10KV线路微机保护装置软件设计

2011届毕业生 毕业论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题     目:    10KV线路微机保护装置软件设计          院系名称：  电气工程学院  专业班级：    学生姓名：        学    号：   指导教师：            教师职称：    讲师    2011 年  05 月 29 日 摘 要 在现代电力系统中，继电保护装置是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要工具，而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高。 本设计的主题是10kV线路微机保护装置的软件。本文首先简要介绍了电力系统微机继电保护的发展历史、现状、技术特点及其发展方向。接着介绍了线路保护的原理，然后详细论述了线路保护装置中采用的保护、测量算法进行了详细论述。 本设计针对10kV线路微机保护装置的软件，对微机保护装置进行了软件结构设计，对各个模块的功能做了具体介绍。设计了主程序、A/D采样、键盘、液晶显示、通信程序的流程图，针对一些模块运用C语言进行了编程。 关键词:继电保护； 微机保护； 线路保护 Title   Software Design For 10KV Line Microcomputer          Protective Device                                  Abstract Protection relay is the most important tool to make the power system work safely and improves the quality of power energy. With the expansion of the power system and the consumer raising higher requirement for quality of power energy, the protection relay must be improved greatly and fulfill the high requirement. The design theme is 10kv microcomputer circuit protection device software. This article briefly introduces the development of power system relay protection history, present situation, characteristics and development. Then introduced the principle of line protection and line protection devices are discussed in detail the use of protection, measurement algorithm in detail. 10kv microcomputer circuit designed to protect the software, the microcomputer protection device of software structure design, the function of each module of introduced concretely. Design the main program, A/D sampling, keyboard, LCD display, communication program flowcharts, in view of some modules using C language programming. Key Words： Protection relay; Computer-based protection; Line protection 目 次 1  绪论    1 1.1  论文选题的背景及意义    1 1.2  继电保护的国内外研究现状和发展趋势    1 1.3  本设计的主要内容    2 2  线路继电保护原理和算法    4 2.1  继电保护装置的基本功能概述    4 2.2  线路故障分类及其原因    5 2.3  继电保护的原理与算法    6 3  线路保护装置的算法分析与软件设计    13 3.1  FIR数字滤波器的设计    13 3.2  保护装置的采样算法    15 3.3  主程序设计    17 3.4  故障处理与A／D交流采样程序设计    18 3.5  液晶显示程序设计    19 3.6  键盘设计    22 4  CDT规约及其设计    25 4.1  电力系统通讯规约    25 4.2  CDT规约及其设计    25 结论    30 参考文献    32 附录A 滤波器算法程序代码    33 附录B 微机保护傅氏算法程序    33 附录C 键盘扫描程序    35 附录D 液晶显示程序    36 附录E RS232串口通信程序（接收和发送）    42 1 绪论 1.1 论文选题的背景及意义 现代电力系统是一个巨大的统一的整体，系统中的装置以及用电设备都是由线路连接且都是开放设备。继电保护的基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。近年来随着微型计算机和微处理机的飞速发展，继电保护装置的计算速度不断加快，可靠性也大为提高。微机继电保护的对象一般包括电动机、变压器和线路。 线路是电力系统重要的组成部分，但是由于线路容易受到周围环境以及自然灾害的影响下，其发生故障的可能性很大。2008年冬季的冻灾当中，由于输电线路受损导致受灾省份供电一度中断，很多企业蒙受了经济损失尤其是对电力依赖较大的企业如电解铝厂，减产明显。这次灾害体现了线路保护重要性。 1.2 继电保护的国内外研究现状和发展趋势 我国继电保护技术进入微机保护时代以来，微机保护在电力系统的各个方面及各种电压等级上均有较大的发展，如线路保护、发电机保护、变压器保护、励磁调节系统。1988年我国开始研究基于DSP的保护、控制、测量一体化微机装置。