继电保护系统级专用芯片的设计

继电保护系统级专用芯片的设计

张桂青!"冯

涛!"张

杭!"王建华!"徐

宏!"耿英三!"郑士泉#

$!%西安交通大学电气工程学院"西安&!’’()*#%西安交通大学思源智能电器有限公司"西安&!’’()+

摘要,在分析微机保护的基础上"提出了电力系统继电保护系统级专用芯片的设计方案-它集计

量.保护.通信功能于一体"只要配以相应的外围器件"即可构成数字保护的智能终端"和上位机相连可以构成变电站自动化系统-与微机保护相比"专用芯片具有可靠性高.价格低等优点"代表了数

字继电保护未来的发展方向-文中讨论的保护模块可以根据保护对象的不同而方便地调整"该设计

具有很强的通用性-通过用现场可编程门阵列$/012+进行硬件仿真"验证了该设计的正确性-关键词,继电保护*专用芯片*设计中图分类号,34&

&(收稿日期,#’’!5’(5#6*修回日期,#’’!5’&5#7-#’’’年国家高技术产业发展项目计划$计高技8#’’’9!::;

号+和国家教育部博士点基金$#’’’’6):’:+

资助项目-<引言

随着微电子技术的迅猛发展和片上系统$=>=?@A B CD E F G "缩写为H I J +技术的日渐成熟"基于专用芯片$K G G L F D K ?F B C =G @D F M F D F C ?@N O K ?@P D F O D Q F ?="缩写为2H R J +的微机保护装置不但具有自主知识产权"而且可靠性高.成本低.安装和维护方便-本文介绍一种保护级专用芯片的设计-

S 专用芯片的设计和实现

设计的专用芯片是一个集计量.保护.通信功能于一体的系统级芯片-它用来实时监视保护对象的电流.

电压.频率等参数"一旦设备出现短路等故障"可根据预定的保护算法自动给出保护触发信号"并且有故障录波功能-其计量功能计算电流.电压的有效值以及功率.功率因数等并进行显示-通信功能可以提供标准的T H U #;#接口和V B C WB O X =现场总线的接口"通过和上位机连接构成变电站综合自动化系统-芯片的结构如图!所示-S %S 数据采集模块

数据采集模块完成数据采样控制和数据的存储"该模块按照微机保护装置常用的2Y Z 转换芯片

42[!#7进行设计"42[!#7集成了#组各(路输入通道$(个采样保持器+"!(位分辨率和;\=的模数转换时间"!(位双口T 24以及与大多数微处理器兼容的并行接口-配合多路转换器$42[(7;;+"设计了!6个模拟通道的数据采集和数据存储-

按每图]专用芯片结构框图

^_‘%]a b c d e f g h e g f c i j k f i e c h e _l c f c m n op q r s

周期;#点采样速率设计"

每周期采样数据占用#个嵌入式阵列块$@A t @P P @P K O O K >t L B D X "缩写为u 2v

+-用w 测周求倒法x 测量电网频率-首先对输入的交流信号整形"然后对其每周期高电平部分高频计数得到周期y -由z{!Y y "令y{y ’|}

y "则当y ’~}y 时"

由泰勒级数展开并取前#项可得,z{

!

y #’

$#y ’!y +其中

z 为实际频率*y ’为标称周期*

y 为实际周期*}y 为实际误差-经过这样的变换可以看出"把除法运算化为减法以及常数与变量的乘法运算"简化了程序设计"对节省芯片的资源起到了很大的作用-S %"数据处理//3是数字继电保护中最基本的数据处理算法"也是占资源最多的一个模块-它不仅可以提供被测参数的基波"还可以计算出高次谐波的大小"为各保护模块提供实时的数据-在本设计中采用的是实

7

(第#7卷第#’期

#’’!年!’月#7日

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