微机保护硬件发展趋势

1、微机保护硬件发展趋势1内容框架 1 微机保护原理微机保护原理 2 微机保护技术总体发展趋势微机保护技术总体发展趋势 3 微机保护装置的硬件构成微机保护装置的硬件构成 4 硬件发展现状及发展趋势硬件发展现状及发展趋势 5 结语结语1. 微机保护原理2 微机保护就是以微型计算机为核心，利用微型计算机的智能化信息处理功能，对检测到的电力系统运行状态的电气量进行分析和计算，根据计算结果来实现对电器元件的保护，使保护装置的可靠性进一步提高。1. 微机保护原理3微机保护充分利用了计算机技术上的两个显著优势: 高速的运算能力和完备的存贮记忆能力, 以及采用大规模集成电路和成熟的数据采集, A/D模数变换、数

2、字滤波和抗干扰措施等技术, 使其在速动性、可靠性方面均优于以往传统的常规保护。优点：1) 改善和提高继电保护的动作特征和性能, 正确动作率高;2) 可以方便地扩充其它辅助功能;3) 工艺结构条件优越;4) 可靠性容易提高;5) 使用灵活方便, 人机界面越来越友好;6) 可以进行远方监控。4微机保护技术总体的发展趋势总体趋势：1. 多功能一体化每个微机保护装置不但可完成继电保护功能, 而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数据通信功能, 亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。2. 网络化由于测量设备自动化、智能化水平的提高，保护装置的计算机联网已推广应用，三维多媒体新技术开始实用化。

3、3. 智能化继电保护产品智能化主要归结于微处理器和人工智能技术的发展与应用4. 虚拟化继电保护产品虚拟化主要归结于虚拟现实技术。 2. 3. 微机保护装置的硬件构成5微机继电保护装置的硬件结构如图1，包括以下五个部分：1. 数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、采样保持、多路开关及模数转换。2. CPU（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、并串接口等。3. 信号输入输出系统：并行接口、光电耦合器及中间继电器等组成。完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部接点输入等功能 。4. 通信网络：由液晶显示器、键盘、打印机及通信芯片等组成。完成

4、装置调试、系统状态显示、定值整定及实现与其他设备通信等功能。5. 电源系统：提供整个装置所需要的直流稳压电源。 3. 微机保护装置的硬件构成674. 硬件发展现状及发展趋势微机保护的典型硬件结构主要包括微处理器、模拟数据采集系统、信号输人输出系统、通讯网络和提供多个不同直流电压的电源系统。84. 硬件发展现状及发展趋势4.1 微处理器系统 微处理器的任务是进行数据采集、处理，实现各种继电保护算法和逻辑运算功能。微处理器系统一般由微处理器芯片、存储器、定时器或计数器、看门狗等组成。微处理器芯片是计算机自动工作的指挥中枢;存储器是把程序和数据保存起来，使计算机可以在脱离人的干预下自动运转;定时器或

5、计数器主要作用是计时，用来触发采样信号、引起中断采样，以及在V/F变换式信号采集中把频率信号转换为数字信号;看门狗监视程序运行状况，若微机保护受到干扰而失控，则立即动作以使程序重新开始运行，避免微机保护失控后产生死机或误动作。在电力系统继电保护装置中常用的微处理器系统有单片机、DSP、工控机和最近发展的ARM芯片。94. 硬件发展现状及发展趋势4.1.1 单片机单片机就是通过大规模集成电路技术将CPU , ROM , R A M和I/0接 口电路封装在一块芯片中，因此具有可靠性高、接口设计简易、运行速度快、功耗低、性能价格比高等优点，将用单片机的微机保护装置与静态保护装置比较，具有系统结构紧凑

6、、整体性能和可靠性高特点。目前，基于单片机微处理器的保护装置仍是我国继电保护的主流产品，微机保护已由最初的单CPU硬件结构发展为多单片机构成的CPU硬件结构，不同CPU分别负责信号采集、人机界面、通讯、不同继电保护算法等。104. 硬件发展现状及发展趋势4.1.2 数字信号处理DSP 数字信号处理器DSP是一种运算密集型微处理器，具有相当强大的处理能力。DSP的突出特点是计算机能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大，方便实现快速定点和浮点加乘(矩阵)运算。数字信号处理器应用于微机继电保护，可极大地缩短数字滤波、滤序和傅里叶变换算法的计算机时间，可以实现复杂的继电保护算法。目前DSP处理器已开始广