采用32位微机芯片除了考虑精度之外，关键是32位微机芯片具有很高的集成度、工作频率和计算速度，同时芯片内部的寻址空间较大，外部的端口资源丰富，具有存储器管理功能、保护功能等，能够满足继电保护算法对芯片数据处理速度和精度的要求。 我国线路保护主保护在1994年推出LFP-901、WXH-15高频方向原理技术，线路保护主保护采用高频方向、高频距离原理。由于光纤通道抗干扰能力强，解决了高频相差、高频距离很难解决的系统振荡、选相等问题，2000年以后，光纤电流差动保护成为我国线路主保护。随着光互感器（光TA、光TV）的研究和推广使用，保护装置应能够适用于光互感器，国内目前开展了适用于光互感器的继电保护装置的研究。 自20世纪90年代中后期开始，国外著名继电保护制造商如GE、ABB等公司的产品就已经向保护测控装置网络化的方向发展，开始将网络设计思想引入装置内部硬件设计中。ABB公司生产的数字式保护就是基于通用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化硬件设计的理念，采用了B448C总线作为保护内部各模块之间通信的方式。并且ABB公司于1998年推出的RE系列数字式保护装置就是具有代表性的网络化新一代继电保护装置。 现代继电保护装置的发展趋势是向微机化、网络化、智能化和功能一体化。 （1） 微机控制化 电力系统对微机保护的要求不断提高，除了实现继电保护的基本功能外，还需要保护装置具有存放故障 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 和各种电参量的存储空间、高速和准确的数据处理功能、可靠的通信能力以及与其它继电保护装置联网共享数据、信息的能力，能够运行C/C++等高级语言的程序代码。 （2） 保护装置网络化 继电保护的作用是保护电力系统的安全稳定，能够及时判断电网出现的故障，启动相应的保护动作，这就要求每个保护单元都能共享运故障报告的数据，各个保护单元在分析这些数据的基础上动作，避免出现误动作或是拒动作。这就要求继电保护装置实现网络化。继电保护装置能够通过网络得到的故障信息越多，根据软件算法的分析，就能越准确地判断所发生故障的性质、位置和距离并启动保护动作。 （3） 算法智能化 人工智能技术如神经网络、遗传算法等在电力系统各个领域都得到了应用。神经网络是一种非线性映射的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，很多传统方法难以求解的复杂的非线性问题，应用神经网络方法就能方便的解决。其它智能化算法例如遗传算法、动态规划等方法也都各有特点，将这些算法相结合，可使求解的速度和准确度大幅提高。 （4） 功能一体化 继电保护技术在实现了微机化、网络化和算法智能化后，继电保护装置实际上就成为一台高性能、多功能的计算机，可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，通过智能化的算法对这些数据进行快速准确的分析并作出判断，生成故障报告，发出相应的保护动作指令，同时将存储的被保护器件的运行和故障数据通过网络传送到控制中心或其它终端。 1.3 本设计的主要内容 本设计主要是针对10kV微机线路保护装置开发软件，分析了该保护装置的软件程序和通信方式。 本设计的主要内容如下： 1） 绪论，主要介绍论文的背景和意义，国内外继电保护的研究现状以及微机线路继电保护的今后发展方向。 2） 线路故障与微机保护原理分析，主要介绍线路保护的常见故障，对线路继电保护原理和故障判据进行了分析。 3） 10KV微机线路保护的软件算法设计，主要分析了线路保护的常用算法并对保护装置的主要程序，如交流采样程序，显示程序，键盘程序等以流程图的形势表示出来。 4） 10KV微机线路保护装置的通信设计，本设计采用的RS232通信接口，同时分析了CDT通信规约。 2线路继电保护原理和算法 10 KV电网线路是重要的公用基础设施。如何正确有效地判断、查找、处理配电线路故障，及时恢复供电非常重要。 2.1 继电保护装置的基本功能概述 当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。 2.1.1 继电保护装置的主要作用 1） 当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求（如保持电力系统的暂态稳定性等）。 2） 反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同（例如有无经常值班人员）发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。 由此可见，继电保护装置直接关系到电力系统的安全运行。不仅如此，设计、选用完善的继电保护装置，对于进一步提高供电质量也有很大作用。例如，继电保护装置与自动重合闸、备用电源自投、故障点定位等装置的配合使用，可以大大缩短故障停电时间等。但是，如果继电保护装置本身的质量不高或使用维护不当，不仅起不到积极作用，还会给电力系统的安全运行造成不利的影响。 2.1.2 继电保护的基本原理和构成方式 继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。 2.1.3 电力系统对继电保护的基本要求 继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。 1） 可靠性是指保护装置该动作时可靠动作，不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。 2） 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。 3） 灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。 4） 速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护（如高频保护、差动保护）、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。 当电力系统发生故障或出现不正常运行状态时，系统的电气参量将有显著变化。例如：电流增大，电压降低，以及电压与电流之间的相位角改变等。继电保护装置就是通过测量这些参量的变化来反应故障并构成对电力系统的保护。例如，反应电流增大的电流保护；反应电压降低的电压保护；反应电流增大及电压降低的阻抗保护等。 