基于DSP永磁智能断路器数据采集系统的分析与设计
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0 引 言
低 压 断路 器是 低压 配 电系统 中起 通 断和保 护
作 用 的低 压 器 件 。在 重 要 的用 电场 合 , 求 供 电 要
的 电能质 量尽 可 能 高 , 其 是在 需 要 持 续 稳 定 供 尤
电的设 备 中 , 即使 不 可避 免地 出现 断 电 , 希望 断 也
tr f c u cru t Ba e o i,a u r n a d ot g d t a q ii o s se e s o a t a ic i l . s d n t c re t n v l e aa c u s in y tm wa d sg e b s d n a t s e in d a e o TMS 2 F 8 2 DS h p 3 0 2 1 P c i .B o a ig s v rldf r n c e s so u rn .v l g y c mp r e e a i e e ta c se f re t o t e RMS meh d .te F T l o n f c a to s h Fr ag — r h wa p l d i h aa a q i t n s s m ,a d a n w i sa t n o sp oe t n ag r h b s d o h h e - i m sa p i n t e d t c u s i y t t e io e n e n t na e u r tci lo t m a e n t et r e o i d tsi i d w n r v d d f r n il o f ce t to sp e e td h e in o in l o d t n n i u t o l w n o a d i o e i e e ta e i n h d wa r s n e .T ed s f g a n i o i gc r i p mp f c i me g s c i c
sr td a d f al e d t c u st n s se s f a e d sg a rs ne .T ep a t e s o a es se h s t e n n l t aa a q ii o y t m ot r e i n w sp e e td a i yh i w h r ci h wst t h y tm a c h t g o e fr a c n s mp i g r t n r c s n,a d i a l o me t h e u r me t o tl g n i u t ra e o d p r m n e i a l ae a d p e ii o n o n be t e e r q ie n s f ne l e t r i b e k r s t i i cc
・
智能电器 ・
低压 电器 (0 2 . ) 2 1 No1
基 于 DS P永 磁 智 能 断 路 器 数 据 采 集 系统 的 分 析 与 设 计 水
陈 起 磊 , 王 志 新
( 海 交通 大学 电气工程 系 , 海 上 上
摘
204 ) 0 2 0
要: 永磁智能断路器控 制器能 可靠 、 精确地 采集 电流 、 电压等 实际运行 参数 ,
wt hs i l i o w r a ea e , h u etr s r e C )gopdtco t tg a e o — i Mu i m s a o sf aew sdt l tecl n a f m r( T ru eet nsaeyw sdm n h i mu t n t id T tn o i r
1 电流 电压 有 效 值 计 算
用 于供配 电系统 中的低压 断路 器控 制器 的主 要 功能 是通 过采集 系统 母线 中 的电压 、 电流信 号 ,
由脱扣 器 的逻 辑 控 制单 元 进 行 分 析判 断 , 而发 从
出相应的控制信号 , 使得低压断路器的操纵机构 做 出相 应 的动 作 , 现 对 系 统 的 过 载 、 流 保 护 实 过 等 。在 电力 系 统 中需 要 对 电 流 、 电压 有 效 值 和有 功功 率 、 功 功率 、 率 因数 等 进行 测 量 和计 算 , 无 功 作 为脱扣 装置 动 作 指令 的信 号来 源 , 系统 运 行 对 参数 进行 监控 。 装 置对模 拟 信号 的采 集 , 理论 上 是 采 集 频 在 率越 高越 能还 原原 信号 , 是 由于 C U的 运算 速 但 P 度 、/ A D转换 时 间 限 制 , 得 采 样 频 率 不 可 能 太 使 高。大多数保护算法可以看作是对交流信号 中参 数的估算过程, 对算法性能的评价也主要看能否 在 较短 的数 据窗 内完 成对 交流基 波分量 或 者某 次
o he d t o lc in. n t a a c le to
