以 省去在信號(hào)調(diào)理單元復(fù)雜的硬件巴特沃思濾波器設(shè)計(jì)濾除特定頻段范圍的高頻噪聲，在很大 程度上降低了系統(tǒng)成本。
2.1. 2信號(hào)處理及通信調(diào)度模塊硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)方案整體思路主要分兩個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理單元和通信處理單元。數(shù)據(jù)處理單元是以 10K采樣速率(50Hz、 一個(gè)周期采樣200點(diǎn))實(shí)時(shí)采集經(jīng)過(guò)ADC轉(zhuǎn)換進(jìn)入DSP數(shù)據(jù)算法單元，依 據(jù)啟動(dòng)判據(jù)條件啟動(dòng)錄波進(jìn)程，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙口 RAM。數(shù)據(jù)處理部分還需完成上位機(jī)下達(dá)的控 制指令操作。通信處理單元主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)與外部的通信功能，將雙口 RAM中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash
并發(fā)送至PC主機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò)中。另上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的控制指令也需要通信處理單元下達(dá)給數(shù)據(jù) 處理部分。圖7是包括數(shù)據(jù)處理和通信處理兩部分主要器件的檢測(cè)錄波裝置硬件設(shè)計(jì)方框圖。
設(shè)計(jì)在通信處理部分使用基于ARM7內(nèi)核的STR710完成。數(shù)據(jù)處理部分采用TMS320C33 實(shí)現(xiàn)。在A/D轉(zhuǎn)換上選用兩片雙極性16位精度的AD7656, CPLD選用3200門(mén)的XC95144XL實(shí) 現(xiàn)所需的邏輯控制指令。下面對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵部分電路簡(jiǎn)單介紹。
■ A/D轉(zhuǎn)換電路
經(jīng)調(diào)查適用于電力參數(shù)監(jiān)測(cè)背景的A/D轉(zhuǎn)換芯片主要有三種型號(hào):MAX125、ADS8364、AD7656。 區(qū)X125:高速每通道轉(zhuǎn)換時(shí)間3us、 2X4通道、14位帶同步釆樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換器。8路
4通道吞吐率可達(dá)250ksps。模擬輸入范圍土5V，內(nèi)部帶+ 2. 5V電壓參考，供電電壓土5V，
數(shù)字量輸出電平5V。
ADS8364: 16位、高速250KHz、 6通道同步全微分輸入。模擬輸入范圍0 5V，單5V供 電，內(nèi)部帶+ 2.5V電壓參考。
AD7656: 16位、2X3通道雙極性高阻模擬輸入，通道最高吞吐率可高達(dá)250ksps?？蛇x 雙極性模擬輸入范圍土10V、 士5V，內(nèi)部包含2.5V電壓參考。模擬供電電源4. 75V 5.25V, 數(shù)字供電電源4. 75V 5. 25V，邏輯電壓2. 7V 5. 25V。
從用戶的需求可知，14位AD轉(zhuǎn)換結(jié)果已經(jīng)很難滿足測(cè)量精度的要求，MAX125的數(shù)字電 平為5V與數(shù)字信號(hào)處理單元DSP電壓不一致，所以MAX125我們首先排除。AD7656與ADS8364 同為16位轉(zhuǎn)換位數(shù)高速AD轉(zhuǎn)換器，但是AD7656相比ADS8364有很多的優(yōu)勢(shì)，ADS8364為單 極性輸入，所以信號(hào)在輸入之前還需要經(jīng)過(guò)一個(gè)單極性調(diào)整的過(guò)程，將電壓范圍在-2.5 2.5V 的輸入信號(hào)調(diào)整至0 5V。
AD7656為雙極性高阻抗模擬輸入，輸入范圍可設(shè)定為士10V，這樣可以將信號(hào)調(diào)理電路 輸出的-10V +10V調(diào)理信號(hào)直接作為ADC的輸入信號(hào)，輸入范圍增大一倍，信號(hào)的信噪比也 提高一倍。所以我們選定AD7656作為A/D轉(zhuǎn)換電路芯片。
模數(shù)轉(zhuǎn)換采用兩片AD7656高速采樣芯片分別采集電力系統(tǒng)的電流與電壓信號(hào)。AD7656 包括6路16位高速通道，實(shí)現(xiàn)雙極性模擬輸入，支持并口和高速串口通信方式，本設(shè)計(jì)為獲 得較高的傳輸速率采用并口方式將結(jié)果掛接到DSP數(shù)據(jù)總線上。每片AD只用到了 Vl-V3，與 前端電壓跟隨電路相連，對(duì)三路信號(hào)同時(shí)釆樣。兩片AD7656可以同時(shí)獲得兩路的轉(zhuǎn)換結(jié)果， 分別為總線上低16字節(jié)和高16字節(jié)。
AD7656采樣過(guò)程是DSP向CPLD發(fā)出訪問(wèn)ADC的信號(hào)，再由CPLD組合出邏輯信號(hào)時(shí)序，控制ADC 完皿樣和轉(zhuǎn)換過(guò)程。采用AD7656實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換電路硬件原理設(shè)計(jì)如圖8所示。
■邏輯控制單元CPLD
邏輯控制單元選用3200門(mén)的XC95144XL實(shí)現(xiàn)所需的邏輯控制指令。CPLD實(shí)現(xiàn)的控制信 號(hào)包括對(duì)外部存儲(chǔ)空間的片選及讀寫(xiě)信號(hào)，軟件方式實(shí)現(xiàn)DSP看門(mén)狗，以及ADC的選通、 啟動(dòng)和開(kāi)關(guān)量變化的檢測(cè)。采用XC95144XL實(shí)現(xiàn)的邏輯控制單元硬件原理設(shè)計(jì)如圖9所示。
■復(fù)位電路
DSP的復(fù)位電路是通過(guò)TI專用電源芯片TPS70351，它專用于DSP芯片的雙電源3. 3V、
1. 8V供電和提供所需的RESET信號(hào)。DSP與STR的啟動(dòng)順序是先STR后DSP，所以提供給DSP 的復(fù)位信號(hào)應(yīng)由STR來(lái)提供。利用STR可使能電源芯片TPS70351的使能引腳，達(dá)到可靠復(fù)位 DSP的目的，事先電路原理見(jiàn)圖18。
■信號(hào)處理單元與通信處理單元接口——雙端口RAM
信號(hào)處理單元模塊通過(guò)雙端口 RAM與通信處理單元相連。雙端口 RAM采用4K 16位的 IDT7024芯片，該芯片具有兩組獨(dú)立的地址線(12位)、數(shù)據(jù)線(16位)、片選線和讀寫(xiě)使能 線，它們分別與DSP和STR相連。另外它有兩個(gè)中斷引腳，分別與DSP和STR的外部中斷線 連接。DSP和STR —方進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)會(huì)在一根中斷引腳上產(chǎn)生中斷，另一方必須通過(guò)讀這個(gè) 單元才能清掉中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單、安全和有效傳輸。采用IDT7024實(shí)現(xiàn)兩單元接口的硬 件原理設(shè)計(jì)如圖IO所示。
■信號(hào)處理單元和通信處理單元
信號(hào)處理模塊是整個(gè)故障錄波系統(tǒng)的核心，要求有很高的實(shí)時(shí)性及檢測(cè)精度。它對(duì)經(jīng)過(guò) 前端處理后的模擬量與數(shù)字量進(jìn)行采樣，依據(jù)啟動(dòng)判據(jù)，診斷是否有故障發(fā)生。當(dāng)發(fā)生故障 時(shí)，負(fù)責(zé)記錄有關(guān)系統(tǒng)電參量的變化過(guò)程及繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為。為了提高 數(shù)據(jù)測(cè)量的精度及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，在硬件上選用高速高精度的TMS320C33 DSP芯片。 前面已有對(duì)TMS320C33 DSP芯片的特性介紹，這里不再贅述。圖11是基于TMS320C33 DSP芯 片的信號(hào)處理單元電路原理圖。
通信處理單元是錄波設(shè)備與上位機(jī)服務(wù)器的橋梁。它負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)處理單元的監(jiān)測(cè)分析 及故障記錄，然后把數(shù)據(jù)緩存到FLASH中，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)、CAN總線、485總線等通信接口 上傳至上位機(jī)。另外，通信處理單元也負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)下達(dá)的遠(yuǎn)程控制指令。通信處理的核 心是負(fù)責(zé)一系列事務(wù)性的處理工作，在這方面ARM微處理器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。方案選用意法 半導(dǎo)體公司的STR710FZ2，前面己有對(duì)它的特性介紹，這里不再贅述。圖12是基于STR710FZ2 的通信處理單元電路原理圖。
■ RS-232C串行通信接口
STR710微處理器有4個(gè)異步串行通信接口 (UART)。通信處理單元通過(guò)UART2連接到PC機(jī)的 標(biāo)準(zhǔn)9針串口，通過(guò)超級(jí)終端與用戶交互通信。它的主要作用是在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，打印調(diào)試信 息。串口的電平轉(zhuǎn)換(驅(qū)動(dòng))芯片使用Maxim公司的MAX3232芯片，其電路原理如圖13所示。
■ RS-485通信接口
RS-485標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中常用的總線通信標(biāo)準(zhǔn)，通信處理單元提供了 RS-485總線通信 方式與上位機(jī)通信。利用STR710的UART3作為RS-485接口 ，驅(qū)動(dòng)芯片使用Maxim公司的MAX485 芯片，其中使用P2. 15通用I/O作為MAX485的方向控制信號(hào)。MAX485是通用芯片，結(jié)構(gòu)也 比較簡(jiǎn)單。需要說(shuō)明的是為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的使用，差分輸出線路中增加了去噪、抗干 擾電路。圖14是RS-485通信接口電路原理圖。