2.2 线路故障分类及其原因 2.2.1 线路常见故障分类 一般来说，l0kV线路常见故障包括： 1） 短路故障：短路故障分为2类：第1类是线路瞬时性短路故障（断路器重合闸成功）；第2类是线路永久性短路故障（断路器重合闸不成功）。短路故障中常见故障包括线路金属性短路故障；跌落式熔断器、隔离开关弧光短路故障等。 2） 接地故障：接地故障分为线路瞬时接地故障和线路永久性接地故障。 2.2.2 线路短路故障原因分析 造成线路短路故障原因包括： 1） 线路金属性短路故障：外力破坏造成故障，电缆上设备例如变压器、开关等被外力刮碰短路。 2） 线路缺陷造成故障：弧垂过大引起碰线或短路引起碰线。 3） 线路引跳线断线弧光短路故障：线路老化引起断线等。 4） 跌落式熔断器、隔离开关弧光短路故障：跌落式熔断器熔断引起熔管爆炸或拉弧引起相间弧光短路。 2.2.3 线路接地故障原因分析 造成线路接地故障原因包括： 1） 线路瞬时性接地故障：外抛物或树木碰触导线引起单相接地；线路绝缘子湿度高的天气出现对地闪络。 2） 线路永久性接地故障：线路隔离开关、跌落式熔断器因绝缘老化击穿引起；线路绝缘子老化或存在缺陷击穿引起。 2.3 继电保护的原理与算法 2.3.1 过电流保护的原理与算法 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。 （1） 定时限过电流保护的原理 定时限过电流保护是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上电流的大小无关。 1） 当被保护线路中电流增大且超过整定值时，电流继电器启动，同时启动时间继电器，待时间继电器延时到预先整定时间，保护装置动作切除故障并报警。 2） 定时限过电流保护在供电系统中多采用两相式。 （2） 定时限过电流保护的原理接线 图2.1 定时限过流保护原理图 由电流继电器1KA与2KA，时间继电器KT和信号继电器KS组成。其中，1KA、2KA是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保护动作的信号。 正常情况下，断路器QF闭合保护，保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故障是，线路中流过的电流迅速增加，使电流继电器KA瞬时动作，启动时间继电器KT，经过延时，KT延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作，KS触点闭合接通报警线路，KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除断路故障。在断路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位。 图2.2 定时限电流保护展开图 正常运行时，1KA、2KA、KT、KS的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，1KA和2KA动作，通过其触点启动时间继电器KT，经过预定的延时后，KT的触点闭合，将断路器QF的跳闸线圈YR接通，QF跳闸，同时起动了信号继电器KS，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。这样不正常状态或故障被切除。 （3） 定时限过电流保护动作电流整定                                     （2.1） 返回电流：                                   （2.2）                                         （2.3） —可靠系数，一般取1.05-1.25。 —自动启动系数，一般取1.5-3。                               （2.4）                           （2.5） —返回系数，DL型取0.85，用GL型0.80 1） 为保证在正常情况下过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动电流必须整定得大于该线路上出现的最大负荷电流；同时还必须考虑在外部故障切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自起动电流。 2） 一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的启动电流。 2.3.2 零序电流保护的原理与算法 （1） 零序电流保护的原理 当电力系统出现不对称运行时，就要出现零序电流。可以直接测到零序电流互感器输出的零序电流。造成零序电流的故障包括接地故障，单相重合闸过程中的两相运行等。零序分量具有以下特点： 1）故障点的零序电压最高为，距故障点越远处的零序电压越低，如图2.3所示。 图2.3零序电压分布图 2） 由于零序电流是由零序电压产生的，因此零序电流的大小和相位由零序电压和中性点至故障点的零序阻抗决定即：             （2.6） 式（2.6）说明零序电流的分布主要决定于线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗。 零序III段保护的整定为： 1） 零序过电流保护的动作电流应躲过本线路三相短路时的最大不平衡电流即：                         （2.7） 是零序III段可靠系数，取1.2—1.3，为三相短路时最大不平衡电流。 2） 与相邻线路零序111段保护进行配合，本段的灵敏度系数要小于下一段的灵敏度系数，如图2.4所示。 图2.4 零序三段保护示意图 在图16中，零序电流的动作电流为：                       （2.8） 为配合系数取1.1-1.2，为保护2零序III动作电流。 3） 如果线路允许非全相运行，则动作电流应大丁非全相运行叫出现的零序电流。                     （2.9） 为可靠系数，为非全相远行时的最大零序电流。 零序电流经过零序互感器可以直接取样获得，当3倍零序电流大于零序电流保护定值时，通过算法判断是否启动告警或是跳闸。 （2）零序电流保护的整定与算法 表2.1 零序电流保护的整定 零序电流定值 零序电流时限 零序电流压板 零序电流跳闸 0.01 0s～100s 投入或退出 投入（跳闸）或退出（告警） 表2.1中零序电流保护时限整定范围0s—l00s，整定步长为0.01s，零序电流定值整定范围，整定步长为0.01。