7、泛应用于继电保护装置。114. 硬件发展现状及发展趋势4.1.3 工控机 工控机是在Intel个人计算机386/486等系列CPLJ芯片的基础上，通过集成外围接口器件形成一系列与个人计算机软硬件兼容的嵌人式系统。在电力系统微机继电保护与自动化产品中，以选取用V40为基础的STD工控机较为广泛。对计算精度和计算速度要求较高的保护装置，适合选择集成了浮点协处理器的486DX及以上等级的微处理器。工控机比单片机有更高的计算速度和精度，更强的控制能力，往往应用于电力系统主设备的微机继电保护装置中，例如采用Inte1386EX的微机发电机组保护和分组式母线差动保护。124. 硬件发展现状及发展趋势4.1

8、.4 ARM系列微处理器 ARM系列微处理器是ARM公司推出的适合于嵌人式应用的RISC 处理器。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集Thumb，允许软件编码为更短的16位指令。一般来说，存储器比等价32位代码节省35%，却保留了32位系统的所有优势。ARM最大特点是功耗低、性价比高、代码密度高。目前ARM处理器主要有5大系列:ARM7 , ARM9 , ARM9E ,ARM10, SeeurCnre，还有与Intel合作实现的XSeale以及StrongARM处理器。现在国内、外一些厂家已把ARM作为开发下一代微机保护的主要微处理器。134. 硬件发展现状及发展趋势4.2 模拟

9、数据采集系统 在微机保护装置中，输人的模拟信号在进人微处理器前，首先被转换成与微机接口设备相匹配的电平信号，经过模拟低通滤波器滤除其中的高频分量后，利用采样保持器对模拟信号进行采样、离散化处理，最后经过模数转换器(A/D)把模拟量转化为相对应的数字量。其中低通滤波器又可分为无源滤波器和有源滤波器两种，在微机保护中常用的是阻容(RC)低通滤波器。电力系统微机保护的数据采集系统主要有两种方式，即以逐次逼近式A/D转换器构成的数据采集系统和以电压频率变换式模数转换器构成的电压频率变换式(VFC)数据采集系统。 14硬件发展现状及发展趋势 近几年来，以ARM为代表的人工智能保护技术、小波分析保护技术、

10、行波保护和暂态保护等概念逐步引人继电保护领域，对采样速度提出了更高的要求。为此，一些厂家将完整的数据采集系统集成到一块芯片中，能够自动完成所有输人通道的数据采集而无需CPII干预。例如，MAXIM公司的MAX 1251126和AD公司的AD7874。154. 硬件发展现状及发展趋势4.3 信号的输入输出系统微机保护中的输人输出回路主要是用于人机接口、发跳闸信号、本地和主控室的报警信号、压板投退信号以及保护闭锁信号等。人机对话接口一般是专门的微处理器及相应的接口电路构成，实现人机对话、管理等功能。人机对话接口包括:键盘响应电路、打印机驱动电路、液晶显示电路等。为了避免外部干扰信号经过输人输出回路

11、串人微机系统内部，一般均在输人输出回路中采用光电隔离。另外，在重要的数字量输出回路(如跳闸回路)中，往往采用两个或两个以上数字输出信号通过一些逻辑编码来组合输出控制，目的是为了防止在数字量输出回路受到干扰引发保护装置误动。164. 硬件发展现状及发展趋势4.4 通信网络信息共享是微机保护的一大特点，随着变电站综合自动化系统、继电保护信息管理系统的发展，微机保护装置通常具有多个通讯端口，可以实现保护故障数据、动作状况等信息的上传和继电保护整定值的下载，实现故障信息的共享和保护装置的统一整定通用的通讯端口有RS-232,RS-485、以太网接口、Lonworks接口等。其中RS-232C接口是目前微机保护使用最多的标准接口，一般用于就地调试或通过MODEM远传数据:随着计算机通讯技术的发展，一些微机保护在原理上要求通过现场通讯总线实现，如分布式母线保护通过通信网络实现故障数据的共享，由分布的各独立保护装置采集到的故障