■ CAN總線通信接口
CAN，全稱為"Controller Area Network",即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn) 場(chǎng)總線之一。CAN是一種多主方式的串行通信總線，可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，
這使得實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了 CAN的抗電磁干擾能力。 STR710CAN模塊包括CAN內(nèi)核、存放報(bào)文的RAM、報(bào)文處理器、控制寄存器及模塊接口。 CAN內(nèi)核完成CAN2. 0A、 CAN2. OB規(guī)定的通信功能，CAN的最高通信速率可以通過(guò)編程設(shè)定， 最高可達(dá)1Mbps。CAN內(nèi)核與物理層的連接通過(guò)專用的硬件收發(fā)器，本方案選用TI公司的3. 3V CAN總線驅(qū)動(dòng)器SN65HVD230。為了能夠在CAN網(wǎng)絡(luò)上通信，每一個(gè)報(bào)文對(duì)象都要進(jìn)行配置， 報(bào)文對(duì)象和用于對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行接收過(guò)濾的ID屏蔽碼都保存在報(bào)文RAM中。所有與報(bào)文 處理相關(guān)的功能都在報(bào)文處理器中實(shí)現(xiàn)。這些功能包括報(bào)文的接收過(guò)濾、CAN內(nèi)核與報(bào)文 R扁間的報(bào)文傳輸、報(bào)文發(fā)送請(qǐng)求的處理以及模塊中斷的產(chǎn)生。ST C緒模塊的寄存器主要用 于控制和配置CAN內(nèi)核、報(bào)文處理器，訪問(wèn)報(bào)文RAM。通過(guò)模塊接口 ， CPU可以直接訪問(wèn)ST CAN 模塊的寄存器。
CAN總線驅(qū)動(dòng)器SN65HVD230外圍電路如圖15所示，同RS-485 —樣，電路中也增加了去 噪、抗干擾電路。
■以太網(wǎng)通信接口
STR710內(nèi)部不帶以太網(wǎng)控制器，本方案直接選用WIZnet公司的IIM7010A以太網(wǎng)模塊的 方式加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程。IIM7010A以太網(wǎng)模塊由W3100A(硬件TCP/IP芯片)、以太網(wǎng)物理層 (RTL8201BL)、 MAG_JACK(RJ45)以及相關(guān)電路組成。它涵蓋了 TCP/IP MAC協(xié)議層、物理層和 以太網(wǎng)連接器RJ45，支持10/100M IEEE802. 3/802. 3u，可以很方便地接入以太網(wǎng)。包含硬件 網(wǎng)際協(xié)議TCP、 IP Ver. 4、 UDP、 ICMP、 ARP和硬件以太網(wǎng)協(xié)議DLC、 MAC。支持MCU總線 并行接口和I2C接口，因?yàn)閮?nèi)嵌的硬件以太網(wǎng)協(xié)議，所以將它與STR710數(shù)據(jù)總線相連把 1IM7010A簡(jiǎn)單地看成一個(gè)外部存儲(chǔ)單元，對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)操作以及有關(guān)的配置，而不必關(guān) 心具體的以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。IIM7010A以太網(wǎng)模塊與MCU連接只需56個(gè)雙列接口，可以很 方便地與系統(tǒng)相連。圖16為基于IIM7010A的以太網(wǎng)模塊接口電路原理圖。 2.1.3系統(tǒng)電源部分硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
供電電源是一個(gè)需著重考慮的地方，本系統(tǒng)包含兩個(gè)主要的處理單元，所以在電源上也 考慮給予兩部分分別供電。一個(gè)是為數(shù)據(jù)處理單元需提供3. 3V和1. 8V(為DSP內(nèi)核提供電源)， 另一個(gè)是為通信處理單元提供3.3V。但在系統(tǒng)中還包括ADC部分，為它提供的電源就包括土 15V參考電壓以及模擬5V、數(shù)字5V和數(shù)字3. 3V驅(qū)動(dòng)電源。
■公共模擬電源濾波
方案從外部開(kāi)關(guān)電源引入+5V、 士15V和公共地，作為公共部分，對(duì)每路電源均經(jīng)過(guò):i型整 流電路作為系統(tǒng)的土15V參考電壓、模擬5V和數(shù)字5V，模擬電源濾波電路原理如圖17所示。 ■信號(hào)處理單元電源
對(duì)于系統(tǒng)數(shù)字部分所需的3. 3V電源是由數(shù)字5V分別經(jīng)不同的電源芯片來(lái)獲得。信號(hào)處理單 元的電源芯片選用TI公司的帶Reset信號(hào)TPS70351，它同時(shí)能夠根據(jù)要求分時(shí)提供3. 3V和1. 8V 不同電壓。圖18是芯片TPS70351電路原理圖。
■通信處理單元電源
通信處理單元電源芯片選用通用3. 3V AIC1117，電路原理如圖19所示。 2.2檢測(cè)錄波裝置的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
檢測(cè)錄波裝置的軟件可以劃分為信號(hào)處理和通信調(diào)度處理兩個(gè)部分，前者的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 主要是大量不同信號(hào)的檢測(cè)、分析與處理算法的設(shè)計(jì)及其編程實(shí)現(xiàn)，后者則是大量不同的通 信處理程序。
2. 2. 1信號(hào)處理模塊軟件功能
信號(hào)處理模塊軟件主要是基于TMS320C33 DSP的軟件設(shè)計(jì)。本模塊主要功能可以分為信 號(hào)檢測(cè)與故障錄波功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控命令處理功能兩個(gè)方面，具體包括以下方面。 ■動(dòng)態(tài)電參量測(cè)量 動(dòng)態(tài)電參量根據(jù)變電所的不同而不同。 220kV變電所
模擬量有每條220kV線路、母線聯(lián)絡(luò)斷路器及每臺(tái)變壓器220kV側(cè)的3個(gè)相電流和零序 電流；兩組220kV母線電壓互感器的3個(gè)相對(duì)地電壓和零序電壓(零序電壓可以內(nèi)部生成)。 開(kāi)關(guān)量有操作每臺(tái)220kV斷路器的繼電保護(hù)跳閘(對(duì)共用選相元件的各套保護(hù)總跳閘出口不 分相，綜合重合閘出口分相，跳閘不重合出口不分相)命令，縱聯(lián)保護(hù)的通信通道信號(hào)，安全 自動(dòng)裝置操作命令(含重合閘命令)，空觸點(diǎn)輸入。
500kV變電所
模擬量有500kV側(cè)需要記錄的模擬量是500kV每條線路的4個(gè)電流量和4個(gè)線路電壓量 和每臺(tái)主變壓器的4個(gè)電流量。開(kāi)關(guān)量有操作每臺(tái)500kV斷路器的繼電保護(hù)跳閘命令(每套保 護(hù)跳閘出口分相，跳閘不重合出口不分相)，縱聯(lián)保護(hù)通信通道信號(hào)及安全自動(dòng)裝置操作命令 (含重合閘命令)，空觸點(diǎn)輸入。 ■故障時(shí)段劃分
根據(jù)《220 500KV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》的規(guī)定，故障模擬量數(shù)據(jù)按時(shí)段應(yīng) 由5個(gè)時(shí)段(如圖22所示)數(shù)據(jù)組成。
A時(shí)段系統(tǒng)大擾動(dòng)開(kāi)始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形及有效值，記錄時(shí)間^0.04s。 B時(shí)段系統(tǒng)大擾動(dòng)后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可直接輸出原始記錄波形，可觀察到5次諧波， 同時(shí)也可輸出每一周波的工頻有效值及直流分量值，記錄時(shí)間^ 0. ls。
C時(shí)段系統(tǒng)大擾動(dòng)后的中期狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出連續(xù)的工頻有效值，記錄時(shí)間》1.0s。 D時(shí)段系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)，每O. ls輸出一個(gè)工頻有效值，記錄時(shí)間》20s。 E時(shí)段系統(tǒng)長(zhǎng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，每ls輸出一個(gè)工頻有效值，記錄時(shí)間〉10rain。 技術(shù)準(zhǔn)則還要求輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽，對(duì)短路故障等突變事件，以系統(tǒng)故障開(kāi)始時(shí)刻， 例如短路開(kāi)始時(shí)刻，為該次事件的時(shí)間零坐標(biāo)，誤差不大于lms;事件的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間由調(diào)度模 塊給定。由于DSP沒(méi)有計(jì)時(shí)功能，將在調(diào)度模塊軟件設(shè)計(jì)章節(jié)中的對(duì)時(shí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)小節(jié)看到如 何計(jì)時(shí)的。另外，還應(yīng)該記錄下故障類型及故障地點(diǎn)等相關(guān)信息。故障類型就是發(fā)生故障的 原因。對(duì)于模擬量，故障類型就是觸發(fā)故障錄波的啟動(dòng)判據(jù)，如電壓越限。對(duì)于開(kāi)關(guān)量，故 障類型就是開(kāi)頭量的類型，如繼電保護(hù)等。另外，調(diào)度模塊保存一些故障相關(guān)的識(shí)別信息， 如變電所信息、錄波設(shè)備(IP地址、CAN總線ID號(hào))、路信息(電流或電壓)等。監(jiān)控系統(tǒng) 接收到這些數(shù)據(jù)后，必須考慮對(duì)其它錄波裝置間數(shù)據(jù)交換的兼容性，所以本系統(tǒng)采用IEEE的 COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)生成錄波文件。 ■啟動(dòng)判據(jù)
