基于DSP的电子式电流互感器校验仪的研制

【摘  要】DSP即数字信号处理，是通过对数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术。此技术用于变压器装置中，通过对变压器的控制进而对电力系统进行保护。国内的电力保护系统主要通过单个的CPU结构进行处理，但也有采用双CPU单元进行处理，采用双CPU结构即DSP和单片机构成双CPU结构的电力保护系统设计，也取得了较好的效果。单个的CPU系统，所有的控制、监测和运算都由这一个CPU来处理，这样的CPU只能串行才能完成任务，此类结构造成保护的运行速度由CPU的速度来决定，就会使CPU系统不能很好的处理数据。这样的单个CPU系统也会造成计算量增大，所以采用多种形式CPU系统对电力系统进行保护就成了必然。本文通过对DSP技术用于电力保护系统进行设计的技术要点，并提出今后的发展进行展望。

【关键词】电力保护;DSP;设计

1 电力保护系统的现状

馈线系统保护技术的出现，主要保护高压电线上的电流保护，主要通过快速的通信技术进行实现，馈线系统保护运用快速通信技术实现了对其保护性能的选择，可以顺利完成故障隔离、重合闸、恢复故障等方面工作。此技术表现的优点是解决故障问题时间短，断开故障时间快，直接将故障隔离在故障区域之内，不需要多余的装置就能够完成馈线保护等。这些优点是随着通信技术不断的进步而实现的一种保护技术。

2电力保护系统设计

2.1电力保护系统的硬件设计

电力保护系统的硬件主要的关键技术点是数据采集与处理模块、DSP与89C52数据通信和DeviceNet通信接口。DSP是数据采集与数据处理模块的核心，通过控制ADC来实现模拟量转换，并完成设定好的保护算法的运算，当计算的结果满意时，就可以控制开关电量的输出。A/D转换芯片也是数据采集与数据处理模块的核心，它主要通过ADS8364芯片进行控制，采用FIFO方式读取转换数据。DSP与89C52数据通信是两个端口，采用双端口RAM设计。

2.1.1 数据采集与处理模块

数据采集与数据处理模块以DSP为核心，通过对ADC的控制实现模拟量转换，然后完成预定的保护算法的运算，同时，在数据计算结果满足的情况下，控制开关量的输出，以实现对外部回路的实时控制。

除DSP主处理器外，A/D转换芯片也是数据采集与处理模块的核心。由于系统的模拟输入量较多，而且其中的零序电流和零序电压还必须同步采样，所以采用了ADS8364芯片。它是16位的数据采集系统，内部集成6个独立的带采样保持地ADC，提供6个独立的差分输入口，每两个通道共用一个转换触发信号，三个转换信号同时触发可实现6通道同步采样，最高采样频率为250kHz，ADS8364内部集成6×16bit数据缓冲寄存器，通过向A0、A1、A2写控制字可选择直接寻址模式、循环读数、FIFO三种方式读取单次模数转换的数据[6]。我们采用控制逻辑最简单的FIFO方式，即让A0、A1、A2直接接高电平，同时，让所有的转换信号共用一个同步脉冲启动信号，这样6个通道同时工作，等所有通道都发出转换完毕中断低电平后，DSP可按逻辑分别从FIFO中读取转换数据。

2.1.2 DSP与89C52数据通信

由于本系统采用了DSP与单片机双CPU结构，因此他们之间的数据交换接口成为影响整个系统数据处理能力的重要环节。本系统采用了双口RAM实现高速数据通信，这种通信方式数据传输的速率很高，而且抗干扰性能较好。

双端口RAM提供了两个完全独立的端口，每个端口具有自己的地址线、数据线和控制线，两侧CPU都可以将双口RAM看作自己的本地存储器，独立地读写双口RAM的任一存储单元。

使用双口RAM时有一个问题需要特别注意，即当两侧CPU同时对双口RAM的同一个单元进行操作时，有可能出现争用冲突。通常，解决争用冲突的方案有四种：硬件仲裁方案、中断方案、令牌传递方案和软件仲裁方案。前三种方案必须有器件内部相应的硬件功能的支持，而软件仲裁方案适用于任何双口RAM器件。

2.2 电力保护系统的软件设计

整个系统需要完成保护、测量、通信、故障记忆、自诊断和人机交互等众多功能，这就需要合理设计软件，科学安排程序流程。系统所有软件均采用C语言编写，采用模块化编程技术，整个程序具有结构清晰、可移植性强和升级容易等特点。

DSP主程序主要完成初始化、保护器自检、扫描断路器状态、电力参数计算、各种故障的判断、处理以及与单片机通信进行数据交换等操作。其中，初始化 部分主要完成装置内各个模块的初始化（包括DSP本身初始化、ADC模块初始化、捕获单元初始化、SCI模块初始化以及保护器系统参数、保护参数和故障记忆值的初始化）和将保护器的初始化数据（系统参数、保护参数及故障记忆值）经双口RAM通信发送给单片机等操作。三相电流、电压值和零序电流、电压值的采样在DSP的定时中断子程序中完成[8]。

3继电保护的趋势展望

3.1计算机化

随着我国计算机硬件迅速发展，微机的保护硬件也在不断地发展。电力系统对于微机保护的要求在不断地提高，除了继电保护的基本功能之外，还应该具有大容量的故障信息存放空间，快速的处理数据的功能和通信能力，并且与其它保护、控制装置以及调度联网共享全系统的数据、信息以及网络资源的能力，高级的语言编程等。继电保护的微机化和计算机化是一个不可逆转的现代发展趋势。但是对于如何能够更好地去满足电力系统新的要求，如何进一步地提高继电保护装置的可靠性，还需要进行具体和深入的探索研究。

3.2网络化

3.3智能化

智能化技术如模糊逻辑、进化规划、遗传算法、神经网络等继电保护的各个领域都得到了广泛应用，在未来的一段时间，智能化技术在继电保护方面必将会得到更加广泛地应用，进而解决使用常规的方法很难解决的问题。

随着电力系统继电保护技术的高速发展以及计算机技术和通信技术的快速进步，继电保护的相关技术将面临着进一步高速发展。目前国内外的继电保护技术发展的趋势是：计算机化，网络化以及人工智能化，这对于继电保护工作者既是一个机遇，也是一个挑战。

结语

DSP技术的发展给电力保护系统提供了便利，DSP技术和单片机的结合也越来越多的应用在电力保护系统中，不仅在不同领域的电力系统得到了很好的应用，而且也让DSP技术变得更成熟。此系统将保护、测量、监控等技术进行结合，为电力系统的保护变的更稳定，更安全。此技術的硬件及软件技术的一些技术内容可以移植到其他技术领域中，不仅将此技术系统得到了更好的推广，而且让此类技术变得更有利用价值。

参考文献：

[1] 何治勇，王松.基于双C P U 的电力保护系统设计研究[J].科技资讯，2012（1）：129-130.

[2] 余永权.ATMEL89系列单片及应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012

[3] 陈文会，张元丰，徐荣英.基于MSP430F149的电力保护系统的实现[J].现代电子技术，2012，9：62～65.

（作者单位：国网太原供电公司）