2022年变电站综合自动化系统的研究.doc

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1、论文标题：变电站综合自动化系统的研究专 业： 电气工程及其自动化本 科 生： 指导老师： 李磊老师摘 要 本次毕业论文通过对变电站自动化的概念和开展趋势，以及变电站综合自动化系统研究的意义和国内外如今开展的情况的阐述，讨论了变电站综合自动化系统的功能，构造，保护配置，同时进一步讨论了微机保护硬件的构造和特点。通过对变电站综合自动化系统通讯方面的研究，介绍了当前各种总线方式和最新的通讯技术，将各种通讯方式进展了详细的说明，并将他们的优缺点进展了详细的分析，比拟了各种方式的性价比。同时对此前景进展了简介。最后将变电站综合自动化系统的继电保护和综自设备的设置进展了详细的介绍。图文并冒，最后是将一些关

2、于变电站综合自动化系统的英文文章进展汉语翻译，这对理解变电站综合自动化系统的最新科技有着特别大的协助。关键词： 变电站综合自动化，通讯协议， 微机保护，硬件配置。 AbstractThe thesis of the substation automation concept and development trends, and integrated substation automation system and the significance of the study of the development of the domestic and international situati

3、on now exposition Discussion of integrated substation automation system functions, structure, protection configuration, and further discussion of the computer hardware protection of the structure and characteristics. Through the integrated substation automation system communication research, on the

4、current bus various ways and the latest communications technology, the various modes of communication for a detailed description, and the advantages and disadvantages of a detailed analysis to compare the cost-effectiveness of various forms. And the prospects for this brief. Finally, integrated subs

5、tation automation systems and comprehensive protection from the installation of equipment for a detailed briefing. Graphic and running, and finally some of the substation automation system for Chinese English translation of the article, This understanding of integrated substation automation system w

6、ith the latest technology in a great help.Keywords : integrated substation automation, communication protocols, microprocessor-based protection, hardware configuration. 目录目录3第1章 绪论51.1 变电站综合自动化系统的研究51.1.1 变电站综合自动化系统的研究意义51.1.2 变电站综合自动化系统的开展趋势61.2 国外变电站综合自动化系统的开展71.3 我国变电站综合自动化技术的开展71.4 变电站实现综合自动化的优越

7、性81.5 变电站综合自动化系统的开展前景81.6 小结8第2章 变电站综合自动化系统的构造，功能与保护配置92.1 变电站综合自动化系统的构造92.1.1 集中式综合自动化系统：92.1.2 分散式综合自动化系统：102.1.3 分布集中式综合自动化系统：112.1.4 集中和分散结合式综合自动化系统：112.2 变电站综合自动化系统的功能122.2.1 监测：122.2.2 监控：122.2.3 远传：132.2.4 保护：132.3 变电站综合自动化系统的硬件配置132.3.1 综合自动化系统变电站主控室的构造分为三类：132.3.2 硬件的配置原则152.3.3 变电站综合自动化系统微

8、机保护的硬件构造162.4 小节19第3章 变电站综合自动化系统的通讯网络203.1 通讯网络的开展：203.1.1 RS-232，RS-422 和RS-485总线：203.1.2 LONWORKS总线203.1.3 CANBUS现场总线213.1.4 各种总线技术的优缺点213.2 现场总线在变电站综合自动化内部网的应用223.2.2 嵌入式以太网方案：233.2.3 LONWORKS现场总线网方案和嵌入式以太网方案的比拟和分析：243.2.4 基于CANBUS总线的通讯系统方案：243.3 内部通讯网的传输实时性分析263.4 国外相关产品的比拟263.5 通讯协议的作用273.6 光纤通

9、讯技术273.6.1 光纤通讯优点273.6.2 光纤通讯的类型以及在配电自动化系统中的应用如下283.7 现场总线通讯技术283.8 无线通讯技术283.9 配电线载波通讯技术293.10 小结29第4章 继电保护设备和综自设备的设置304.1 35KV开关柜智能保护单元304.2 10KV开关柜智能保护单元304.2.1 变压器后备保护304.2.2 电容器保护314.2.3 配电变压器保护364.2.4 馈线保护374.2.5 备自投保护374.2.6 测控及自检功能的配置374.3小结38第5章 总结39致谢40参考文献41英文翻译42第1章 绪论1.1 变电站综合自动化系统的研究1.

