基于DSP的微机保护实验教学系统的软件研究与设计

摘要

本文分析了国内外微机保护实验教学的发展和研发现状，针对传统的微机保护实验装置逐渐难以满足教学和科研发展的需要，设计出了一种适用于微机保护各个基本过程的实验教学系统，它突出了数据的实时性和系统模块化设计，主要具有以下特点：
　　 (1)可以实现对各个模块不同的组合从而进行不同的实验，完成微机保护数字滤波、保护算法、动作特性实验等单个或成组实验；
　　 (2)可随时上传采样数据和实验结果，通过上位机监控系统实现处理过程的监视和保护动作过程再现，可以方便实验人员分析其动作过程；
　　 (3)下位机接收上位机系统下达的实验控制参数，实现远距离实验操作；
　　 (4)系统具有显示波形、解释工作原理的功能，界面友好，原理和波形并茂，突出了直观性；
　　 (5)实验人员可根据自己的实际需要选择不同数据来源，也可以将自己定义的程序下载到装置中运行进行新滤波器和保护算法的开发和验证，体现了整套系统的实用性和开放性；
　　 (6)该系统基本能实现微机保护教学所涉及到的多种保护原理。
　　 本文给出了实验教学系统的整体规划，并以32位的浮点型ADSP21061芯片为核心进行下位机硬件装置设计，外围电路功能完备，并设有RS-232和USB通信接口。系统软件分为上位机软件和下位机软件两个部分，文中对下位机软件进行了开发，采用了模块化设计。上位机主要用于设置实验系统的参数、滤波器选择、算法选择、保护元件动作特性选择和保护整定值设定，以及承担与保护实验装置的通信和教学实验演示、验证的功能；下位机可实现模拟量采集功能、滤波处理功能、保护算法处理和通信功能。实验原始数据可来源于上位机模拟的数据、现场录波数据和由保护测试仪产生的多种模拟数据。
　　 通过该实验系统，实验人员能够掌握微机保护的构成原理，以及对不同的滤波器、保护算法和保护元件动作特性的分析，并且可将自己编制的程序下载到装置中运行进行新算法的开发和验证。通过实验表明，该微机保护实验教学系统基本能达到预期的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及其意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的主要工作

第2章实验系统构成、功能及硬件设计

2.1系统目标及设计指导思想

2.2系统结构与功能

2.2.1系统总体设计

2.2.2系统总体功能

2.2.3系统总体架构

2.2.4下位机硬件总体设计

2.3本章总结

第3章数字滤波和保护算法基本原理

3.1微机保护的数字滤波

3.1.1滤波器基本概念

3.1.2简单数字滤波器

3.1.3零极点法设计滤波器

3.2微机保护算法

3.2.1基于正弦函数模型的算法

3.2.2傅里叶算法

3.2.3解微分方程算法

3.3保护元件基本动作特性原理

3.3.1电流速断保护

3.3.2距离保护

3.4本章总结

第4章下位机软件设计

4.1系统软件总体结构

4.2下位机软件规划

4.3下位机软件设计

4.3.1 ADSP开发环境概述

4.3.2 DSP程序开发方法

4.3.3下位机程序设计

4.4本章总结

第5章实验系统软件测试

5.1实验设备简介

5.2实验设备接线

5.3各种实验

5.3.1滤波器实验

5.3.2保护算法实验

5.3.3保护元件动作特性实验

5.4实验结论

5.5本章总结

总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文