Ke r s p r n n a n ti tl g n ic i b e k r;d t c u st n;DS c r e tt a so me y wo d : e ma e tm g e n e l e tcr u t r a e i a a a q iii o P; u r n r n f r r
An l ssa sg fDa a Ac iiin S se s d o P o a y i nd De i n o t qu sto y t m Ba e n DS f r Pe m a n a ne ntlie r ui e ke r ne tM g tI elg ntCic tBr a r
一
21 —
低压 电器 (0 2 . ) 2 1No 1
・ 智能电器 ・
靠 而精确 的。 因此 , 在设 计智 能控 制器 时 , 数据 采 集 系统 的设 计就显 得尤 为重要 。既要求 数据 采集
度【 。
系统有高的数据采集速率 , 又要保证其具有使 系 统 达 到准确 动作 的数 据精度 。本 文基 于上述 诸 因 素 的考 虑 , 前人 工作 的基 础上 , 计 了符合 功能 在 设 需 求 的智能 断路 器 控 制 器 的数 据 采 集 系统 , 从 并 硬件 和软件 上 给 出了实现方 式 。
究 方向为机 电智 能 控制 。
表明 , 系统在采样 速度 、 该 精度方 面能够较好地满足智能断路器对数据采集 的要求 。
关 键 词 :永磁 智 能 断 路 器 ; 据 采 集 ; S 数 D P;电流 互 感 器 中 图 分 类 号 : M 6 . 文 献 标 志 码 : T 5 16 B 文 章 编 号 : 0 15 3 ( 02 0 -0 1 5 10 .5 1 2 1 ) 102 - 0
Abs r t t ac :A r n n g ti tlie ic tb e k rc tol rc n ca u e r la l n c urt a a e pe ma e tma ne ne lg ntcr ui r a e onr le a ptr ei be a d a c ae p rm -
2 瞬动保 护 算 法
对 于断路 器 的瞬动保 护 ,F F T由于计 算 量大 , 计算 时 间过长 , 不能 满足 瞬动保 护 的实时 性要求 。 目前 瞬动 保护 算法 主要有 瞬 时采样值 比较 法 和基
于离散 正弦滤 波算 法 。前者虽 然简 单 , 度快 , 速 但 易受谐 波和 毛刺影 响 , 干扰性 差 ; 抗 后者 先用长 度 较 短 的离 散 正 弦 滤 波 器 对 短 路 电 流 信 号 进 行 滤
谐波 分量 的较 准确 的估算 。衡 量算 法 的优 缺点 主 要是 看 计算 精 度 、 应 时 间 、 算 量这 三 个 因 素 ; 响 运
计算 精度 越高 越好 , 响应 时 间越 短越 好 , 算量 越 运 小越 好 。可是 这 三 者往 往 是 相 互 制约 的 , 高 的 较
求取正弦信号的有效值一般有最大值 法、 有 效值法 、 傅里 叶变换 。由于最大值法要求信号不 产生畸变 , 而电路发生故障时信号一般都会畸变 , 所 以最 大值 法不 太适合 该保 护设计 。虽 然有效 值 法对 信号波 形 的依赖 性小 , 是计 算量 过大 , 但 在快 速保 护场合 也不 宜使 用 。傅 里 叶变换法 由于大量 引用 了正 弦 、 弦 函数 , 得 计 算简 单 , 得 到 占 余 使 能 总波 9% 以上 的基波信 号 , 且不 包 括各 种谐 波 5 而 分 量 。综 合 考 虑 , 设 计 采 用 快 速 傅 里 叶 变 换 本 (F ) F T 。该 算 法 原 理 是 A D 以一 定 频 率 采 样 数 / 据 并 进 行 模 拟 转 换 获 得 信 号 离 散 的数 据 , 过 经 F 计算 出基波有效 值 。这种 求取 电流 有效 值 的 丌 算法 , 对于过 载长 延时保 护 的实 时性是 足够 的 。
C E Ol , W N hxn H N i i e A GZ i i
( e a met f l tcl n ier g h nh i i t gU iesy S a g a 2 0 4 , hn ) D pr n e r a E gnei ,S a g a Ja o nvri , h nh i 0 2 0 C i t oE ci n on t a
陈 起 磊 ( 96 ) 18 一 , 男 , 士研 究生 , 硕 研
在此基础上 , 设计 了基于 T S 2 F 8 2D P芯 片的 电流 、 M 30 2 1 S 电压数 据采 集系 统。通过 比 较几种获取 电流 、 电压有效值方法 的不 同特点 , 采用快 速傅里 叶变换算 法 , 给出 了基 于 改进型导数法 的三点滑动窗 口的瞬动保 护算法 , 并借 助 M ls ut i im仿真 软件设计 了信号 调理电路 , 以及 电流互感 器的分组检测策略 , 最后给出 了数据采集系统软件设计 。实践
实 现这 些保 护功 能 , 出现 故 障不 动 作 或者 无 故 不 障误动 作 , 必须 保 证 电路参 数 的实 时 获取 是 可 就