中心議題：

• 接地係統單相接地保護裝置設計

解決方案：

• 采用單片機和DSP雙CPU作為小電流接地係統單相接地故障檢測的核心
• 采用6片AD轉換芯片，實現了36路信號同步采集
• 采用LCD顯示模塊實現了很好的人機交互

隨sui著zhe配pei電dian網wang的de發fa展zhan
，小xiao電dian流liu接jie地di係xi統tong運yun行xing的de可ke靠kao性xing越yue來lai越yue受shou到dao重zhong視shi，針zhen對dui小xiao電dian流liu接jie地di係xi統tong的de各ge種zhong保bao護hu裝zhuang置zhi也ye得de到dao飛fei速su發fa展zhan。目mu前qian，主zhu要yao的de保bao護hu裝zhuang置zhi都dou是shi由you工gong控kong機ji和he單dan片pian機ji實shi現xian的de
，而er單dan片pian機ji在zai實shi現xian保bao護hu方fang麵mian有you體ti積ji小xiao、成本低、安裝方便、運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)等(deng)優(you)點(dian)。以(yi)前(qian)的(de)很(hen)多(duo)產(chan)品(pin)都(dou)是(shi)利(li)用(yong)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)時(shi)的(de)穩(wen)態(tai)信(xin)息(xi)。但(dan)是(shi)當(dang)小(xiao)電(dian)流(liu)接(jie)地(di)係(xi)統(tong)在(zai)發(fa)生(sheng)單(dan)相(xiang)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)時(shi)，穩(wen)態(tai)零(ling)序(xu)電(dian)流(liu)幅(fu)值(zhi)較(jiao)小(xiao)
，而(er)暫(zan)態(tai)零(ling)序(xu)電(dian)流(liu)幅(fu)值(zhi)較(jiao)大(da)

，故(gu)基(ji)於(yu)暫(zan)態(tai)零(ling)序(xu)電(dian)流(liu)的(de)故(gu)障(zhang)選(xuan)線(xian)方(fang)法(fa)更(geng)可(ke)靠(kao)。
　　
配電網的線路繁多，結構複雜，采集的數據包括由TV來的8路電壓量(兩段母線的三相電壓和零序電壓)以及由零序TA來的各路零序電流。對於這樣多的數據采集、分析計算
，並上傳，單一的單片機是難以勝任的。數字信號處理器(DSP)由於具有處理速度快，適合數字信號處理的特點，可以很好地解決數據采集和處理問題。考慮到裝置的控製功能，本裝置采用單片機和DSP雙CPU結構為核心。
　　
小xiao波bo分fen析xi在zai時shi頻pin兩liang域yu都dou具ju有you良liang好hao的de局ju部bu化hua性xing能neng，能neng對dui不bu同tong頻pin率lv成cheng分fen采cai用yong逐zhu漸jian精jing細xi的de采cai樣yang步bu長chang，聚ju焦jiao到dao信xin號hao的de任ren意yi細xi節jie
，這zhe一yi特te性xing非fei常chang適shi合he分fen析xi電dian力li係xi統tong中zhong的de暫zan態tai信xin號hao。小xiao波bo分fen析xi在zai信xin號hao的de分fen解jie與yu重zhong構gou、特征提取、信噪分離等方麵的優點決定了它在電力係統諧波分析、奇異點的檢測與消噪、設備的狀態監測與故障診斷、繼電保護、輸電線路故障定位及負荷預測等領域都具有廣闊的應用前景。
　　
1裝置的研製
　　
1．1總體方案設計
　　
硬件平台是軟件算法的運行載體，是實現準確、高效選線的保障。本文設計的選線裝置采用雙CPU。即"DSP+單片機"的處理機構。DSP作為運算CPU，負責信號采集
、選線計算部分；單片機作為管理CPU，主要負責人機交互部分。DSP處chu理li器qi由you於yu內nei部bu采cai用yong哈ha佛fo總zong線xian結jie構gou，指zhi令ling是shi流liu水shui線xian操cao作zuo，以yi及ji獨du立li的de硬ying件jian乘cheng法fa器qi結jie構gou等deng，非fei常chang適shi合he進jin行xing數shu字zi信xin號hao處chu理li
，進jin行xing實shi時shi的de數shu據ju分fen析xi和he監jian控kong。本ben文wen采cai用yongTI公司的TMS320LF2407A(以下簡稱LF2407A)DSP芯片為數據采集和處理CPU

，充分利用其強大的數據處理能力和速度，實現多點數據采集和快速參數計算。單片機采用瑞薩M16C／62P係列單片機，該單片機具有很強的抗幹擾能力和1M的尋址空間，適用於事件管理和人機交互。係統總體方案如圖1所示。本保護裝置位於現場
，進行數據采集和處理
，並且與上位機之間進行通信。保護裝置采用M16C／62P單片機為主CPU，負責係統顯示
、控製和與上位機通信；采用TMS320LF2407ADSP為從CPU，負責數據采集和處理；DSP與單片機之間用雙端口RAM進行通信。係統通過RS232和RS485與上位機通信。


1．2雙CPU的連接
　　
由於係統采用雙CPU，為了實現兩個CPU之間大量數據的快速交換，本裝置采用雙口RAM來實現兩CPU之間快速的數據交換。
　　
IDT7132是高速2k×8雙端口靜態RAM，可提供兩個擁有獨立的控製總線、地址總線和I／O總線端口，允許CPU獨立訪問內部的任何存儲單元。本文使用雙端口RAMIDT7132來實現DSP與單片機雙CPU的連接。圖2是DSP與單片機通過RAMIDT7132的連接圖。