當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)要以一定依據(jù)診斷是否有故障發(fā)生，即啟動(dòng)判劇。根據(jù)《220 500KV電 力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》的規(guī)定，故障錄波啟動(dòng)方式應(yīng)該靈活多樣，至少應(yīng)能滿足下列要求:
，可設(shè)定的電網(wǎng)參數(shù)變化啟動(dòng)，包括反映幅值，變化率及頻率的越限啟動(dòng)。
由用戶自定義的外部觸發(fā)啟動(dòng)，包括保護(hù)及安全裝置的動(dòng)作出口接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)的輔助接 點(diǎn)等，以記錄和分析開(kāi)關(guān)偷跳及任何系統(tǒng)的無(wú)故障跳閘。
用開(kāi)關(guān)量的上升沿及下降沿做啟動(dòng)量。
，可手動(dòng)或外部命令(如主站監(jiān)控系統(tǒng))啟動(dòng)。
擴(kuò)充啟動(dòng)前的信息記錄寬度(可由用戶自定義)。
從上面的要求可以看出，啟動(dòng)方式主要分為模擬量和開(kāi)關(guān)量產(chǎn)生的故障錄波，開(kāi)關(guān)量故 障診斷檢測(cè)繼電保護(hù)等開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)變化，而模擬量故障診斷需要依照啟動(dòng)判據(jù)診斷是否有 故障發(fā)生。
■故障錄波
故障錄波是整個(gè)系統(tǒng)的核心工作，為了提高故障檢測(cè)的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)采樣頻率很高，每 一次采樣后都要進(jìn)行故障診斷處理，所以它運(yùn)行效率及可靠性決定整個(gè)故障錄波系統(tǒng)的性能。
模擬量與開(kāi)關(guān)量采集
使用DSP內(nèi)部自帶的定時(shí)器對(duì)模擬量的采集進(jìn)行控制，關(guān)于采樣速率《220 500kV電力 系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》中規(guī)定，反映故障時(shí)的暫態(tài)過(guò)程的高速采樣速率不宜低于10KHz， 長(zhǎng)度不宜小于ls，開(kāi)關(guān)量的分辨率不低于lms，所以本系統(tǒng)設(shè)置采樣速率為10KHz，可以滿 足上述要求。設(shè)置定時(shí)器的計(jì)數(shù)寄存器保證采樣率為IOKHZ。在中斷處理中進(jìn)行模擬量采集。 兩片AD同時(shí)進(jìn)行采樣，每一次采集8路16位模擬量數(shù)據(jù)。開(kāi)關(guān)量采樣由CPLD控制，當(dāng)CPLD 檢測(cè)到開(kāi)關(guān)量為低時(shí)，會(huì)給DSP發(fā)一個(gè)中斷，通知系統(tǒng)發(fā)生故障。開(kāi)關(guān)量通過(guò)CPLD譯碼后， DSP可以直接讀取其狀態(tài)，最多可以支持8路開(kāi)關(guān)量。
故障診斷與記錄
電參量采集完成后，依據(jù)啟動(dòng)判據(jù)進(jìn)行故障診斷。當(dāng)某個(gè)啟動(dòng)判據(jù)滿足條件或檢測(cè)到某 個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)發(fā)生變化，就會(huì)啟動(dòng)故障錄波，生成記錄數(shù)據(jù)。前面已經(jīng)介紹過(guò)故障記錄分 為ABCDE段，所以整個(gè)故障過(guò)程也分為5個(gè)階段，各個(gè)階段的處理不同。
AB段故障處理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，錄波設(shè)備應(yīng)能直接輸出有助于事故處理 的極少量的故障電參量。這些數(shù)據(jù)是未經(jīng)過(guò)處理的電參量，時(shí)間短，數(shù)據(jù)量大，要求有較高 的實(shí)時(shí)性，它包含了分析故障原因的主要信息， 一定要保證其的完整性、可用性。A、 B段記 錄時(shí)間各為O.ls， A段在故障發(fā)生前，B段在故障發(fā)生后。本系統(tǒng)中用一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)保存 采集的電參量。緩沖區(qū)長(zhǎng)度是根據(jù)模擬量的路數(shù)決定的，可以根據(jù)這些參數(shù)做動(dòng)態(tài)的調(diào)整。 它至少應(yīng)該能夠記錄0. 2秒的電參量，能夠保存A、 B段數(shù)據(jù)記錄以便有時(shí)間發(fā)送給調(diào)度模塊。
然后從緩沖區(qū)取出電參量進(jìn)行故障診斷。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)記錄故障發(fā)生點(diǎn)(即緩沖隊(duì) 列中的指針)及故障類型(滿足哪個(gè)啟動(dòng)判據(jù)或檢測(cè)到某個(gè)開(kāi)關(guān)量狀態(tài)變化)，系統(tǒng)中定義了 一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存這些信息。
CDE段故障處理故障處理進(jìn)入了中后期，故障記錄是電參量的有效值，記錄時(shí)間長(zhǎng)、數(shù) 據(jù)量小、不要求很高的實(shí)時(shí)性。當(dāng)故障處于CDE段時(shí)，同樣采樣數(shù)據(jù)也會(huì)先保存到循環(huán)緩沖 區(qū)中，進(jìn)行二次故障診斷(下面會(huì)介紹)，如果沒(méi)有發(fā)生二次故障，進(jìn)行有效值的計(jì)算，系統(tǒng) 每隔一個(gè)周期進(jìn)行一次有效值的計(jì)算，每周期可以進(jìn)行200次釆樣，所以通過(guò)軟件計(jì)時(shí)器計(jì) 時(shí)，計(jì)時(shí)器到達(dá)上限200時(shí)計(jì)算一次有效值，然后計(jì)時(shí)器清零重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。
另外，還要考慮多次故障處理，即在一個(gè)故障過(guò)程中又發(fā)生故障。故障錄波器應(yīng)能識(shí)別 單次故障與多次故障。有些情況下很難區(qū)分它們，不能認(rèn)為滿足了多個(gè)啟動(dòng)判據(jù)時(shí)就發(fā)生了 多次故障，在一次故障時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)多種啟動(dòng)判劇同時(shí)滿足，如電壓越限和繼電保護(hù)同時(shí) 啟動(dòng)等，這是單次故障。系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單的以啟動(dòng)時(shí)間來(lái)識(shí)別多次故障，有時(shí)同一故障，啟動(dòng) 判據(jù)判定故障的時(shí)間可能不同，有些啟動(dòng)判劇本身就是滯后的，如突變量啟動(dòng)判據(jù)等。本系 統(tǒng)中為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)置了一個(gè)時(shí)間門(mén)限，當(dāng)故障發(fā)生后0.2s，即CDE段再發(fā)生故障為 第二次故障。當(dāng)發(fā)生二次故障時(shí)，故障處理與上面介紹的相同，前一次故障結(jié)束，其已經(jīng)包 含了完整的AB段記錄信息。
B記錄上傳
錄波數(shù)據(jù)不是在采樣處理中直接傳送給通信調(diào)度模塊的。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，故障處理會(huì)通 知通信調(diào)度模塊發(fā)生了故障準(zhǔn)備接受錄波數(shù)據(jù)。然后調(diào)度模塊通過(guò)雙端口 RAM通知DSP發(fā)送 錄波數(shù)據(jù)。雙端口 RAM會(huì)觸發(fā)DSP的外部中斷，在中斷處理中DMA被開(kāi)啟。DMA先把AB段從 緩沖隊(duì)列拷貝到雙端口 RAM中，再把錄波記錄中的CDE段數(shù)據(jù)拷貝到雙端口 RAM中，發(fā)送給 調(diào)度模塊，最終上傳到上位機(jī)。發(fā)送時(shí)要按照雙端口 RAM的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(將在CAN總線驅(qū) 動(dòng)程序設(shè)計(jì)小節(jié)中介紹)進(jìn)行打包， 一個(gè)數(shù)據(jù)包最大3K。 DMA把數(shù)據(jù)搬移到雙端口 RAM后會(huì) 產(chǎn)生中斷，在中斷處理中，通知通信調(diào)度(STR710FZ2)取出數(shù)據(jù)。通信時(shí)雙方使用握手協(xié)議， 調(diào)度模塊取出數(shù)據(jù)后會(huì)給DSP —個(gè)回應(yīng)，在DSPINT中斷中，DSP判斷是否有錄波數(shù)據(jù)要發(fā)送， 如果有就會(huì)重新啟動(dòng)DMA發(fā)送數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成。
■遠(yuǎn)程控制命令處理
DSP軟件應(yīng)接收并處理上位機(jī)的監(jiān)控命令。這些命令是由通信調(diào)度模塊轉(zhuǎn)發(fā)、經(jīng)雙端口 R細(xì)傳送給DSP的。DSP在外總中斷處理函數(shù)中對(duì)命令進(jìn)行分析處理的。主要的命令有強(qiáng)制 啟動(dòng)錄波、參數(shù)設(shè)置命令、實(shí)時(shí)波形顯示命令。
強(qiáng)制啟動(dòng)錄波命令-
電力系統(tǒng)并沒(méi)有發(fā)生故障，用戶可以強(qiáng)制啟動(dòng)錄波，錄波處理過(guò)程與上面介紹的故障錄 波是一樣的，故障類型設(shè)為強(qiáng)制啟動(dòng)。
參數(shù)設(shè)置命令
對(duì)一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。主要的參數(shù)有電壓越限參數(shù)、頻率越限參數(shù)、AD采樣頻率、 錄波數(shù)據(jù)各段記錄的長(zhǎng)度等。這些參數(shù)都是整個(gè)錄波設(shè)備復(fù)位時(shí)由調(diào)度模塊通過(guò)雙端口 RAM
下傳的，然后DSP把其保存到全局變量中。系統(tǒng)工作時(shí)可以動(dòng)態(tài)的改變這些參數(shù)，發(fā)生錄波 時(shí)，設(shè)置的參數(shù)會(huì)在錄波后起作用。
實(shí)時(shí)波形顯示命令
