基于DSP的新型分散式故障录波技术研究
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摘要
随着电力系统自动化技术光纤化、网络化的发展趋势，电力系统故障录波装置的设计必将走向开放、互联和分散的结构模式，传统故障录波装置的结构和功能已无法满足现代电力系统发展的需要。分散式故障录波技术克服了以往集中式故障录波存在的诸多问题，成为未来录波装置发展的方向。DSP以其强大的数字计算和处理能力，被通信与信息系统、信号与信息处理、自动控制、军事、航天航空、医疗等众多领域所广泛应用。将DSP用于电力系统故障录波装置及各种电力系统自动化设备的改造和研制，无疑将给装置的性能带来很多质的突破。因此，研制一套基于DSP的新型分散式故障录波系统，有着重大的现实和经济意义。
本文围绕装置及装置的前置采集单元的研制和开发过程，首先分析了现有故障录波装置的基本情况和主要技术参数，并在此基础上提出了本装置及前置采集单元，软硬件的总体设计方案及技术目标。文中主要分析了前置采集单元的设计思路及各个功能模块的具体实现。包括：整个前置采集单元的控制、通信、启动算法和高速同步采集的设计与实现；暂态信号发生器的设计与实现；故障录波装置的整体实现中需要考虑的几个核心技术的研究和设计方案。本装置采集单元的主要开发工具包括：MS Visual C++6.0,Turbo C 3.0, Masm32, NuMega DriverStudio 2.0, Code Composer Studio 4.10, DSP 仿真调试系统等。
Optical fiber and network are one of the development trends in automation of electric power system. The integrated design of electrical fault ?recording and analysis device is tending towards opening, interconnecting, and distributing. The structure of conventional fault recorder is difficult to satisfy the requirement of modern electric power system. Distributed fault recorder overcomes many weaknesses of traditional centralized one. Now it has become the trend of development in the future. On the other hand, DSP has been used widespread in many fields because of its powerful digital computing and processing capacity. It is undoubtedly many performances of fault recorder will break through for using DSP in the modification and development of it. Consequently, development of a set of novel distributed fault recorder based on DSP technology has considerable practical and economic value.
In this paper, the design scheme and aims of the fault recorder are given based on analysis of other fault recorder. Then the paper gives the design idea and feasible method of many functional modules in the data acquisition unit of this system. Every part of the system is designed in details, including many functional modules, such as controlling module, communicating module, and synchronizing high-speed data acquisition module. Then the paper introduces the development of transient signal-generator. In addition, many important technologies that must be consider in the system development process are studied and designed extensively in this paper. The tools for program and debug the software of this
II
device include MS Visual C++ 6.0, Turbo C 3.0, Masm32, NuMega DriverStudio 2.0, Code Composer Studio 4.10, and DSP emulator.
本文围绕装置及装置的前置采集单元的研制和开发过程，首先分析了现有故障录波装置的基本情况和主要技术参数，并在此基础上提出了本装置及前置采集单元，软硬件的总体设计方案及技术目标。文中主要分析了前置采集单元的设计思路及各个功能模块的具体实现。包括：整个前置采集单元的控制、通信、启动算法和高速同步采集的设计与实现；暂态信号发生器的设计与实现；故障录波装置的整体实现中需要考虑的几个核心技术的研究和设计方案。本装置采集单元的主要开发工具包括：MS Visual C++6.0,Turbo C 3.0, Masm32, NuMega DriverStudio 2.0, Code Composer Studio 4.10, DSP 仿真调试系统等。
Optical fiber and network are one of the development trends in automation of electric power system. The integrated design of electrical fault ?recording and analysis device is tending towards opening, interconnecting, and distributing. The structure of conventional fault recorder is difficult to satisfy the requirement of modern electric power system. Distributed fault recorder overcomes many weaknesses of traditional centralized one. Now it has become the trend of development in the future. On the other hand, DSP has been used widespread in many fields because of its powerful digital computing and processing capacity. It is undoubtedly many performances of fault recorder will break through for using DSP in the modification and development of it. Consequently, development of a set of novel distributed fault recorder based on DSP technology has considerable practical and economic value.