零序电流保护逻辑框图如图2.5所示。 图2.5零序电流保护逻辑图 2.3.3 瞬时电流速断保护 （1）工作原理 为了获得动作的快速性与保护的选择性，保护区范围不能超出全线范围。 如图所示，线路L1最大短路电流曲线用1表示，最小短路电流曲线用2表示，短路电流曲线与线路L1末端的交点用虚线表示。考虑电流互感器的误差因素，为避免保护1在线路L2首端故障时误动作，保护1的动作电流应比最大短路电流曲线与线路L1交点对应的数值还要大一点，其动作值用Iop表示，Iop与最大短路电流曲线的交点为M，与最小短路电流曲线的交点用N表示。故保护1的最大保护范围为A—M，最小保护范围为A—N。 瞬时电流速断保护，是反映电流升高而动作，是不带时限动作的一种保护，也称Ⅰ段保护。 图2.6 瞬时电流速断保护原理图 图2.7 单相原理接线图 （2） 瞬时电流速断保护的构成     任何一套保护都是由测量部分、逻辑部分和执行部分构成，瞬时电流速断保护反应的物理量是电流，所以其测量部分是电流继电器；依靠电流继电器的动作值来满足保护之间的配合要求，因此它的逻辑部分也是电流继电器，保护的任务是在被保护对象发生短路故障时起切出故障作用，因此它的执行部分包括信号继电器和中间继电器，信号继电器通过相应的信号回路发出音响和灯光信号，中间继电器则去驱动断路器操作机构完成跳闸动作。 （3） 保护动作过程 被保护对象上发生短路故障，流入电流继电器的电流大于预先设定的数值（整定值），电流 继电器动作，其接点立即闭合，从而接通中间继电器KM线圈的电压回路，中间继电器动作，KM的接点经过信号继电器线圈接通跳闸线圈YT的电压回路，QF实现跳闸，同时信号继电器KS的接点也动作，接通信号回路，发出相应的灯光、音响信号。 （4） 瞬时速断保护的优缺点 瞬时速断保护动作速度快是其主要特点，有利于切除故障，保护设备安全。但其保护范围要随运行方式的变化而变化，特别是在运行方式变化比较剧烈的情况下（引水式中小型水电站），甚至可能在最小运行方式下没有保护范围。一般只能作为辅助保护使用。 3 线路保护装置的算法分析与软件设计 3.1 FIR数字滤波器的设计 3.1.1 数字滤波器 （1） 概述 数字滤波是由乘法器、加法器和单位延时器组成的一种运算过程，其功能是将输入的离散信号通过一定的运算处理后转变成另一组频谱结构不同的离散信号。实现数字滤波的离散时间系统，其系统函数可用多种算法实现，各种算法又对应有各自不同的网络结构。 （2） FIR数字滤波器的结构 设h（n），n=0,1,2…N-1为滤波器的冲激响应，输入信号为x（n），则FIR滤波器就是要实现下列差分方：                   （3.1） 式（3.1）中,y（n）为输出信号，即经过滤波之后的信号；N 为滤波器阶数。FIR滤波器的最主要特点是没有反馈回路，因此是无条件稳定系统,其单位脉冲响应 h（n）是一个有限长序列。由式（3.1）可见,FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算，不断地输入样本 x（n），经延时做乘法累加,再输出滤波结果 y（n）。对式进行Z变换,整理后可得FIR滤波器的传递函数为：                       （3.2） FIR滤波器的一般结构如图3.1所示。 图3.1 FIR滤波器结构图 3.1.2　FIR滤波器的C语言算法实现 由上述分析可知，FIR滤波器的算法实际上是一个乘累加运算。在这个乘累加运算中，主要涉及到3个要素：输入信号x（n）、冲击响应即滤波器系数h（n）和输出信号y（n）。其中，x（n）和h（n）为已知,y（n）为待求。 （1） 输入信号x（n）的获取 假设输入信号是频率为1000Hz和2500Hz的正弦波合成的波形，希望得到输入信号的256个抽样点，为了与整个系统保持一致，抽样频率fs规定为8000Hz。利用C语言得到256个点的输入信号的源代码如下： #include #include main（void） { int i,; double f[256]; for（i=0;i<=255;i++）; {f[i]=sin（2*3.14159*i*1000/8000）+0.2*sin（6*3.14159*i*2500/8000）; printf（"%1d,",（long）（f[i]））; } { 图3.2 输入信号波形图 （2） 滤波器系数h（n）的获取 设计一个FIR低通滤波器，其截止频率fc= 1500Hz，抽样频率fs=8000Hz，阶数N=17，选择 Hamming窗。利用MATLAB软件设计滤波器方法有很多，可以采用FDATool滤波器设计分析工具箱和 SPTool信号处理工具，还可以直接编程实现。在此采用编程实现,代码如下： h=fir1（16,1500/8000*2）；得到17个滤波器系数。理论上，上述输入信号（频率为1000Hz和2500Hz的正弦波合成的波形）经过此低通滤波器滤波后的输出信号应该为频率为1000Hz的正弦波。 图3.3 输出信号波形 3.2 保护装置的采样算法 3.2.1 采用傅氏变换算法 导数式算法是针对理想正弦信号进行计算，由于故障时的电流、电压波形畸变很大，此时不能把他们假设为单一频率的正弦函数，而应该假设它们是包含各种分量的周期函数，这时就要采用傅氏变换算法。傅氏变换算法来自于傅里叶级数，以电流为例，即一个周期性函数I（t）可用傅里叶级数展开为各次谐波的正弦项和余弦项之和，即：             （3.3） 式（3.3）中，n为自然数，n=0,1,2……表示谐波分量次数。 于是电流中的基波分量可表示为：                 （3.4） 还可以表示为一般表达式：                   （3.5） 式（3.5）中，为基波有效值；为t=0时基波分量初相角。 将用和角公式展开，再与式（3.4）比较，可以得到：                       （3.6）                       （3.7） 从式（3.6）和式（3.7）可以看出，只要求出基波的正弦幅值和余弦幅值，就很容易救得基波的有效值和初相角。 根据傅氏级数的逆变换原理可求的和：                   （3.8）                   （3.9） 在用微机计算和时，通常都是采用有限离散方法算得，即将用各采样点数值代入，通过梯形法就和来代替积分法。考虑到时式（3.8）和式（3.9）可表示为                 （3.10）             （3.11） 式中，N为一周采样点数；为弟k次采样值；、分别为k=0和N时的采样值。 