基于TMS320F2812的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

引言

　　變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，全分散式的設(shè)計(jì)思想越來(lái)越顯現(xiàn)出優(yōu)越性。由于變電站的數(shù)據(jù)量和信息量大，實(shí)時(shí)性要求高，則將高性能DSP應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化的設(shè)計(jì)方案中。其內(nèi)部哈佛結(jié)構(gòu)使數(shù)據(jù)空間和程序空間分離，獨(dú)立的總線和程序總線允許程序數(shù)據(jù)同時(shí)操作;具有獨(dú)特的逆尋址方式，能高效的進(jìn)行快速傅立葉變換運(yùn)算降低了軟件的編寫(xiě)困難;采用內(nèi)存映射方式管理I/O，能靈活方便的擴(kuò)充外圍電路。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)是將32位定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2812應(yīng)用在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，并引入了電能質(zhì)量分析理論，對(duì)電壓、電流信號(hào)的奇次諧波進(jìn)行了全面分析，提高了控制部件動(dòng)作準(zhǔn)確度的同時(shí)縮短了故障恢復(fù)時(shí)間，相應(yīng)就提高了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的性能。

　　1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　采用TI 2000系列的TMS320F2812芯片為核心處理器，整體采用全分散式結(jié)構(gòu)，集監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、遠(yuǎn)動(dòng)等為一體的綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　主要保護(hù)和測(cè)控單元有：(1)線路保護(hù)和測(cè)控單元;(2)主變差動(dòng)和測(cè)控單元;(3)主變后備保護(hù)和測(cè)控單元;(4)電容保護(hù)和測(cè)控單元;(5)備用電源自投和測(cè)控單元;(6)電動(dòng)機(jī)保護(hù)和測(cè)控單元;(7)PT保護(hù)和測(cè)控單元;(8)中央信號(hào)單元;各個(gè)保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在監(jiān)控室或一次設(shè)備附近，便于安

　　裝，維護(hù)管理。監(jiān)控主機(jī)發(fā)命令給各個(gè)單元和遠(yuǎn)方調(diào)度集控中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。

　　2 各單元硬件電路設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)各個(gè)保護(hù)和測(cè)控單元的硬件結(jié)構(gòu)相似，分模擬量輸入，核心處理器，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，人機(jī)接口，通訊和電源模塊六大部分。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　2.1模擬量輸入

　　模擬量有線路電壓、電流，及其頻率，變壓器油溫、變電站室溫等等。電力系統(tǒng)的電壓電流信號(hào)不能直接送到A/D器件的輸入端轉(zhuǎn)換，而要先經(jīng)PT，C T(密互感器CT05)將電壓電流降低，再經(jīng)精密互感器(TV)和信號(hào)調(diào)理電路(OP07，C1，R3，R4，R5)，電位提升(R6，R7)，限幅作用(D3，D4)，限制進(jìn)入DSP的電壓范圍在0～3V。線路電流采集電路如圖3所示：

　　圖3 模數(shù)轉(zhuǎn)換前置電路

　　2.2 核心處理器[3]和電源模塊

　　CPU選用TI公司TMS320F2812 DSP芯片，最高頻率可達(dá)150MHz。通過(guò)軟件?

　　編程可對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)字信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速傅立葉變換，即可直接提取出所需要的各次諧波進(jìn)行計(jì)算和繼電保護(hù)，軟件和硬件的設(shè)計(jì)難度大大降低;在結(jié)構(gòu)上，內(nèi)部集成了豐富的外設(shè)，自帶兩組8選1 的12位A/D輸入端口，可實(shí)現(xiàn)并發(fā)和級(jí)聯(lián)采樣兩種模式，已很好的滿足實(shí)用需要，可實(shí)現(xiàn)真正的同步采樣，提高了采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)同步性;可支持eCAN(enhance Controller Area Network)，RS232，RS485，LONWORKS，以太網(wǎng)，光纜，無(wú)線等等多種形式的通信。指令系統(tǒng)采用流水線操作，減小了指令周期到6.67ns，大大提高了計(jì)算速度和實(shí)時(shí)性;采用內(nèi)存映射方式管理I/O，能靈活方便的擴(kuò)充外圍電路。在性能上，具有八級(jí)流水線，完全可以避免從同一地址進(jìn)行讀寫(xiě)而造成的秩序混亂。

　　電源采用TPS767D318電源轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)DSP所需的1.8V，1.8VA，3.3V，3.3VA電壓，其中模擬地和數(shù)字地用小電阻或磁珠連接，防止電磁干擾。

　　2.3開(kāi)關(guān)量和人機(jī)對(duì)話部分

　　開(kāi)關(guān)量輸入、輸出部分是微機(jī)保護(hù)與外部設(shè)備的聯(lián)系部件，采用光電隔離器件，起信號(hào)隔離和電平轉(zhuǎn)換的雙重作用，主要用來(lái)接受來(lái)自外部設(shè)備的開(kāi)關(guān)量輸入號(hào)和向外部設(shè)備發(fā)送開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

　　人機(jī)對(duì)話部分包括按鍵(6個(gè))、3.3V供電的液晶LCM128645ZK顯示器，打印機(jī)及信號(hào)燈、音響及語(yǔ)音報(bào)警等，利用DSP的GPIOA，B口，連接按鍵和液晶，如圖5所示：

　　圖4 鍵盤(pán)與液晶顯示電路

　　2.4通訊

　　該模塊實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間，及其與監(jiān)控主機(jī)之間的信息傳輸。TMS320F2812自帶1個(gè)eCAN和2個(gè)SCI和1個(gè)SPI通訊接口，可同時(shí)支持eCAN，RS-232和RS-485總線多種通訊形式。eCAN總線連接方便，而且具有優(yōu)良的錯(cuò)誤處理機(jī)制及可靠的數(shù)據(jù)傳輸性能，很好的滿足變電站綜合自動(dòng)化的要求。

　　圖5 DSP與eCAN總線接線圖