上位機(jī)用戶可以直接查看當(dāng)前電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)的處理過(guò)程與AB 段錄波過(guò)程相似，當(dāng)啟動(dòng)了實(shí)時(shí)波形功能后，DSP會(huì)把采集的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)中，由DMA控 制器上傳給STR710FZ2，只不過(guò)在與雙端口通信時(shí)使用了不同的傳輸類型。 2.2.2信號(hào)處理模塊軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ■命令處理函數(shù)
由ARM STR710FZ2轉(zhuǎn)發(fā)DSP的命令可以分為四類系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、手動(dòng)錄波、系統(tǒng)調(diào)試 和系統(tǒng)自檢，如圖24所示。
系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定命令是系統(tǒng)上電時(shí)的主要命令，它是由上位機(jī)服務(wù)器端下發(fā)給指定錄波設(shè) 備的各類參數(shù)設(shè)置，包括U和I突變量門(mén)限值，A、 B、 C和D段記錄波形長(zhǎng)度，U和I正負(fù) 零序設(shè)定值，24路開(kāi)關(guān)量設(shè)定值以及頻率上下限等。手動(dòng)錄波命令是上位機(jī)可以直接控制錄 波裝置進(jìn)入錄波狀態(tài)，按標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)記錄當(dāng)前波形。系統(tǒng)調(diào)試命令主要用于系統(tǒng)調(diào)試時(shí)由上位 機(jī)直接下發(fā)模擬波形數(shù)據(jù)，這樣可以脫開(kāi)實(shí)際環(huán)境給出設(shè)定的模擬波形情況，這樣有利于啟 動(dòng)判據(jù)算法的驗(yàn)證和調(diào)試。系統(tǒng)自檢是系統(tǒng)上電時(shí)DSP系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)相關(guān)外圍電路狀況， 并將自檢結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)。
■錄波處理函數(shù)
在當(dāng)前電力系統(tǒng)波形出現(xiàn)異常，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)算法滿足啟動(dòng)錄波條件時(shí)，DSP進(jìn)入錄波 處理函數(shù)，如圖25所示。
在DSP每次向DPRAM寫(xiě)入新數(shù)據(jù)之前都要檢驗(yàn)ARM是否已經(jīng)將上一次DSP寫(xiě)入DPRAM的 數(shù)據(jù)讀取完畢，方法是讀取DPRAM的Oxffd地址中的數(shù)據(jù)，如為1則表示ARM讀取完成數(shù)據(jù)， DSP將該地址內(nèi)容清0。若為0則繼續(xù)等待直到ARM完成數(shù)據(jù)讀取。數(shù)據(jù)寫(xiě)入完成后，要向 DPRAMOxffe地址寫(xiě)入命令碼，通知ARM STR710FZ2從DPRAM讀取數(shù)據(jù)。 2.2.3通信調(diào)度模塊軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
通信調(diào)度模塊是檢測(cè)錄波設(shè)備與上位機(jī)服務(wù)器的橋梁。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，它負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù) 處理單元的故障記錄，然后把數(shù)據(jù)緩存到FLASH中，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)、CAN總線、485總線等 通信接口上傳至上位機(jī)，供專家進(jìn)一步的故障分析。另外，通信處理單元也負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī) 下達(dá)的遠(yuǎn)程控制指令。
■接收上位機(jī)PC命令處理函數(shù)
通信調(diào)度系統(tǒng)將從CAN總線接收到的數(shù)據(jù)幀解包，取出上位機(jī)下發(fā)的數(shù)據(jù)。對(duì)于上位機(jī) 下發(fā)的系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)設(shè)定數(shù)據(jù)，計(jì)算出向DPR認(rèn)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地址。圖27是PC命令處理函 數(shù)基本流程。
參數(shù)設(shè)定數(shù)據(jù)的DPRAM地址=參數(shù)類型命令碼*4，結(jié)束地址為起始地址+4。系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù) 的DPRAM地址OxcOO，結(jié)束地址為OxeOO。
每次向DPRAM寫(xiě)入新數(shù)據(jù)之前都要檢驗(yàn)DSP是否已經(jīng)將上一次ARM寫(xiě)入的數(shù)據(jù)讀取完，
方法是讀取DPRAMOxffc地址中的數(shù)據(jù)，如為1則表示DSP讀取完成數(shù)據(jù)，ARM將該地址內(nèi)容 清0;為O則繼續(xù)等待直到DSP完成數(shù)據(jù)讀取。數(shù)據(jù)寫(xiě)入完成后，要向DPR雇的Oxfff地址 寫(xiě)入命令碼，通知DSP從DPRAM讀取數(shù)據(jù)。 ■接收DSP中斷處理函數(shù)
ARM響應(yīng)DSP發(fā)出的中斷后，執(zhí)行接收DSP中斷處理函數(shù)，進(jìn)入DPRAM數(shù)據(jù)讀取流程， 如圖28所示。
首先ARM對(duì)DPRAMOxfff地址進(jìn)行讀操作，以便復(fù)位DPRAM中斷，同時(shí)也讀出DSP發(fā)送的 數(shù)據(jù)類型。根據(jù)DSP發(fā)送不同的數(shù)據(jù)類型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的操作。對(duì)原始波形數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，只需 要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)即可；但對(duì)故障波形數(shù)據(jù)，除了轉(zhuǎn)發(fā)以外還需要記錄下來(lái)。如果收到故 障定標(biāo)命令，則需要讀取當(dāng)時(shí)的時(shí)間，上傳到上位機(jī)。每次讀取數(shù)據(jù)之前都要從DPRAM的Oxffd 地址處讀取本次接收到數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，然后從DPRAM的0x000地址處開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。 電參量檢測(cè)與故障錄波處理算法 3.1基于FFT的高效處理算法的設(shè)計(jì)
基于FFT檢測(cè)與故障錄波處理算法是通過(guò)對(duì)快速傅里葉變換算法進(jìn)行一定的改進(jìn)，并結(jié)合 測(cè)頻算法，突變量啟動(dòng)判據(jù)算法，電壓、電流越限等算法以獲得故障錄波所需參量及性能指標(biāo)。 3.1.1基頻穩(wěn)態(tài)分量算法
基頻穩(wěn)態(tài)分量算法目前比較常用的是整周期傅里葉變換算法，這種算法是將輸入序列(或 輸出序列)在時(shí)域(或頻域)上的次序列按偶數(shù)和奇數(shù)來(lái)抽取，對(duì)于任意一個(gè)N = 2M點(diǎn)長(zhǎng)序列 的DFT運(yùn)算，可以采用M次分解，最后分解成2點(diǎn)的DFT運(yùn)算的組合，從而降低了運(yùn)算量。
設(shè)輸入信號(hào)"J中包含有基頻分量、整數(shù)次諧波分量及直流分量，即
<formula>formula see original document page 17</formula>式中t/o是直流分量，"o是基頻角頻率，f/ 是輸入信號(hào)n次諧波的實(shí)部，f^是輸入信號(hào)n 次諧波的虛部，n表示諧波次數(shù)。那么輸入信號(hào)n次諧波的模^和幅角A為<formula>formula see original document page 17</formula> 和P由》 (2) 分別是n次諧波分量的振幅和初相角。
U C"經(jīng)快速傅立葉變換后，可以得到
(<formula>formula see original document page 17</formula>其中，N為每基頻周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，t/a)為信號(hào)采樣值，n為諧波次數(shù)。將n取l，則 可求得輸入信號(hào)中所包含的基頻分量的實(shí)部和虛部
'"7V臺(tái)、, W
(4a)
(4b)
進(jìn)而由公式(2)即可求得基頻分量的幅值和相角。
整周期傅立葉變換算法的主要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)中除基頻分量外只包含恒定直流分量和 整數(shù)次諧波分量時(shí)，計(jì)算精度高，并且對(duì)其他分?jǐn)?shù)諧波，算法也具有良好的抑制效果。但是， 這種算法的計(jì)算量相對(duì)較大，耗時(shí)多，時(shí)實(shí)性較差。對(duì)于電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄 裝置來(lái)說(shuō)， 一般接數(shù)十路模擬量輸入信號(hào)，并且要求采用較高的采樣頻率，以完整、全面地 反映故障暫態(tài)過(guò)程各電器量的變化特點(diǎn)。因而，本方案采用整周期傅立葉變換算法的改進(jìn)算 法一迭代付氏算法，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算，節(jié)省時(shí)間。 3丄2迭代付氏算法
首先，經(jīng)一次快速傅里葉變換后，得到各相電壓、電流的虛部和實(shí)部。將其n取l，則 可以得到輸入信號(hào)所包含的基頻分量的虛部和實(shí)部。設(shè)第一個(gè)數(shù)據(jù)窗的采樣序列為{11 (k) },k=0,2,....N-l;第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的采樣序列為(U (k) ),k-l，2,.…N;比較兩個(gè)數(shù)據(jù)窗發(fā)現(xiàn)，