当N=12时采样间隔一般用角度表示为。由于上述和是对一周波N个采样点求和所以其数据窗为一周波，故称其为全波傅氏算法。 根据式（3.6）和式（3.7）基波的有效值和相角：                           （3.12）                         （3.13） 傅氏变换算法可以计算周期性时间函数，还可算出初相位角，其积分运算结果同样具有数字滤波功能，运算工作量也不大。 3.3 主程序设计 微机线路保护装置的主程序如图3.4所示。 图3.4 主程序流程图 线路保护装置的程序使用C语言编写，按照不同的功能如显示，A／D，外部中断等，对程序进行了模块化设计，方便了调试和修改。软件设计分为整定测试部分和故障判断处理2个部分。整定部分是对各种保护定值和时限按照规定的步长和范围进行整定。交流信号通过低通滤波器，进入AD8364采样，运用傅氏变换算法对电流的幅值和初相位进行计算得到有效值。使用CPU的外部中断测量频率和相位角差。故障判断处理程序是根据测试部分得到的电流、频率等参数，与存储的整定数值进行比较，按照各种故障的判据，进行分析，如果符合某种故障的条件则马上启动对应的保护动作如报警或跳闸等，并生成故障报告。 3.4 故障处理与A／D交流采样程序设计 故障判断与处理程序是本保护装置软件程序的核心部分，故障判断程序对进过算法处理的采样数据，经过保护算法判断，当符合故障判据，则故障处理程序将启动相应的保护动作，本装置使用ADS8364作为采样芯片。采样中断不能够被其余中断打断，否则会引起采样间隔出错，所以必须设置为最高优先级中断。本装置采用每周波40点采样，采样中断由计时器定时触发，对测量电流和电压进行采样，测量电流和电压的采样是由ADS8364完成的，ADS8364具有16bit精度。 图3.5采样中断流程图 如图3.5所示，采样中断可以分为5个部分：采样、对采样值调整、对采样队列的调整保护计算和启动计算。 故障判断流程图为：   . 图3.6 故障判断流程图 3.5 液晶显示程序设计 3.5.1 MGLS12864的结构和特性 MGLS12864点阵图形液晶显示模块的显示屏是一块128×64点阵的液晶显示屏，它以一片HD61203U作为64路行驱动器，两片HD61202U组成128点列的列驱动器组。他能显示ASCⅡ字符、汉字和各种曲线，可与单片机连接构成功能强、结构简单的人机界面，因此广泛用于各种智能仪表和控制系统。 HD61202U是带显示存储器的图形液晶显示列驱动控制器，其特点是内置64×64位显示存储器，可以直接与计算机总线连接。但它本身不能生成显示时序，所以需要与相应的带振荡器和显示时序发生器的行驱动器HD61203U配套才能形成一个完整的液晶驱动和控制系统。 MGLS12864模块有18个引脚，17、18引脚为背光灯提供电源；1、2引脚为两个片选信号，组合功能定义是：、为00时禁止使用，01时选左区，10时选右区，11时未选；3为GND；4为Vcc；5为液晶显示驱动电源V0；6为数据、指令选择D/；7为读/写选择R/；8为使能信号E；9～16为数据总线AD7～AD0。 表3.1 MGLS12864引脚 序号 符号 状态 功能 1 输入 片选A，低电平有效 2 输入 片选B，低电平有效 3 GND - 电源地 4 VCC - 逻辑电源正 5 V0 - 液晶显示驱动电源 6 D/ 输入 数据、指令选择信号 7 R/ 输入 读/写选择信号 8 E 输入 读写使能信号 9～16 AD7～AD0 三态 数据总线 3.5.2 软件设计 内置HD61202U液晶显示模块的软件特性，这是指HD61202U的指令功能。HD61202U一共有七条指令，分别解释各条指令的功能，并对使用不同的指令时D/、R/信号的状态给予说明。 （1）读写状态（D/=0，R/=1） BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0 BUSY:BUSY=1，内部正工作，不能访问；BUSY =0时，等待访问。 ON/OFF：ON/OFF=1时，关显示状态；ON/OFF=0时，开显示状态。 RESET:RESET=1时，复位状态；RESET=0时，正常工作状态。 在每次对HD61202U操作之前，都要读出状态字判断BUSY是否为“0”。若不为“0”，则需要等待，直到BUSY=0为止。 （2）显示开关设置（D/=0，R/=0） 0 0 1 1 1 1 1 D D=1为开显示，D=0为关显示设置。 （3）显示起始行设置（D/=0，R/=0） 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0 L5～L0为显示起始行的地址，取值在0～3FH（1～64行）范围内，它规定了显示屏上最顶一行所对应的显示存储器的行地址。 （4）页地址设置（D/=0，R/=0） 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 HD61202U将显示存储器分成8页，由指令代码中的P2～P0确定当前所要选择的页地址，取值范围为0～7H，代表弟1～8页。 （5）列地址设置（D/=0，R/=0） 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0 该指令设置列地址计数器的内容，列地址由C5～C0确定，其取值在0～3FH（1～64）内。每次读/写数据后，列地址计数器将自动加一。 （6）写显示数据（D/=0，R/=0） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 该指令将8位数据写入先前已确定的显示存储器的单元内。操作完成后列地址计数器自动加一。 （7）读显示数据（D/=1，R/=1） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 该指令将HD61202U接口输出寄存器内容读出，然后列地址计数器自动加一。 3.5.3 基本子程序 MGLS12864的显示屏分左、右两区，分别有两片HD61202U控制。图3.7为HD61202的操作流程。     图3.7 HD61202的操作流程 液晶显示程序流程图如图。 图3.8 液晶显示程序流程图     液晶显示初始化，对屏幕进行清屏，然后进行写操作，CPU写入8位控制字，8位数据，然后发送到80C196，液晶显示数据，然后返回。 