ARM微处理器在电力系统线路保护中的应用研究

摘要

随着国民经济的快速发展，电力系统的规模越来越大，结构也越来越复杂。在整个电力系统中，由于人为或大自然的因素，发生各种各样的故障，往往导致系统运行不正常。因此，保障电力系统安全可靠运行，提高电能质量是研究的重要课题。继电保护系统能反映电力系统故障和不正常状态。一旦出现这些状况，保护系统将会使断路器跳闸或发出报警，自动、迅速和有选择地切除故障组件，使电力系统免遭损坏。 微机保护系统是继电保护的第4代改进系统，是目前继电保护领域的重要研究课题。本文基于对传统继电保护系统的对比研究，提出了一种基于ARM9的微机保护系统通用开发平台。文中详细讨论了该系统的原理与构成；着重分析了以Atmel公司32位嵌入式微处理器AT91RM9200为核心的嵌入式系统硬件设计原理，给出了电路设计原理图。并以110kV线路保护的实际应用为例，讨论了系统的配置、软件设计以及相应的抗干扰措施。 本文研究设计的微机保护系统具有网络化、智能化和综合自动化的特点，系统可提供多种通讯方式，具有可靠性高、扩展能力强等特点；选取的微机保护算法具有运算速度快和精度高的双重优点；提出的抑制电磁干扰措施使系统具有良好的电磁兼容特性。 该系统目前已通过调试，初步运行效果表明，该设计是成功的，动作快速准确，通信可靠，各项性能指标和功能均达到预期目标和要求。随着计算机技术的发展，基于嵌入式实时操作系统的微机保护装置将是电力系统微机保护的主要发展方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1继电保护概述

1.1.1国内外研究现状

1.1.2微机保护的基本组成结构

1.1.3微机保护的特点

1.1.4微机保护的发展历程

1.1.5微机保护的发展趋势

1.2课题的背景

1.3本课题研究的主要工作

1.4本章小结

2 ARM处理器概述

2.1 ARM简介

2.2 ARM微处理器结构

2.2.1 RISC体系结构

2.2.2 ARM微处理器的寄存器结构

2.2.3 ARM微处理器的指令结构

2.3微处理器AT91RM9200

2.3.1内核ARM920T简介

2.3.2 AT91RM9200微处理器基本特点

2.3.3系统外围与用户外围

2.4本章小结

3系统硬件平台设计

3.1系统的功能结构

3.2核心板的设计

3.2.1 SDRAM电路

3.2.2 NOR FLASH电路

3.3底板的设计

3.3.1电源电路

3.3.2复位电路

3.3.3数据采样电路

3.3.4 CAN电路

3.3.5以太网电路

3.3.6 RS232/485电路

3.3.7光纤电路

3.3.8 USB电路

3.3.9 GPS校时电路

3.3.10 I2C总线接口电路

3.3.11 JTAG电路

3.4硬件平台的PCB设计

3.4.1板层设计

3.4.2元器件布局

3.4.3 PCB布线

3.5本章小结

4微机保护算法研究

4.1微机保护常用算法

4.1.1半周积分算法

4.1.2微分方程算法

4.1.3两点乘积算法

4.1.4傅氏算法

4.1.5递推式快速傅立叶算法

4.2自适应调整采样间隔

4.3采样点数的选择

4.4主要电气参数的计算

4.4.1频率的测量

4.4.2交流电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数的计算

4.5本章小结

5系统的保护配置与软件设计

5.1 110kV线路保护的配置

5.1.1高频保护

5.1.2距离保护

5.1.3方向过流保护

5.1.4方向零序电流保护

5.1.5重合闸保护

5.1.6断路器失灵保护

5.2系统的软件设计

5.2.1软件设计原则

5.2.2主程序

5.2.3 A/D中断程序设计

5.2.4故障处理程序设计

5.2.5提高运算速度的程序设计方法

5.3本章小结

6系统的抗干扰设计

6.1微机保护系统电磁干扰

6.1.1干扰源

6.1.2基本的电磁干扰现象

6.1.3电磁干扰机理

6.1.4耦合方式

6.1.5数字电路在干扰下的行为及原因

6.2微机保护系统抑制干扰的措施

6.2.1布局与布线

6.2.2接地设计

6.3本章小结

7全文总结与展望

7.1研究工作总结

7.2下一步工作的展望

致谢

参考文献

附 录