In this paper, the design scheme and aims of the fault recorder are given based on analysis of other fault recorder. Then the paper gives the design idea and feasible method of many functional modules in the data acquisition unit of this system. Every part of the system is designed in details, including many functional modules, such as controlling module, communicating module, and synchronizing high-speed data acquisition module. Then the paper introduces the development of transient signal-generator. In addition, many important technologies that must be consider in the system development process are studied and designed extensively in this paper. The tools for program and debug the software of this
II
device include MS Visual C++ 6.0, Turbo C 3.0, Masm32, NuMega DriverStudio 2.0, Code Composer Studio 4.10, and DSP emulator.
引文
[1]孔新．在故障分析系统中前置故障录波装置的研制：[硕士学位论文]，西安交通大学，1997，4
[2]骆健，丁网林，唐涛．国内外故障录波器的比较．电力自动化设备，2001，21(7)：28-31
[3]罗毅．分布式故障录波系统．电力系统自动化，2001，25(20)：59-62
[4]杨廷方，刘沛．基于工控机的集中式录波器设计．电力自动化设备，2001，21(6)：26-29
[5]美国哈德威电力仪器公司、武汉哈德威电力监控系统有限公司．Hathaway DFR 1200型电力系统故障录波装置简介，1995．
[6]通用电气阿尔斯通中国地区办事处．SOREL EPMF多功能故障录波器简介，1996
[7]北京博瑞腾电力技术有限公司．BR-WGL-102电力系统动态记录与分析装置说明书，2000
[8]深圳双合电脑系统有限公司．WGL-12型微机电力故障录波及测距装置用户手册，1995
[9]武汉爱劳自动化有限公司．RW-200型电力故障录波装置技术说明书，2000
[10]武汉高特威电力设备有限公司．GTW-2000型微机故障录波分析装置用户手册，1999
[11]南京银山电子有限公司．YS-8A型微机故障录波测距装置使用说明书，1996
[12]天津大学电力及自动化工程设计研究所、保定浪拜迪电气有限公司．LBD-TJ196型变电站综合自动化系统技术说明书，1997
[13]华北电力学院北京研究生部、广州邦德电气自动化实业有限公司．WGL-12微机型故障录波及测距装置技术说明书，1995
[14]邯山电力自动化研究所、新民科技发展有限公司．ZLF-1000型微机自动化监控系统使用说明书
[15]魏春轩．故障录波分析系统软件的研制：[硕士学位论文]．西安交通大学，1998，4
[16]王皞，徐强，康恩婷．WGL-300微机故障录波器．电力情报，2000，(3)：49-51
[17]孙月琴．全面实现微机故障录波器远传的几个问题．继电器，1997，25(4)：58-59
[18]苗世洪，孙扬声，伍咏红等．电力系统故障录波装置的远程通信问题研究．电力系统自动化，1995，19(7)：43-45．
[19]王立新，郭登峰，张小川．微机保护和故障录波器联网系统．继电器，2000，28(4)：46-49
[20]李阳春，王慧芳，郑金辉．电力系统故障综合信息处理系统．继电器，2001，29(5)：51-54
[21]张岳匀，何志伟．SCADA系统通信规约的标准化及建议．电力系统及其自动化学报，2000，12(5)：42-44，50
[22]由欣，张振华，刘万顺等．实用微机保护数据采集系统的分析与研究，继电器，2000，28(3)：12-14
[23]陈懿．双高嵌入式工控机平台在电力系统中的应用．电力系统自动化，1999，23(7)：49-50
[24]江雄杰，张哲，杨军等．APCI工控机在发变组微机监录系统中的应用．电力自动化设备，2001，21(5)：21-24
[25]国家电力调度通信中心，湖南电力调度通信局编．继电保护及安全自动装置技术标准．中国电力出版社，1999，4
[26]常胜．大型发电机组专用故障记录与分析装置的研制：[硕士学位论文]．西安交通大学，2001，9