3.6 键盘设计 本装置的键盘采用32的行列式键盘，行线为P4.0、P4.1、P4.2，列线为P4.3、P4.4，分别对应于6个按键。键盘如图3.9所示。 图3.9 键盘 键盘程序流程图为： 图3.10 键盘扫描程序流程图     首先对键盘进行扫描，查看是否有键闭合，若无建立无效标志，同时返回。有键闭合则延时去键抖动，再次扫描键盘，找到闭合键并计算键值。释放闭合键成功，建立有效标志然后进行返回。 4 CDT规约及其设计 4.1 电力系统通讯规约 通信规约（协议）是指通信双方必须共同遵守的题中约定，也称为通信控制规程或传输控制规程。 通信规约的信息传送格式包括收发方式、传送速率、帧结构、帧同步字、位同步方式、干扰措施等。信息传送的具体步骤分为将信息分类、分循环周期传送，系统对时数据收集方式和设备状态监视方式。 电力系统通讯规约按照传输方式分为循环式通讯规约（CDT）和问答式通讯规约（Polling）。按传输基本单位分为面向字符的通信规约和面向比特的通信规约。 4.2 CDT规约及其设计 CDT循环远动规约适用于点对点的通道结构，采用可变帧长、多种帧类别的循环传送方法，优先传送变位遥信，随机量和插入量采用不同形式传送信息。每帧分为若干类型，分别以“帧类别”编码来加以区别，每帧长度按实际需要而定。 CDT规定了电网数据采集与监控系统中循环式远动规约的功能、帧结构、信息字结构和传输规则等。 CDT适用于点对点的远动通道结构、循环字节同步方式传送远动设备与系统和调度所间以循环式远动规约转发实时信息的系统。 本规约采用可变帧长度、多种帧类别循环传送、变位遥信优先传送，重要遥测量更新循环时间较短，区分循环量、随机量和插入量采用不同形式传送信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。 4.2.1 帧结构 帧结构如表5所示。每帧都以同步字开头，并有控制字，除少数帧外均应有信息字。信息字的数量根据实际需要设定，帧长度可变。 表4.1帧结构 同步字 控制字 信息字1 …… 信息字N 同步字 控制字 （1）同步字结构 同步字按通道传送顺序分为3组EB90H，即1110、l0Il、1001、0000，⋯ 。为保证通道中传送顺序，写入串行口的同步字排列格式如表6（a）所示。 （2）控制字结构 控制字共有B1-B66个字节，如表6（b） （3）信息字结构 每个信息字由Bn-BN+56个字节构成：功能码一个字节、信息、数据码4个字节和校验码一个字节，其通用格式如表4.2所示。 表4.2 帧中的字结构 （a）同步字排列格            （b）控制字                （c）信息字  b7            b0            b7            b0            b7          b0 控制字节 帧类别 信息字数 源站地址 目的站地址 校验码 功能码 b7……b0 b7……b0 b7……b0 b7……b0 b7……b0 D7H（11010111B） 09H（00001001B） D7H（11010111B） 09H（00001001B） D7H（1l0l011lB） 09H（00001001B）                                                                                                                                                                                                                                                                                           4.2.2 帧的分类 帧的分类如表4.3上行和下行的信息不一样，上行是从站向主站发数据，下行是主站向从站发数据。 表4.3 帧的类别 帧类别代号 定 义 上行E=0 下行E=0 6lH 重要遥测（A帧） 遥控选择 C2H 次要遥测（B帧） 遥控执行 B3H 一般遥测（C帧） 遥控撤销 F4H 遥信状态（D1帧） 升降选择 85H 电能脉冲数值（D口帧） 升降执行 26H 事件顺序记录（E帧） 升降撤销 57H 设定命令 7AH 设置时钟 0BH 召唤子站时钟 4.2.3 帧的发送方式及校验规则 （1）简单的基本循环发送方式如图4.1所示 图4.1 两种基本循环发送方式 （2）发送规则 数据以帧结构循环发送，重要遥测在A帧发送，次要遥测在B帧发送，一般遥测在C帧发送，遥信信息在D1帧发送，变位遥信随机插入发送。以控制字和功能码共同鉴别数据。 （3）CRC校验 控制字和信息字都是（n，k）二（48,8）码组，生成多项式为，陪集为FFHG（X）以模2除前5个字节，生成余式R（x）。以R（x）的反码为校验码。 4.3 CDT通信程序设计 4.3.1 主机通信子程序     主机通信子程序流程图如图4.2所示。 图4.2 主机通信子程序     串口初始化发送地址帧到从机，从机响应与从机地址比较，地址不符合从机复位串口初始化，地址相符向从机发送命令帧，命令不正确则从机复位串口初始化，命令正确，对命令进行分类，决定从机是发送还是接受数据块，然后返回。 4.3.2 从机通讯子程序     从机通讯子程序如图4.3所示。 图4.3从机子程序流程图 现场保护发送地址不符合则SM2=0，恢复现场，进行返回。地址符合则发回地址，接受下一帧，分析是否命令帧，不是恢复现场，进行返回。是，对命令进行分类，非法命令，恢复现场并返回。命令为01时，询问从机发送准备是否就绪，TRDY=1（目标设备准备好信号）发送主机，发送数据帧，SM2置1，恢复现场并返回。命令为00时询问从机接受准备是否就绪。否，则RRDY=0（接收数据标记未激活），SM2置0，恢复现场并返回。RRDY=1（接收数据标记激活），主机接受数据帧，接受完毕SM2置0，恢复现场并返回。 结论 本设计在充分了解国内外继电保护的研究现状以及目前微机继电保护技术发展趋势的基础上，设计了10kV线路微机保护装置各个模块的程序流程图。设计总结如下： 在软件设计方面，使用C语言编程，按照程序功能进行模块化设计，方便调试和修改，对交流采样数据进行傅氏变换算法计算有效值，设计了主程序、故障处理程序、A/D交流采样程序、液晶显示程序和键盘扫描程序的流程图。通信部分采用RS232物理通信接口，CDT通信规约，然后设计出了主机、从机通信程序流程图。 