數(shù)據(jù)窗二實(shí)際上是由數(shù)據(jù)窗一去掉一個(gè)U (0)，增加了一個(gè)f/(W)組成。經(jīng)如下計(jì)算
F(A:)=乞腫
-/——wA
(5)
可得到FFT后信號(hào)中的k次諧波成分。式(5)中k為諧波次數(shù)，n為采樣點(diǎn)(從0到N-1)， f(n)為A/D采樣信號(hào)，F(xiàn)(k)為第k次諧波分量的系數(shù)。
以基頻計(jì)算為例，第一個(gè)數(shù)據(jù)窗經(jīng)FFT后所得基頻成分為
W—1
.2;r
1
,2;r
F(l) = Z/(")e w =/(。) + 2>(")e
(6)
/(0)為第一個(gè)數(shù)據(jù)窗的第一個(gè)采樣點(diǎn)。
移窗之后，第二個(gè)數(shù)據(jù)窗經(jīng)FFT后所得基頻成分為
/7=1
/(w)是第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的最后一點(diǎn)，也就是新加入的一點(diǎn)。
由式(6)和(7)比較可知
F'(1) = (F(1)-/(0) + /(A0)e
同理對(duì)于k次諧波，有
F'(" = (FW-/(0) + /(A0>
■2、
(7)
(8)
(9)
這樣一來(lái)我們就找到了迭代付氏變換前后兩個(gè)窗各諧波成分的關(guān)系，就可以在某一個(gè)窗 諧波成分已知的條件下，求出其他窗的諧波成分。
本算法的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)計(jì)算量相對(duì)較大，時(shí)實(shí)性強(qiáng)的情況下，能大大簡(jiǎn)化了計(jì)算，節(jié)省時(shí)間。
3丄3頻率測(cè)量算法
根據(jù)應(yīng)用的目的不同，可以采用不同的頻率測(cè)量算法。利用電壓信號(hào)波形過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間 間隔進(jìn)行頻率測(cè)量[5是一種比較常用的頻率測(cè)量方法。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小，便于實(shí) 時(shí)計(jì)算，但是也同樣存在不足。首先是在故障暫態(tài)過(guò)程中，信號(hào)波形由于受各種非周期分量 和諧波分量的影響，會(huì)發(fā)生畸變，導(dǎo)致過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻發(fā)生偏移，使得測(cè)頻結(jié)果存在較大，其次， 過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻的準(zhǔn)確定位比較困難，為提高測(cè)頻精度，常常采用其他補(bǔ)償措施，不利于頻率的
快速追蹤。本文利用DSP的快速處理能力和迭代付氏算法計(jì)算所得的電壓向量得到一種簡(jiǎn)便 快速且精度較高的測(cè)頻算法。
設(shè)系統(tǒng)額定頻率為/o，系統(tǒng)實(shí)際頻率為/， "/為實(shí)際頻率變化量，p。為信號(hào)初始相位， / = + 則信號(hào)的瞬時(shí)表達(dá)式可表示為-
<formula>formula see original document page 19</formula> (10)
其中",為信號(hào)的瞬時(shí)值。
令^^2;r浙+ A，則《(r)為信號(hào)相角，有
<formula>formula see original document page 19</formula> (11)
設(shè)每周期采樣W個(gè)點(diǎn)，初始采樣頻率為W/o,采樣時(shí)間間隔At-l/Nfo 。將(11)式寫(xiě)成 離散形式，則第k個(gè)采樣電壓值為
<formula>formula see original document page 19</formula> (12)
其傅立葉變換結(jié)果由(4a)、 (4b)式確定。
如系統(tǒng)頻率不發(fā)生偏移，迭代付氏算法每個(gè)采樣間隔計(jì)算所得相量在復(fù)平面內(nèi)保持不動(dòng)。但 當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移df時(shí)，相量將在復(fù)平面內(nèi)以2;rdf的速度旋轉(zhuǎn)。當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際頻率大于系統(tǒng)額 定頻率fc時(shí)，沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際頻率小于系統(tǒng)額定頻率ft時(shí)，沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因此，可以通 過(guò)測(cè)量相量幅角的變化獲得頻率實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。測(cè)量原理由式(13) 、 (14) 、 (15)決定。
<formula>formula see original document page 19</formula> (13)
<formula>formula see original document page 19</formula> (14)
<formula>formula see original document page 19</formula> (15)
其中A^W為當(dāng)前周期的相角，^(0為前一周期的相角，r。為采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，
則系統(tǒng)測(cè)量頻率戶/c+卑。 3.1.4突變量算法
突變量計(jì)算主要用于檢測(cè)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種突變故障，突變量值采用"周期一周期"
△〖。—卩Hw '-' Z"-JV _ !rf一2W H
比較算法。以電流為例，采樣點(diǎn)數(shù)為N，取電流第k個(gè)點(diǎn)4，其前一周期對(duì)應(yīng)點(diǎn)為^w，其前 兩周期對(duì)應(yīng)點(diǎn)為L(zhǎng)2yV。
根據(jù)《220 500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》，須首先輸入3個(gè)周期的波形進(jìn)行 突變量運(yùn)算。系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，輸入信號(hào)為基頻周期信號(hào)， 一旦發(fā)生故障，輸入信號(hào)急 劇變化，突變量值顯著增加，由上式可加以判斷。
判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)各相電流突變量A々》土5。/。/N，超出判劇標(biāo)準(zhǔn)即啟動(dòng)故障錄波。 3丄5正、負(fù)、零序啟動(dòng)算法
利用迭代FFT的基頻分量值，結(jié)合以下公式，得到正序分量，負(fù)序分量和零序分量。
序分量公式為
<formula>formula see original document page 20</formula>式中
々 1 J ，
2 2
F K《分別為信號(hào)的A相B相C相電壓或電g
右
則正序分量為
其中t/
細(xì)d)， f/,—',分別為正序分量的實(shí)部與虛部(
負(fù)序、零序計(jì)算方法與正序類似。由得到的各相電壓、電流向量的實(shí)部和虛部，利用上 式可直接算出各序分量。
判劇標(biāo)準(zhǔn)電壓越限110。/Q[/N《fA《90。/Qt/N; t/2》3%f/N; C/o》2%f/N，電流同電壓。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本設(shè)計(jì)可以在多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行工作，并采用了基于GPS對(duì)時(shí)的廣域測(cè)量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System,WAMS)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)錄波子設(shè)備分布在電力系統(tǒng)的各點(diǎn)上， 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控總站連接，每個(gè)子系統(tǒng)都通過(guò)GPS對(duì)時(shí)達(dá)到完全的時(shí)間同步(參見(jiàn)圖l)。 錄波子設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算分析，在電力故障發(fā)生時(shí)，錄波子設(shè)備立刻對(duì)故障時(shí)間 進(jìn)行定標(biāo)并將記錄的故障數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳給監(jiān)控總站，由監(jiān)控總站再進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算。 1)檢測(cè)錄波設(shè)備的"數(shù)字化"
本設(shè)計(jì)運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing)技術(shù)，隨著其不斷的發(fā)展和完善，
成為了21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿夹g(shù)之一。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)現(xiàn)已具有靈活、精確、可靠、抗干 擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、造價(jià)低、速度快和容易大規(guī)模集成等突出優(yōu)點(diǎn)，這些都是現(xiàn)有設(shè)備 所運(yùn)用的模擬信號(hào)處理技術(shù)與設(shè)備所無(wú)法比擬的。
目前TI公司的DSP芯片在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較普遍，其6000系列DSP芯片性能十分突出，多用 于視頻信號(hào)處理中，用它來(lái)設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波設(shè)備不僅成本過(guò)高，而且設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。
