基于DSP的高压输电线路故障录波及测距装置的研究

摘要

高压输电线路是电力系统的命脉它担负着传送电能的重任。同时,它又是系统中发生故障最多的地方,并且故障点极难查找。特别是在近年来雪灾和地震等自然灾害面前,输电线路系统面临着更大的挑战。因此,在线路故障后迅速准确地把故障点找到,不仅能及时修复线路和保证可靠供电,而且对电力系统的安全稳定运行都有十分重要的作用。故障录波器是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种装置,它主要用于电力系统发生故障时,自动地、准确地记录故障前后过程的各种电气量(电压、电流)的变化情况。对研究电力系统稳态和暂态过渡过程的分析也起着重要的作用。故障测距是故障录波系统中的一个组成部分,精确的故障测距可以极大的缩短巡线时间,加快恢复供电。本文通过分析国内外故障录波测距装置的发展现状,针对我国当前电力部门的要求和工程实际问题,设计了一种基于DSP技术的高压输电线路故障录波测距装置。首先,介绍故障录波与测距的发展过程。其次,重点研究了基于工频量的阻抗测距方法,针对各种不同故障类型分别采用零序、正序、负序电流迭代三种方法对故障测距进行分析比较,然后在明确录波和测距基本要求的基础上,采用分层设计的思想制定了故障录波测距装置的总体方案:即底层为高速数据采集录波与测距装置,上层为上位机显示故障距离等信息,上下层之间采用串行通信,并采用模块化的软件设计思想,用C语言编写实现。最后,利用CCS中的文件输出功能将高速数据采集到的数据先以文件的形式保存下来,然后通过MATLAB中的绘图功能来显示所采集到的信号,与实际波形相比较验证了高速数据采集部分设计的正确性,并利用MATLAB6.5的电力仿真模块构建一个电力系统进行仿真分析,证实了录波与测距的准确性。在以上理论分析比较的基础上,使用TI公司的高速DSP芯片TMS320F2812以及美信公司的2×4通道高精度14位同时AD采样芯片MAX125,充分利用DSP芯片的优越信号处理能力,实现了故障录波与测距的任务。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 课题背景及意义

1.3 故障录波及测距装置的国内外研究历史及应用现状

1.3.1 国外研究历史及现状

1.3.2 国内研究历史及现状

1.3.3 国内外故障录波测距装置的比较

1.4 课题研究主要内容和方法

第二章 高压输电线路故障测距方法的研究

2.1 输电线路故障测距算法的分类

2.1.1 阻抗法

2.1.2 故障分析法

2.1.3 行波法

2.2 装置的故障测距算法

2.2.1 零序电流迭代法

2.2.2 正序电流迭代法

2.2.3 负序电流迭代法

2.3 故障选相

2.3.1 故障选相原理

2.3.2 故障选相故障分量特征与原理框图

2.4 本章小结

第三章 高压输电线路故障录波的设计

3.1 故障录波的特点

3.2 故障录波的录波过程

3.3 故障录波的启动方法

3.3.1 突变量启动判据

3.3.2 稳态录波启动判据

3.4 系统电气量的计算

3.4.1 傅立叶算法

3.4.2 正、负、零序分量的计算

3.5 本章小结

第四章 高压输电线路故障录波及测距的故障仿真分析

4.1 仿真工具介绍

4.2 系统建模和实现

4.3 仿真结果与分析

4.3.1 仿真波形

4.3.2 仿真测距结果

4.4 本章小结

第五章 高压输电线路故障录波及测距装置

5.1 装置硬件的选择与设计

5.1.1 数字信号处理器（DSP）TMS320F2812

5.1.2 信号调理电路的设计

5.1.3 DSP 与A/D 转换

5.1.4 通信接口电路设计

5.2 装置软件系统的设计

5.2.1 系统初始化

5.2.2 模拟量的中断采样

5.2.3 测距方法的选择

5.3 装置的调试

5.3.1 DSP 的开发环境

5.3.2 装置的实验验证

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简介

附录

附录1 装置的实物图

附录2 DSP 原理图

附录3 AD 采样原理图

附录4 实现故障录波测距的C 语言程序