基于DSP的自适应电流速断保护中系统参数实时计算的实现_牛祖蘅

第24卷 第5期2009年10月

电力学报

JOURNALOFELECTRICPOWER

Vol.24No.5 Oct.2009

文章编号: 1005-6548(2009)05-0384-04

基于DSP的自适应电流速断

保护中系统参数实时计算的实现

牛祖蘅,袁兆强

(三峡大学电气信息学院,湖北宜昌443000)

摘 要:提出了基于DSP的自适应电流速断保护中系统参数实时计算的实现方法,同时给出了硬软件的设计。在系统发生故障时采用带补偿的全波傅氏算法,实时计算出系统的等值内电抗,然后再利用记忆在计算机存储器中的故障前的测量电压、电流采样值来计算系统等值内电势的相电势幅值。分析表明该方法能够满足数据的实时处理和精度要求。

关键词:电力系统;自适应电流速断保护;带补偿的全波傅氏算法;DSP中图分类号:TM761 文献标识码:A

自适应电流速断保护作为主保护是自适应继电保护的重要组成之一,是解决一般电流速断保护的保护范围受电力系统运行方式变化影响大这一缺陷的有效方法。自适应电流速断保护中系统参数实时计算需要计算系统的等值内电抗,然后再利用记忆在计算机存储器中的故障前的测量电压、电流采样值来计算系统等值内电势的相电势幅值Em。DSP芯片就是一种特别适用于进行此类运算的微处理器。它适用于数字信号处理运算的特点主要有:

(1)采用哈佛(HARVARD)结构,高度并行运算大大提高运算速度。芯片内配置了一个或多个硬件乘法器和累加器,能实现单指令乘加运算和变址运算。

(2)芯片内设置了多种功能很强的外围器件和接口,使其运算速度可以比PC机快很多倍,现今的DSP在其结构上一般配备了可编程定时高速串行接口、多处理器连接接口等。因此,用它来处理数字信号,特别是线性变换、数字滤波、卷积运算等,速度大大提高。

(3)在芯片内设置了专门的硬件数据指针的逆序寻址功能。因频谱分析的理论基础是快速傅立叶变换(FFT),从而大大加快了频谱分析处理过程。TMS320LF2407是美国德州仪器公司(TI)生产的一种高性能16位定点DSP。定点运算最高可达到每秒30兆条指令。它具有2KB的单寻址

[2-3]

[1]

随机存储器(SARAM)和544B的双寻址随机存储

器(DARAM),它们都可以根据需要映射成为程序存储器或者数据存储器。32KB的片内闪速存储器可以进行快速电擦除和再编程,便于实施和更新代码,具有灵活可靠、成本低等特点。

采用TMS320LF2407作为核心处理控制芯片,可以实现自适应电流速断保护中对交流电量的快速、实时、准确的采样与处理。

-6]1 自适应电流速断保护原理[4

自适应电流速断保护的电流元件是按反应故障分量的原理构成的,实现了在线实时自动整定计算。自适应电流速断保护的整定值随系统运行方式和短路类型的实际情况的变化而变化,如图1。由图1(c)可见,故障附加网络只是用数学方法处理故障分析的一种手段,由于故障点的电压无法直接测量,故障点到保护安装处之间的阻抗Zl及保护安装处到系统等值电源之问的阻抗Zs未知,因此,保护安装处的电压故障分量Uf和电流故障分量If均无法由故障附加网络计算得到,也无法直接测量得到。所以,只能通过故障时保护安装处的测量电压和电流以及正常运行时保护安装处的测量电压和测量电流间接计算出Uf和If,另外,应注意到,图1所示的均为稳态短路情况,而电流速断保护动作迅速,不可能等到短路进行到稳态情况再动作。因

*收稿日期:2009-04-25

:(,女,,(Enz163.

第5期 牛祖蘅等:基于DSP的自适应电流速断保护中系统参数实时计算的实现

385

If(k)=

fc(k)+Ifs(k).

记e-Ts/S,其中Ts为采样间隔,S为系统时间常数(一般未知)。由故障分量的瞬时值可计算r值为:

r=

k=1

Ei(k)/0Ei(k).

f

fk=1

NN

计算补偿系数Ks和Kc:

Ks=Kc=

,N[1+r-2rcos(2P/N)].N[1+r-2rcos(2P/N)]

N-1

补偿后的故障份量计算如下:

图1 电网故障及附加网络示意图

此,如何在短路后的暂态过程中快速得到稳态电压

故障分量Uf和稳态电流故障分量If是自适应电流速断保护算法的关键。

Ufs(a)=Ufs-KsUfc(a)=Ufc-KcIfs(a)=Ifs-KsIfc(a)=Ifc-Kc

k=0N-1k=0N-1k=0N-1

Eu(k),

f

Eu(k),

ff

2 系统等值参数的计算2.1 系统等值内阻抗的计算

本文采用带补偿的傅氏算法计算系统等值参数。常规傅氏算法产生较大误差的主要原因是故障分量中含有衰减的直流分量,因此,要减小误差就必须想办法滤除衰减的直流分量。由于衰减的直流分量频谱是连续谱,要完全滤除它是很困难的,所以,只要采取一定措施使由它引起的误差降低到工程允许的范围内即可。日前,处理这类问题大多采用补偿的方法,本文选择其中一种具有代表性的算法。

设保护安装处正常运行时的所测电气量为x(k),故障时的所测电气量xmd(k),各电气量的故障分量为xf(k),则各电气量的故障分量采样值计算如下:

xf(k)=xmd(k)-x(k-N).

式中,N为每个工频周期采样点数,k为采样时刻。于是,在离散电气量在基频下的实部和虚部可由全波傅氏算法计算如下:

xfs(k)=Nxfc(k)=N

N-1

Ei(k),Ei(k).

f

k=0

电压故障分量和电流故障分量的幅值分别为:

Uf(a)(k)=If(a)(k)=

Ufc(a)(k)+Ufs(a)(k),

Ifc(a)(k)+Ifs(a)(k).

系统等值内阻抗模值为:Zs=-Uf(a)/If(a).

容易推得系统等值内阻抗的 …… 此处隐藏：3774字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……