[27]黄险峰，宋军英，邓红湘．基于小波分析的电力系统电磁暂态信号压缩．继电器，2001，29(7)：5-8
[28]王澎，高频通道直流录波的分析及改进．继电器，2001，29(7)：44-45，48
[29]黄捷．GPS同步时钟在500kV天瓶线保护调试中的应用．电力系统自动化，1999，23(5)：47-48
[30]傅周兴，郭颖娜，何文林．基于GPS同步时钟的相量测量在电力系统中的应用研究，继电器，2001，29(7)：31-34
[31]刘娅琴．故障录波器装置中分析和远传自动开停机系统．水电能源科学，1996，14(3)：213-216
[32]刘建飞，夏瑞华，秦立军等．故障录波器数据交换及故障再现研究．继电器，1998，26(3)：24-26，48
[33]曾祥君，尹项根，陈浩等．电力系统暂态过程同步记录的研究．电力系统及其自动化学报，2001，13(1)：1-4
[34]范春菊，张兆宁，郁惟镛等．模糊神经网络在区分电力系统故障和振荡中的应用．电力系统及其自动化学报，2001，13(3)：50-53
[35]丁俊健，陆于平．COMTRADE99版新标准在大型发变组故障录波分析软件中应用研究．电力自动化设备，2001，21(11)：22-24
[36]易永辉，李瑞生，张克元．DSP及其在继电保护上的应用．继电器，1999，27(4)：48-50
[37]张明锐，王为，毛明平．新型变电站综合自动化的实现方案．继电器，2001，29(7)：29-30
[38]杜太行，姚春莲，陆俭国．DSP在继电器试验数据高数采集中的应用．继电器，2001，29(7)：17-20
[39]董新洲，葛耀中，徐丙垠等．暂态信号发生器．继电器，1997，25(5)：38-40，45
[40]张吴，刘沛．基于双正交小波的电力系统故障录波数据压缩．电网技术，2000，24(11)；
[41]Chien-hsing Lee, Yaw Juan Wang, Wen liang Huang. A literature survey of wavelets in power engineering applications[C]. Proc. Natl. Sci, Counc. ROC(A),vol,24,No.4, 2000,pp249-258
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[43]刘杨，熊惠，刘沛，IPX通信协议在微机故障录波装置中的实现．继电器，2002，30(3)：50-52
[44]葛耀中，小波变换与继电保护技术．继电器，1998，26(4)：1-6
[45]李幼仪．暂态行波保护测试仪的研制：[硕土学位论文]．西安交通大学，2001，5
[46]张雄伟，曹铁永．DSP芯片的原理与开发应用．电子工业出版社，2000，9
[47]仇玉章，孙力娟，洪龙等．32位微型计算机原理与接口技术．清华大学出版社，2000
[48]沈美明，温冬婵．IBM-PC汇编语言程序设计．清华大学出版社，1991
[49]凌澄，李寿成．PC总线工业控制系统精粹，清华大学出版社，1998，5
[50]李建华，郭明．RS-232和调制解调器高级通信编程．人民邮电出版社，2001，7
[51][美]Mark Nelson，潇湘工作室．串行通信开发指南．中国水利水电出版社，2000，9
[52]李刚．数字信号微处理器的原理及其开发应用．天津大学出版社，2000，4
[53]鸿志创作组．Visual C++6.0编程指南，科学出版社，1999
[54]韩琼．调制解调器实用技术．人民邮电出版社，2000，11
[55]葛耀中．新型继电保护与故障测距原理与技术．西安交通大学出版社，1996，1
[56]康华光．电子技术基础(数字部分)．高等教育出版社，1988，10
[57]康华光．电子技术基础(模拟部分)．高等教育出版社，1988，10
[58]贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理，水利电力出版社，1994，10
[59] 陈佩青．数字信号处理教程．清华大学出版社，1995，8
[60] 杨奇逊．微型继电保护基础．中国电力出版社，1988，11
[61] 陈德树．计算机继电保护原理与技术．水利电力出版社，1991
[62] 曹义亲等．C/C++程序设计．东南大学出版社，2000，4
[63] 武安河，周利莉，Windows设备驱动程序(VxD与WDM)开发务实，电子工业出版社，2001，9
[64] Karen hazzah著，孙喜明 译．Windows VxD与设备驱动程序权威指南，中国电力出版社，2001，5
[65] 阳宪惠等．现场总线技术及其应用．清华大学出版社，1999，9
[66] TMS320 Floating-Point DSP Optimizing C Compiler User's Guide. 1995
[67] TMS320C3x User's Guide. 2000
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[69] TMS320C3x C Source Debugger User's Guide. 1993