因此本發(fā)明使用TI公司推出的TMS320VC33處理器，該芯片釆用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)， 提高了設(shè)備運(yùn)行的速度和編程的靈活性。
在計(jì)算能力方面，高達(dá)每秒150兆次的浮點(diǎn)運(yùn)算處理速度，使利用DSP進(jìn)行高速、實(shí)時(shí) 處理具備基本條件。
在精度方面，本設(shè)計(jì)使用的VC33DSP芯片使用32位字長(zhǎng)，擴(kuò)展精度可達(dá)40位，并具 有浮點(diǎn)運(yùn)算功能，所能表示的最大最小正負(fù)數(shù)與微型計(jì)算機(jī)的精度相同，這對(duì)搞精度小體積 低成本的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用尤為重要。
穩(wěn)定性方面，本設(shè)計(jì)采用全數(shù)字處理方式，不易受到噪聲，電磁，溫度等外界環(huán)境因素 的影響，并具有看門(mén)狗功能，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行，計(jì)算和信號(hào)處理結(jié)果的正確性不 受外界因素影響。
正是這些優(yōu)點(diǎn)，使得本發(fā)明在數(shù)字化方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的模擬電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備。
2) 檢測(cè)錄波設(shè)備的"網(wǎng)絡(luò)化"
毫無(wú)疑問(wèn)，隨著網(wǎng)絡(luò)功能的不斷增加，必然會(huì)給傳統(tǒng)的電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備帶來(lái)重大影響。 本發(fā)明具有很豐富的網(wǎng)絡(luò)化功能。支持以太網(wǎng)傳輸，CAN (Controller Area Network)網(wǎng)絡(luò)傳 輸，RS-232, RS-485傳輸。
在電能質(zhì)量檢測(cè)的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用方面，本發(fā)明代替了過(guò)去使用的單臺(tái)儀器，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 讀取測(cè)量值；并能通過(guò)分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代替獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，跨越以太網(wǎng)或其他網(wǎng) 絡(luò)，實(shí)施實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程分析測(cè)量與錄波。本發(fā)明釋放了系統(tǒng)的潛力，改變了測(cè)量的以往狀況，打 破了在同一地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的傳統(tǒng)模式。運(yùn)用本發(fā)明，人們完全可以通過(guò) Internet和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效地控制儀器設(shè)備，并在任何地方進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和顯示。
3) 檢測(cè)錄波設(shè)備的"智能化"
控制設(shè)備智能化是現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)和生活中對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備提出的要求，也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng) 技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。這里所講的智能化含義是指電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，能夠 使控制和改善電能質(zhì)量的相關(guān)設(shè)備自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)和環(huán)境的實(shí)際需要，始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。
本發(fā)明運(yùn)用頻率跟蹤技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)整采樣速率，以適應(yīng)電力系統(tǒng)波形的實(shí)時(shí)變化。有效的減 小了由波形畸變，頻率飄移所產(chǎn)生的計(jì)算誤差，給整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算精度提供了有效的保證。
本發(fā)明是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作的，因此考慮到網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，本發(fā)明還具有斷點(diǎn)續(xù)傳功 能，即在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中遇到網(wǎng)絡(luò)故障，錄波設(shè)備則將數(shù)據(jù)保存在自帶的存儲(chǔ)設(shè)備中，在網(wǎng) 絡(luò)恢復(fù)正常后繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)。不會(huì)發(fā)生因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。保證了電力系 統(tǒng)故障數(shù)據(jù)上傳得及時(shí)性與安全性。
4) 檢測(cè)錄波設(shè)備的"集成化" 本發(fā)明采用DSP+ARM雙處理器結(jié)構(gòu)，將DSP與ARM模塊設(shè)計(jì)在同一塊電路板上，信 號(hào)處理模塊與通信控制模塊相分離，信號(hào)處理模塊以DSP為中心，通信處理模塊以ARM芯 片為中心，這樣上傳數(shù)據(jù)的操作與信號(hào)的分析計(jì)算相互獨(dú)立，兩者之間不相互影響，不相互 占用時(shí)間，又能利用ARM豐富的接口提供多種網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。保證了設(shè)備的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定 性和網(wǎng)絡(luò)化要求。雙處理器結(jié)構(gòu)在加大了設(shè)計(jì)復(fù)雜性的同時(shí)，也增加了設(shè)備的集成度。


圖l電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
圖2信號(hào)處理(DSP)與通信調(diào)度管理(CCM)雙處理器結(jié)構(gòu)的檢測(cè)錄波裝置方框圖
圖3遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)上位機(jī)用戶交互模塊主要功能
圖4對(duì)時(shí)模塊的結(jié)構(gòu)框圖
圖5電流信號(hào)調(diào)理電路原理圖
圖6電壓信號(hào)調(diào)理電路原理圖
圖7檢測(cè)錄波裝置硬件設(shè)計(jì)方框圖
圖8基于AD7656的A/D轉(zhuǎn)換電路硬件原理圖
圖9基于XC95144XL的邏輯控制單元CPLD硬件原理圖
圖10雙口 RAMIDT7024接口實(shí)現(xiàn)硬件電路原理圖
圖11基于TMS320C33 DSP芯片的信號(hào)處理單元電路原理圖
圖12基于STR710FZ2的通信處理單元電路原理圖
圖13 RS-232C串行通信接口電路原理圖
圖14 RS-485通信接口電路原理圖
圖15 CAN外部驅(qū)動(dòng)器接口電路原理圖
圖16以太網(wǎng)模塊接口電路原理圖
圖17系統(tǒng)模擬電源濾波電路原理圖
圖18 TPS70351電源芯片電路連接原理圖
圖19 AIC1117電源芯片電路連接原理圖
圖20故障檢測(cè)過(guò)程中的信號(hào)傳遞流程圖
圖21信號(hào)處理、通信調(diào)度及上位機(jī)間的兩條基本數(shù)據(jù)流向
圖22模擬量故障數(shù)據(jù)記錄的5個(gè)時(shí)段
圖23 DSP系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)流程圖
圖24 由ARM STR710FZ2轉(zhuǎn)發(fā)DSP的四類命令
圖25錄波處理函數(shù)
圖26基于STR710FZ2 ARM系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)流程圖 圖27 PC命令處理函數(shù)基本流程 圖28接收DSP中斷處理函數(shù)流程
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括檢測(cè)錄波子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)、對(duì)時(shí)子系統(tǒng)。
檢測(cè)錄波裝置硬件部分包括信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)處理模塊及通信調(diào)度模塊及系統(tǒng)電源部 分，如圖7所示。
信號(hào)調(diào)理模塊在后續(xù)信號(hào)處理單元選用16位高精度雙極性模擬輸入AD7656作為ADC 轉(zhuǎn)換芯片；錄波判據(jù)算法主要采用將時(shí)頻域下的波形數(shù)據(jù)通過(guò)FFT算法轉(zhuǎn)換到頻域中計(jì)算得 到不同頻域下的分量大小，再結(jié)合具體判據(jù)條件實(shí)現(xiàn)故障錄波，如圖5.6。
信號(hào)處理模塊選用高速高精度的DSP芯片，DSP選用TI公司的浮點(diǎn)處理器TMS320C33 芯片，如圖11所示。設(shè)計(jì)在通信處理部分使用基于ARM7內(nèi)核的STR710完成，選用意法半 導(dǎo)體公司的STR710FZ2，如圖12所示。在A/D轉(zhuǎn)換上選用兩片雙極性16位精度的AD7656， CPLD選用3200門(mén)的XC95144XL實(shí)現(xiàn)所需的邏輯控制指令。DSP的復(fù)位電路是通過(guò)TI專用 電源芯片TPS70351，如圖8.9所示。
