光数字和模拟一体化继电保护测试仪的实现

摘要

伴随电力系统飞速发展而来的是对电力系统可靠性要求的日益提高。近年来，国内外发生的多次严重电力事故对社会造成了不可估量的经济损失，充分暴露了电力系统在大电网背景下的脆弱。因此，如何在日益复杂的电力系统下进一步提高自身保护与控制能力，最大程度减少事故的发生概率，成为了至关重要的事情。
　　继电保护测试仪是根据国家颁布的《微型机继电保护试验装置技术条件》等标准，研制出的对继电保护装置进行仿真、测试的仪器。其性能、仿真试验结果的准确性将直接影响到继电保护设备是否安全可靠。随着我国电力事业的飞速发展，继电保护技术的不断提高，用户对继电保护测试仪也提出了更高的要求。
　　本论文的研究内容基于“数字继电保护测试仪DSP系统的软件开发”科技合作项目。论文的主要研究内容如下:
　　(1)通过阅读大量文献与实际操作，分析了继电保护测试仪发展现状，掌握了光数字继电保护测试仪与模拟继电保护测试仪的工作原理及性能特点，总结了两种测试仪结构上的相同与不同之处。阐述光数字与模拟继电保护测试仪一体化的实际意义，设计出一体化测试仪的整体结构;
　　(2)通过在EMTP仿真软件中搭建电力系统继电保护常用输电线路计算模型，研究输出文件生成方式，编写C++程序使得生成文件自动转化为COMTRADE标准格式等研究内容，实现了一种应用于一体化测试仪上位机基于EMTP的复合故障实时计算模块。计算模块与传统计算、RTDS进行比较，阐述新仿真模块的优越性;
　　(3)一体化测试仪下位机数字信号处理系统的核心是DSP。本文将对继电保护测试仪硬件平台结构进行优化设计，并根据其性能要求，分析DSP芯片特性指标，选择出适用于一体化继电保护测试仪的DSP芯片，FPGA芯片及网络芯片，并对所选取的DSP芯片外围电路进行设计。最后通过DSP编程，验证芯片功能;
　　(4)设计一种应用于一体化测试仪的模拟量功率放大模块，放大模块由基于互补推挽式电流放大电路构成。其中电流放大电路可以实现根据输出电流大小不同切换不同放大电路输出回路的功能。并进行仿真验证放大电路实际效果。最后根据所设计的电路，选择电路中主要元器件型号。实现测试仪的模拟量功率放大模块降低功率，减小体积，节约成本，提高效率的设计目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 光数字继电保护测试仪

1．2．2 模拟继电保护测试仪

1．2．3 测试仪主要型号

1．3 本文主要工作

第2章 一体化继电保护测试仪总体设计

2．1 一体化测试仪结构设计

2．2 下位机光数字部分性能及硬件结构

2．2．1 下位机光数字部分性能

2．2．2 下位机光数字部分硬件结构

2．3 模拟量功率放大模块性能及硬件结构

2．3．1 模拟量功率放大模块性能

2．3．2 模拟量功率放大模块硬件结构

2．4 本章小结

第3章 上位机基于EMTP的复合故障实时计算模块

3．1 计算模块改进意义

3．2 传统计算原理

3．3 新计算模块性能及试验过程

3．3．1 新计算模块性能分析

3．3．2 新计算模块试验步骤

3．3．3 新计算模块与传统计算比较

3．4 新计算系统与RTDS仿真对比

3．4．1 RTDS性能及测试过程

3．4．2 新计算系统与RTDS仿真比较

3．5 本章小结

第4章 下位机数字部分硬件设计与选择

4．1 硬件平台设计

4．2 DSP芯片的选择及外围设计

4．2．1 DSP芯片选择依据

4．2．2 TMS320VC5502 DSP芯片性能分析

4．2．3 DSP芯片外围设计

4．2．4 DSP编程测试

4．3 FPGA芯片的选择

4．4 网络芯片的选择

4．5 本章小结

第5章 下位机模拟信号功率放大模块的设计

5．1 功率放大模块改进意义

5．2 电流放大电路设计

5．2．1 放大电路设计原理

5．2．2 电阻R16、R17对放大电路产生影响分析

5．2．3 逻辑控制回路设计

5．2．4 模拟切换开关的切换时序

5．2．5 电流放大电路电流源特性的分析

5．3 电流放大电路仿真验证

5．3．1 电流放大电路幅频特性试验

5．3．2 不同频率对电路切换影响试验

5．3．3 输入电压与输出电流波形比对试验

5．4 电流放大电路主要三极管选择

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间的成果

攻读硕士学位期间参与的科研实习工作

致谢