设计改进： 考虑到交流信号中包括各次谐波以及直流衰减信号，为得到更准确的采样数据，可以使用更完善的算法，如改进傅立叶算法和最小二乘法进行数据处理。在算法中，为提高保护装置的应用范围，尤其是对地下电缆的故障 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 ，可以考虑在算法中加入故障测距算法。 致谢 大学生涯即将结束，在河南工业大学度过了本科学习的四年，这些日子让我在专业方面收获匪浅，在身心成长方面更是至关重要。 衷心感谢我的导师张华老师四年年来对我的和精心培养，他给我提供了良好的实验条件，在论文的选题和研究过程中，张老师深厚的理论知识和新颖独特的思路使我受益匪浅，本文是在张老师悉心指导下完成的。张老师的言传身教是我四年生活的宝贵财富，使我终生受益! 感谢其它同学们在学习、生活上给予我无私的帮助。我要特别感谢我的父亲彭宏宾、母亲苏喜梅，是他们让我毫无后顾之忧全身心的投入工作学习中。 最后，衷心感谢在各方面给予我无私帮助的同学和朋友，并将最诚挚的感谢献给评审该论文的各位老师。 参考文献 [1] 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sum+=h*f[n+16-i]; y[n]=sum; } printf（"%1d,",（long）（y[n]））; } return; } 附录B 微机保护傅氏算法程序 附录图1 输入信号波形 #include #include #define N 20 #define TOP 1 #define pie 3.1415926 char buf[16]; int Ireal[41]={0,0.1564,0.3090,0.4540,0.5878,0.7071,0.8090,0.8910,0.9511,0.9877,1.0000,0.9877,0.9511,0.8910,0.8090,0.7071,0.5878,0.4540,0.3090,0.1564,0.0000,-0.1564,-0.3090,-0.4540,-0.5878,-0.7071,-0.8090,-0.8910,-0.9511,-0.9877,-1.0000,-0.9877,-0.9511,-0.8910,-0.8090,-0.7071,-0.5878,-0.4540,-0.3090,-0.1564,-0.0000}; int top=5; int alarmflag=0,k; void main（void） {     double sum=0,I1s,I1c,I1;     for（k=1;k<=32;k++）     {         sum+=Ireal[k]*sin（2*k*pie/N）;     }     I1s=2*sum/N;     sum=0;     for（k=1;k<=32;k++）     {         sum+=Ireal[k]*cos（2*k*pie/N）+Ireal[k];     }     I1c=（Ireal[0]+sum）/N;     I1=sqrt（（I1s*I1s+I1c*I1c）/2）;     if（I1>TOP）     {alarmflag=1;} } 附录C 键盘扫描程序 unsigned char volatile OUTBIT; unsigned char volatile IN ; #pragma locate（OUTBIT = 0xfe02） #pragma locate（IN = 0xfe00） unsigned char const KeyTable[] = { 0x02,0x03,, 0x04,0x05, 0x06, 0x07 }; unsigned char TestKey（） { OUTBIT = 0; return （~IN & 0x0f）; } unsigned char GetKey（） { unsigned char Pos; unsigned char i; unsigned char j; unsigned char k; i = 6; Pos = 0x20; do { OUTBIT = ~ Pos; Pos >>= 1; k = ~IN & 0x0f; } while （（--i != 0） && （k == 0））; if （i== 1） { i +=j; if （i==2） i +=（j+1）; else if （i==3） i += （j+2）; OUTBIT = 0; do Delay（10）; while （TestKey（））; return（KeyTable[i]）; } else return（0xff）; } 附录D 液晶显示程序 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#include "define.h" #define RS0 P6OUT &= ~BIT5 //P6.5 #define RS1 P6OUT |= BIT5 #define RW0 P6OUT &= ~BIT4 //P6.4 #define RW1 P6OUT |= BIT4 #define E0 P6OUT &= ~BIT3 //P6.3 #define E1 P6OUT |= BIT3 #define CS10 P6OUT &= ~BIT7 //P6.7 #define CS11 P6OUT |= BIT7 #define CS20 P6OUT &= ~BIT6 //P6.6 #define CS21 P6OUT |= BIT6 #define lcd_off 0x3E #define lcd_on 0x3F #define lcd_sleep 0x08 void init_12864（）; void write_cmd_left（uchar cmd）; void write_cmd_right（uchar cmd）; void write_data_left（uchar data）; void write_data_right（uchar data）; void write_reg_lcd（uchar cs,uchar data_cmd,uchar addr）; void display_hz（uchar cs, uchar x,uchar y, uchar xz,uchar yz, uchar xnum,uchar ynum, const uchar *hz）; void set_cursor（uchar cs,uchar xpos,uchar