信號(hào)處理單元模塊通過(guò)雙端口 RAM與通信處理單元相連，雙端口 RAM采用4K 16位的 IDT7024芯片，如圖10所示。
RS-232C串行通信接口的電平轉(zhuǎn)換(驅(qū)動(dòng))芯片使用Maxim公司的MAX3232芯片； RS-485通信接口的驅(qū)動(dòng)芯片使用Maxim公司的MAX485芯片；CAN總線通信接口的驅(qū)動(dòng)器 選用TI公司的SN65HVD230;以太網(wǎng)通信接口選用WIZnet公司的IIM701 OA模塊，IIM7010A 以太網(wǎng)模塊選用W3100A芯片。如圖13.14.15.16所示。
信號(hào)處理單元的電源芯片選用TI公司的帶Reset信號(hào)TPS70351芯片，通信處理單元電 源芯片選用通用3.3VAIC1117,如圖18.19所示。 硬件裝置各部分的連接
檢測(cè)錄波裝置硬件設(shè)計(jì)方框圖見(jiàn)圖7:
信號(hào)調(diào)理電路的input 1至input 4管腳將調(diào)理后的電壓信號(hào)分別連接到第一片AD7656 芯片的input 1至input 4管腳作為A/D轉(zhuǎn)換路的電壓信號(hào)輸入。信號(hào)調(diào)理電路的i叩ut 5至i叩ut 8管腳將調(diào)理后的電流信號(hào)分別連接到另一片AD7656芯片的i叩ut 5至i叩ut 8管腳作為A/D 轉(zhuǎn)換路的電流信號(hào)輸入(參考圖5， 6， 8)。
兩片AD7656的DSP DO至DSP D31管腳連接到TMS320VC33 DSP芯片的DSP DO至 DSPD31的32條數(shù)據(jù)線管腳(參考圖8， 11)。
CPLD實(shí)現(xiàn)的控制功能，它的CPLD to ADC_RST,CPLD to ADC_CONVST，CPLD to ADC—CS,CPLD to ADC—RD,CLPLD to ADC_WR,ADC to DSP—INT,ADC TCLK0， ADC1 to CPLD BUSY, ADC2 to CPLD BUSY,這九個(gè)控制管腳分別連接到兩片AD7656的對(duì)應(yīng)管腳，對(duì) A/D進(jìn)行控制。CPLD的ADO至AD31管腳連接到開(kāi)關(guān)量芯片上的對(duì)應(yīng)管腳上，檢測(cè)開(kāi)關(guān)量 狀態(tài)。CPLD的DSP All至DSP A14管腳連接DSP芯片的DSP All至DSPA14地址管腳， 接受來(lái)自DSP的地址信息。CPLD的DSP nPG0,DSP nPGl,DSP nPG3，DSP STRB管腳連接DSP 芯片的對(duì)應(yīng)管腳，接收頁(yè)選通信號(hào)與外部存儲(chǔ)選通信號(hào)。CPLD的CPLD to DPRAM nCE, CPLD to DPRAM nOE, CPLD to DPRAM R/nW與雙端口 RAM對(duì)應(yīng)管腳相連，為雙端口 RAM 芯片提供控制信息。(參考圖8， 9， 11)
雙端口 RAM芯片IDT7024作為DSP和ARM之間傳輸信息的橋梁，其DSP DO至DSP Dl 5
數(shù)據(jù)管腳連接DSP芯片數(shù)據(jù)線的DSP DO至DSP D15管腳，與DSP芯片交換數(shù)據(jù)，其DSP AO 至DSP All地址管腳連接DSP芯片的地址線DSP AO至DSP All管腳，接受來(lái)自DSP芯片 的地址信息。雙口 RAM的STR DO至STRD15數(shù)據(jù)管腳連接ARM芯片數(shù)據(jù)線的STR DO至 STRD15管腳，與ARM芯片交換數(shù)據(jù)。STRAO至STR All地址管腳連接ARM芯片的STR AO至STR All地址線管腳，接受來(lái)自ARM的地址信息。雙口 RAM的DPRAM to DSP nBUSY, STR to DSP INT與DPRAM to STR nBUSY, DSP to STR INT管腳分別連接在DSP和ARM芯 片的對(duì)應(yīng)管腳上，來(lái)給DSP和ARM芯片提供中斷和狀態(tài)信息。(參考圖IO， 11， 12)
DSP采用TMS320VC33芯片，其DSP to CPLD CLK, DSP to CPLD reset管腳與CPLD芯 片對(duì)應(yīng)管腳相連，提供時(shí)鐘信息和復(fù)位操作。其DSP DO至DSP D15數(shù)據(jù)管腳與雙口RAM 對(duì)應(yīng)接口相連，與DPRAM芯片交換數(shù)據(jù)，其DSP AO至DSP All地址管腳連接DPRAM芯 片的地址線DSPAO至DSPAll管腳，對(duì)DPRAM進(jìn)行尋址。(參考圖ll， 10， 9)
ARM采用STR710FZ2芯片，其RS232_TX,RS232_RX管腳與RS-232C串行通信接口芯片 對(duì)應(yīng)管腳相連，控制232接口通信。其RS485—TX,RS485—RX，RS485管腳與RS-485通信接口 芯片對(duì)應(yīng)管腳相連接，控制RS-485接口通信。其CAN—TX,CAN_RX管腳與CAN總線通信接 口對(duì)應(yīng)管腳相連接，控制CAN接口通信。ARM芯片的ETHNET_nINT， ETHNET_nWR, ETHNET_nRD,ETHNET—nCS, ETHNET_RESET， ETHNET—nRESET管腳與以太網(wǎng)模塊芯片對(duì) 應(yīng)管腳相連，控制以太網(wǎng)模塊。STRAO至STRA14地址線與以太網(wǎng)模塊對(duì)應(yīng)地址線管腳相連， STRD0至STRD7數(shù)據(jù)線管腳與以太網(wǎng)模塊對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)線管腳相連，利用以太網(wǎng)模塊進(jìn)行通信。 ARM芯片的STR DO至STR D15數(shù)據(jù)管腳連接DPRAM芯片數(shù)據(jù)線的STR DO至STR D15管 腳，與DPRAM芯片交換數(shù)據(jù)。其STR AO至STR All地址管腳連接DPRAM芯片的STR AO 至STRAll地址線管腳，對(duì)DPRAM進(jìn)行尋址。(參考圖12， 10， 13， 14， 15， 16)
電源芯片TPS70351的DSP—POWER—nCE管腳和ARM芯片的DSP—POWER—nCE管腳 相連，由ARM控制DSP是否上電工作。(參考圖18)
本發(fā)明方法包括故障檢測(cè)過(guò)程中的信號(hào)傳遞流程、信號(hào)處理模塊DSP系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)流 程、通信調(diào)度模塊基于STR710FZ2 ARM系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)流程。
故障檢測(cè)過(guò)程中的信號(hào)傳遞流程按以下步驟執(zhí)行，如圖20所示
步驟l:系統(tǒng)啟動(dòng)；
步驟2:判斷是否需要修改判據(jù)定值；如果是，執(zhí)行步驟3;如果否，執(zhí)行歩驟4;
步驟3:從上位機(jī)接受定值；
步驟4:待測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路；
步驟5:經(jīng)過(guò)調(diào)理后的信號(hào)通過(guò)A/D采樣；
步驟6:采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)入DSP芯片進(jìn)行計(jì)算分析；
步驟7:判斷是否發(fā)生故障；如果是，執(zhí)行步驟8;如果否，返回步驟4; 步驟8:進(jìn)行錄波，將故障數(shù)據(jù)存入雙端口 RAM;
步驟9: ARMAA^端口RAM讀出故障數(shù)據(jù)，ililRS232， RS485， CAN,以太網(wǎng)上傳至上位機(jī);
步驟10:結(jié)束。
信號(hào)處理、通信調(diào)度^Lh位laSH者是相互聯(lián)系的，有兩g本的數(shù)據(jù)流向，如圖21所示。
一條流向是從上位機(jī)經(jīng)任務(wù)調(diào)度模塊，發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊。該條數(shù)據(jù)流向的內(nèi)容主要 包括上位機(jī)向錄波子系統(tǒng)下發(fā)的各類控制命令及系統(tǒng)配置參數(shù)等。任務(wù)調(diào)度模塊主要起命令 和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。數(shù)據(jù)處理模塊針對(duì)上位機(jī)下達(dá)的命令進(jìn)行相應(yīng)的處理及配置。另一條流向 是和前一條相反的過(guò)程，數(shù)據(jù)處理模塊將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)啟動(dòng)判據(jù)算法上傳至任務(wù)調(diào)度模塊， 依據(jù)啟動(dòng)判據(jù)結(jié)果任務(wù)調(diào)度模塊啟動(dòng)故障定標(biāo)、故障波形存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)上傳。上位機(jī)作為接收 方，接收上傳的波形數(shù)據(jù)。
信號(hào)檢測(cè)與錄波處理以DSP為楊O， DSP系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)淑呈按以下步驟執(zhí)行，如圖23所示
步驟l:開(kāi)始；
步驟2: DSP系統(tǒng)初始化；
步驟3:判斷是否接收ARM中斷；如果是，執(zhí)行命令處理函數(shù)；如果否，執(zhí)行步驟4;
步驟4:判斷啟動(dòng)錄波條件是否滿足；如果是，進(jìn)入錄波處理函數(shù)；如果否，執(zhí)行步驟5;
步驟5:判斷題有TimeK)中斷如果是，aAi4A TimetO中斷處理函數(shù)；如果否，執(zhí)斤步驟6;
步驟6:判斷是否有dma中斷；如果是，進(jìn)入dma中斷處理函數(shù)；如果否，返回步驟3。
通信調(diào)度模塊主要負(fù)責(zé)錄波設(shè)備與上位機(jī)接口部分，它一方面完成上位機(jī)到錄波設(shè)備的 命令、參數(shù)等的傳輸，還包括從數(shù)據(jù)處理模塊上傳給上位機(jī)的波形數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)啟動(dòng)錄波進(jìn) 程時(shí)還應(yīng)將上傳的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到模塊的flash中。通信調(diào)度模塊基于STR710FZ2 ARM系統(tǒng)的軟 件結(jié)構(gòu)流程按以下步驟執(zhí)行，如圖26所示
步驟l:開(kāi)始；