采cai用yong硬ying件jian判pan優you方fang案an解jie決jue容rong易yi發fa生sheng的de爭zheng用yong問wen題ti。同tong時shi讀du取qu不bu同tong存cun儲chu空kong間jian的de數shu據ju和he同tong時shi讀du取qu相xiang同tong空kong間jian的de數shu據ju時shi，左zuo右you端duan口kou可ke以yi同tong時shi進jin行xing。若ruo同tong時shi對dui相xiang同tong的de空kong間jian進jin行xing寫xie操cao作zuo，或huo者zhe某mou一yi端duan口kou在zai對dui一yi數shu據ju空kong間jian進jin行xing讀du操cao作zuo的de同tong時shi另ling一yi端duan口kou對dui該gai數shu據ju空kong間jian進jin行xing寫xie操cao作zuo，左zuo右you端duan口kou將jiang發fa生sheng衝chong突tu。我wo們men在zai設she計ji時shi通tong過guoBUSY引腳來解決這一問題。當左右端口對不同存儲空間進行讀寫操作時，可以同時存取。此時

，左右端口的BUSY信號同時為高。若對同一存儲空間同時進行寫操作時，哪一端的存儲請求信號先出現，則該端的BUSY信號置為高，允許存儲。哪一端的存儲信號出現在後，哪一端的BUSY信號將置為低，禁止存儲。
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1．3數據采集模塊的設計
　　
TMS320LF4207A本身雖然自帶A／D轉換器
，但其轉換精度隻有10位，且轉換速度也不高(500ns)。為了實現更高的速度和精度，選擇了擴展ADS8364芯片。ADS8364是一種高速、低功耗、雙16bA／D轉換器，有6個模擬量輸入通道。可用BVDD獨立供電。它有6個完全相同的采樣保持電路，分成A、B、C3組，每一組都由1個HOLD引腳控製。ADS8364可以從外部引入最大5MHz的時鍾頻率，此時采樣時間是0．8μs，轉換時間隻有3．2μs，A／D的最大采樣率達到250K，要達到此值，可在下一次轉換開始時讀取上一次的轉換結果。此A／D完全可以滿足本裝置的采樣要求。AD芯片與DSP的連接如圖3所示。


係統采用I／O接口啟動AD轉換。6片ADS8364的片選信號由譯碼器電路和IS、A15信號共同產生。通過IOPB4使得HOLDA
、HOLDB、HOLDC同時為低電平
，對6個通道同時采樣。AD的EOC引腳與DSP的外部中斷XINT1相連接，由AD轉換結束信號發出中斷請求，讀取AD轉換結果。由A0
、A1
、A2控製采樣模式。
　　
1．4液晶顯示模塊的設計
　　
本裝置采用單片機與HG12605-A液晶顯示模塊連接來實現人機接口。本模塊主要完成顯示時間和日期；顯示故障線路編號；顯示裝置運行狀態與裝置內部故障信息；顯示串口通信參數的任務。
　　
HG12605-A中內藏ST7920點陣式LCD控製與驅動芯片
，可以顯示字母
、數字符號、漢字

、以及自定義文字符號。ST7920芯片內部集RAM和ROM、字型產生器
、以及液晶驅動器和控製電路於一體
，因此，隻要一個很小的處理係統
，就可以操作HG12605-A液晶顯示模塊，並且硬件連接簡單。液晶模塊和單片機的連接如圖4所示。


圖中，E為芯片使能引腳。DB0-DB7為數據總線，通過D／I
、R／W以及和DB0-DB7的各種組合，可以完成對液晶模塊的初始化操作和數據讀寫。LEDA和LEDK為液晶模塊的背光
，可以通過可調電阻調節亮度。
　　
1．5DSP與單片機的軟件流程圖
　　
本保護裝置要完成的主要任務有數據采集、數據處理

、通信與顯示。其中數據采集任務是由DSP負責，數據顯示和通信的任務由單片機負責。單片機程序包括各種初始化子程序、通信子程序
、顯示子程序。DSP程序包括初始化子程序
、自檢子程序
、接地發生檢測子程序、A／D子程序

、數據處理(小波分析)子程序，采用C語言和彙編語言混合編寫。其中主函數租DSP函數部分采用C程序編寫；中斷服務和控製程序采用彙編語言編寫，並供C調用。程序流程圖如圖5所示。圖中的Earthstart為接地故障發生標誌，通過檢測8路電壓信號，當判別有接地故障時將Earthstart置1。

FinFlag為計算完成標誌。外部輸入的電壓、電流信號經過輸入轉換電路變為低壓小信號，經過平移電路和信號調理，成為可以直接被A／D轉換的采樣信號，輸入A／D轉換器。DSP芯片從A／D的寄存器中讀取數據。當所有的轉換都結束時
，DSP啟動數據處理程序
，即應用小波分析對數據進行分析和計算。計算完成後，將計算結果存儲在雙口RAM中，並把FinFlag標誌置1。當單片機查詢到此標誌為真時
，啟動數據讀取程序，從雙口RAM中讀取DSP已經運算完成的數據。當讀取完成時
，FinFlag和Earthstart標誌都置為0，然後完成顯示任務和串行通信任務。係統等待下一次接地故障的發生。



1)采用單片機和DSP雙CPU作為小電流接地係統單相接地故障檢測的核心，充分發揮了單片機的控製功能和DSP強大的信號處理能力；通過雙端口的RAM對兩個CPU進行連接
，並采用硬件判優方案，保證了雙CPU數據交換的實時性和可靠性。
　　
2)采用6片AD轉換芯片，實現了36路信號同步采集
，使用DSP對數據進行分析，應用了小波分析方法中的信號奇異特性選出故障線路。
　　
3)采用LCD顯示模塊實現了很好的人機交互。