ypos）; void display_hz_char（uchar cs,uchar x,uchar y,const uchar *hz）; void clear_lcd（）; uchar check_busy（）; #include "12864.h" #include "msp430x14x.h" void delay_lcd（unsigned int ms） { unsigned int temp; for（;ms>0;ms--） { for（temp=0;temp<1250;temp++） {;} } } 初始化12864 void init_12864（） { delay_lcd（50）; write_reg_lcd（1,0,0x30）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（1,0,0x30）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（1,0,0x30）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（1,0,lcd_on）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（1,0,0x01）; delay_lcd（20）; write_reg_lcd（2,0,0x30）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（2,0,0x30）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（2,0,0x30）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（2,0,lcd_on）; delay_lcd（5）; write_reg_lcd（1,0,0x01）; delay_lcd（20）; } 12864 左屏写命令 void write_cmd_left（uchar cmd） { uchar flag=1; CS10; CS21; while（flag） { flag=check_busy（）; } flag=1; E1; E0; _NOP（）; RW0; RS0; _NOP（）; E1; P1OUT = cmd; E0; _NOP（）; } 12864 右屏写命令 void write_cmd_right（uchar cmd） { uchar flag=1; CS11; CS20; while（flag） { flag=check_busy（）; } flag=1; E1; E0; _NOP（）; RW0; RS0; _NOP（）; E1; P1OUT = cmd; E0; _NOP（）; } 12864 左屏写数据 void write_data_left（uchar data） { uchar flag=1; CS10; CS21; while（flag） { flag=check_busy（）; } flag=1; E1; E0; _NOP（）; RW0; RS1; _NOP（）; E1; P1OUT = data; E0; _NOP（）; } 12864 右屏写数据    void write_data_right（uchar data） { uchar flag=1; CS11; CS20; while（flag） { flag=check_busy（）; } flag=1; E1; E0; _NOP（）; RW0; RS1; _NOP（）; E1; P1OUT = data; E0; _NOP（）; } 检测忙状态 uchar check_busy（） { uchar status; _NOP（）; RW1; RS0; _NOP（）; E1; P1DIR = 0x00; _NOP（）; status=P1IN; if（（status & 0x80）==0） { P1DIR = 0xFF; return 0; } else { P1DIR = 0xFF; return 1; } } 写lcd 寄存器 void write_reg_lcd（uchar cs,uchar data_cmd,uchar addr） { if（data_cmd == 0） { if（cs == 1） write_cmd_left（addr）; if（cs == 2） write_cmd_right（addr）; } if（data_cmd == 1） { if（cs == 1） write_data_left（addr）; if（cs == 2） write_data_right（addr）; } } 显示字符 void display_hz（uchar cs,uchar x,uchar y,uchar xz,uchar yz, uchar xnum,uchar ynum,const uchar *hz） { uchar i,j,k,l,a,b,c; for（l=0;l sbit BEEP = P1^5; bit Flag; unsigned int ReData,SenData; void main （void） {         SCON = 0x50;            TMOD|= 0x20;            PCON|= 0x80;            //TH1  = 0xFD;          TH1 = 0xF3;            TL1 = 0xF3;                TR1  = 1;                ES  = 1;                            EA  = 1;              BEEP=1;       while（1）     {           if （Flag==1）       {         SBUF=SenData;            while（TI==0）;         TI=0;         Flag=0;       }     } } 串口中断程序 void ser_int （void） interrupt 4 using 1 { if（RI == 1）    {     RI = 0;                ReData = SBUF;      SenData=ReData;     Flag=1;     } }