步驟2: ARM系統(tǒng)初始化；
步驟3:判斷是否接收到PC端命令中斷；如果是，執(zhí)行步驟4;如果否，執(zhí)行步驟5; 步驟4:進(jìn)入接收PC命令處理函數(shù)；
步驟5:判斷是否接收到DSP中斷；如果是，執(zhí)行步驟6;如果否，返回步驟3; 步驟6:接收到DSP中斷處理函數(shù)。
權(quán)利要求
1、一種電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置，其特征在于包括三個(gè)子系統(tǒng)檢測(cè)錄波子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)、對(duì)時(shí)子系統(tǒng)；錄波子系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)故障診斷，實(shí)施檢測(cè)與記錄電能質(zhì)量參數(shù)，特別是故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電參量變化及開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)；檢測(cè)錄波子系統(tǒng)中通信調(diào)度管理單元是檢測(cè)錄波設(shè)備與上位機(jī)服務(wù)器的橋梁，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，它負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)處理單元的故障記錄，然后把數(shù)據(jù)緩存到FLASH中，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)、CAN總線、RS-232C、485總線等通信接口及遠(yuǎn)程通信模塊上傳至上位機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)由上位機(jī)服務(wù)器及Internet客戶端組成，上位機(jī)與每個(gè)錄波結(jié)點(diǎn)組成C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障信息傳輸與保護(hù)及安全裝置日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)的雙重作用；對(duì)時(shí)子系統(tǒng)利用GPS所提供的精確授時(shí)的功能，提供系統(tǒng)時(shí)間及保證系統(tǒng)時(shí)間同步；對(duì)時(shí)子系統(tǒng)核心功能由對(duì)時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)，其與各個(gè)錄波結(jié)點(diǎn)組成C/S結(jié)構(gòu)，對(duì)時(shí)模板采用Motorola公司的16位微處理器MC9S12D64進(jìn)行控制，通過(guò)RS232與GARMIN連接接收GPS時(shí)間數(shù)據(jù)，然后通過(guò)CAN總線把接收到時(shí)間分發(fā)給各個(gè)錄波設(shè)備。
7、 如權(quán)利要求l所述電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括(1) 動(dòng)態(tài)電參量測(cè)量對(duì)于220kV變電所，模擬量有每條220kV線路、母線聯(lián)絡(luò)斷路器及每臺(tái)變壓器220kV側(cè) 的3個(gè)相電流和零序電流；兩組220kV母線電壓互感器的3個(gè)相對(duì)地電壓和零序電壓；開(kāi)關(guān) 量有操作每臺(tái)220kV斷路器的繼電保護(hù)跳閘命令，縱聯(lián)保護(hù)的通信通道信號(hào)，安全自動(dòng)裝置 操作命令，空觸點(diǎn)輸入；對(duì)于500kV變電所，模擬量有500kV側(cè)需要記錄的模擬量是500kV每條線路的4個(gè)電流 量和4個(gè)線路電壓量和每臺(tái)主變壓器的4個(gè)電流量；開(kāi)關(guān)量有操作每臺(tái)500kV斷路器的繼電 保護(hù)跳閘命令，縱聯(lián)保護(hù)通信通道信號(hào)及安全自動(dòng)裝置操作命令，空觸點(diǎn)輸入；(2) 故障時(shí)段劃分故障模擬量數(shù)據(jù)按時(shí)段由5個(gè)時(shí)段數(shù)據(jù)組成；(3) 啟動(dòng)判據(jù)對(duì)于模擬量，故障類型就是觸發(fā)故障錄波的啟動(dòng)判據(jù)；對(duì)于開(kāi)關(guān)量，故 障類型就是開(kāi)頭量的狀態(tài)變化；(4) 故障錄波-模擬量與開(kāi)關(guān)量采集使用DSP內(nèi)部自帶的定時(shí)器對(duì)模擬量的采集進(jìn)行控制，兩片AD 同時(shí)進(jìn)行采樣，每一次采集8路16位模擬量數(shù)據(jù)，開(kāi)關(guān)量通過(guò)CPLD譯碼后，DSP可以直接 讀取其狀態(tài)，最多可以支持8路開(kāi)關(guān)量；故障診斷與記錄電參量采集完成后，依據(jù)啟動(dòng)判據(jù)進(jìn)行故障診斷；當(dāng)某個(gè)啟動(dòng)判據(jù)滿 足條件或檢測(cè)到某個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)發(fā)生變化，就會(huì)啟動(dòng)故障錄波，生成記錄數(shù)據(jù)；整個(gè)故障 過(guò)程也分為5個(gè)階段，各個(gè)階段的處理不同；(5) 記錄上傳發(fā)生故障時(shí)，故障處理會(huì)通知通信調(diào)度模塊發(fā)生了故障準(zhǔn)備接受錄波數(shù) 據(jù)，調(diào)度模塊通過(guò)雙端口 RAM通知DSP發(fā)送錄波數(shù)據(jù)；(6) 遠(yuǎn)程控制命令處理DSP軟件接收并處理上位機(jī)的監(jiān)控命令，主要有強(qiáng)制啟動(dòng)錄 波、參數(shù)設(shè)置命令、實(shí)時(shí)波形顯示命令。
8、 如權(quán)利要求7所述的電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于具體 實(shí)施按以下步驟執(zhí)行；步驟h系統(tǒng)啟動(dòng)； 步驟2:判斷是否需要修改判據(jù)定值；如果是，執(zhí)行步驟3;如果否，執(zhí)行步驟4;步驟3:從上位機(jī)接受定值；步驟4:待測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路；步驟5:經(jīng)過(guò)調(diào)理后的信號(hào)通過(guò)A/D采樣；步驟6:采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)入DSP芯片進(jìn)行計(jì)算分析；步驟7:判斷是否發(fā)生故障；如果是，執(zhí)行步驟8;如果否，返回步驟4;步驟8:進(jìn)行錄波，將故障數(shù)據(jù)存入雙端口RAM;步驟9:ARM從雙端口 RAM讀出故障數(shù)據(jù)，通過(guò)RS232， RS485， CAN，以太網(wǎng)及遠(yuǎn)程通f模塊上傳至上位機(jī)；步驟10::結(jié)束。
9、如權(quán)利要求7所述電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于DSP系 統(tǒng)操作過(guò)程按以下步驟執(zhí)行 步驟l:開(kāi)始； 步驟2: DSP系統(tǒng)初始化；步驟3:判斷是否接收ARM中斷；如果是，執(zhí)行命令處理函數(shù)；如果否，執(zhí)行步驟4; 步驟4:判斷啟動(dòng)錄波條件是否滿足；如果是，進(jìn)入錄波處理函數(shù)；如果否，執(zhí)行步驟5;步驟5:判斷是否有Timer0中斷；如果是，進(jìn)入進(jìn)入Timer0中斷處理函數(shù)；如果否， 執(zhí)行步驟6;步驟6:判斷是否有dma中斷；如果是，進(jìn)入dma中斷處理函數(shù)；如果否，返回步驟3。 10、如權(quán)利要求7所述電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于對(duì)于 遠(yuǎn)程控制命令通信調(diào)度模塊基于STR710FZ2 ARM系統(tǒng)按以下步驟執(zhí)行 步驟l:開(kāi)始； 步驟2: ARM系統(tǒng)初始化；步驟3:判斷是否接收到PC端命令中斷；如果是，執(zhí)行步驟4;如果否，執(zhí)行步驟5; 步驟4:進(jìn)入接收PC命令處理函數(shù)；步驟5:判斷是否接收到DSP中斷；如果是，執(zhí)行步驟6;如果否，返回步驟3; 步驟6:接收到DSP中斷處理函數(shù)。
全文摘要
一種電能質(zhì)量與電力系統(tǒng)故障檢測(cè)錄波裝置及方法，屬于電力系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括三個(gè)子系統(tǒng)檢測(cè)錄波子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)、對(duì)時(shí)子系統(tǒng)；錄波子系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)故障診斷，實(shí)施檢測(cè)與記錄電能質(zhì)量參數(shù)；遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)由上位機(jī)服務(wù)器及Internet客戶端組成，實(shí)現(xiàn)故障信息傳輸與保護(hù)及安全裝置日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)的雙重作用；對(duì)時(shí)子系統(tǒng)利用GPS所提供的精確授時(shí)的功能，提供系統(tǒng)時(shí)間及保證系統(tǒng)時(shí)間同步；實(shí)現(xiàn)方法包括動(dòng)態(tài)電參量測(cè)量、故障時(shí)段劃分、啟動(dòng)判據(jù)、故障錄波、記錄上傳、遠(yuǎn)程控制命令處理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)錄波設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化，提高電能質(zhì)量、確保用電設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101097653SQ200710012150
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月17日
發(fā)明者吳菁晶, 崔嵩楠, 石 張, 張振川, 鑫 王, 旭 趙 申請(qǐng)人:東北大學(xué)