10、1.1 变电站综合自动化系统的研究意义电力系统变电站的平安，可靠和经济运转再特别大程度上依赖于变电站继电保护，操纵和监控技术的完善程度以及它们的可靠性，技术特性指标和经济性等多方面的要素。计算机技术的开展，推进了电力系统计算机自动化技术的开展，变电站综合自动化技术也日趋完善。它为调度中心提供了厂站端的运转情况，通过操纵操作和闭锁，能够实现变电站当地和远方的监视和操纵；为远方的遥调，遥测，遥控，遥信和反事故措施提供了可靠的技术保障；无人职守的变电站提高了供电的可靠性又实现了减员增效。通过对变电站综合自动化系统的研究，关于电力系统的运转可靠，保护和操纵以及对变电站的设计更加的合理，规划更加紧凑都有

11、特别重要的意义。变电站综合自动化系统是一种以计算机为主，将变电站的一，二次设备通过功能组合构成的标准化，模块化，网络化的计算机监控系统。变电站的综合自动化，是将变电站的二次设备通过功能的重新组合和优化设计，利用先进的计算机技术，自动化技术和通讯技术，实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视，测量，操纵和微机保护，以及调度通讯等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统代替了常规的测量和监视仪表，代替了常规操纵屏，中央信号系统和远动屏，用微机保护代替了常规的继电保护屏，处理了常规的继电保护装置不能与外界通讯的咨询题。变电站综合自动化系统能够采集到比拟齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算才能

12、和逻辑推断功能，能够方便的监视和操纵变电站内的各种设备的运转和操作，它具有功能综合化，构造微机化，操作监视屏幕化，运转治理智能化等明显特点。通过利用先进的综合自动化技术，提高了供电质量，提高了电压合格率，提高了变电站的平安可靠性和系统的运转治理水平，缩小了变电站占地面积，降低了造价，减少了总投资，减少了维护工作量，减少了值班员劳动强度。变电站综合自动化系统是在计算机技术和网络通讯技术的根底上开展起来的。与传统的继电保护相比拟，微机保护具有许多优点：（1）：改善和提高了继电保护的动作特性和功能，动作正确率高。（2）：能够方便的扩大其他的辅助功能。（3）：工艺构造条件优越。表达在硬件比拟通用，制造

13、容易统一标准。（4）：可靠性提高。（5）：使用灵敏方便。（6）：能够进展远方监控。微机保护装置具有串行通讯功能，与变电所微机监空系统的通讯联络使微机保护具有远方监控特性。1.1.2 变电站综合自动化系统的开展趋势（1） 保护监控一体化 这种方式在35KV及以下的电压等级中已普遍采纳，它的好处是功能按一次单元集中化，利于稳定的进展信息采集以及对设备状态进展操纵。极大的提高了功能效率比。它的缺点是对运转的可靠性要求极高，任何方式的检修维护都将迫使一次设备的停顿。可靠性和稳定性要求特别高。(2) 设备安装就地化，户外化 综合自动化装置将和一次设备整合在一起，其电气的抗干扰功能，设备抗热，抗寒，抗雨雪

14、，防腐蚀等各项环境指标将到达极高的地步。目前的综合自动化装置都是安装在低电压的中置柜上和室内的开关室内，户外的仅是一些实现简单功能的柱上设备。随着高电压等级的推行，其设备都将就地安装在户外的端子箱上，对环境条件要求高。这种方式最终将带来无人值班变电站没有建筑小室或仅设一个操纵小室，它最多也确实是一台操纵显示终端。这将极大的减少整个变电站的二次电缆，使变电站的建立简化，快速，设备调试简单。同时也极大的提高了变电站的运转稳定性，可靠性。(3) 人机操作界面接口统一化，运转操作无线化 无人无建筑小室的变电站，变电运转人员假如在就地查看设备和操纵操作，将通过一个手持式可视无线终端，边监视一次设备边进展

15、操纵操作，所有相关的量化数据将显示在可视无线终端上。(4) 就地通讯网络协议标准化 强大的通讯接口才能，主要通讯部件双备份冗余设计（双CPU，双电源等），采纳光纤总线等等，使现代化的综合自动化变电站的各种智能设备通过网络组成一个统一的，互相协调工作的整体。(5) 全站数据标准化 变电站的智能监控装置将无电压等级划分，只是下载参数设置版本不同。全站统一数据库，统一维护组态工具软件，分类分单元下载参数设置数据。事实上时运转数据库可通过紧密的平安防护措施与整个电力系统实时数据连在一起(6) 数据采集和一次设备一体化 除了常规的电流电压，有功无功，开关状态等信息采集外，对一些设备的在线状态检测量化值，

16、直截了当采集到监控系统的实时数据库中。高技术的智能化开关。光电式电流电压互感器的应用，必将给数据采集操纵系统带来全新的方式。 1.2 国外变电站综合自动化系统的开展70年代末80年代初，国外开场了关于ISA技术的研究，这是由于电网规模不断扩大，要求电网及变电站的操纵和保护系统必须运转平安、可靠、经济。因而，各级调度中心需要更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运转情况。同时，采纳无人值班治理方式，进展远方操纵，减少人为误操作的可能性，提高运转可靠性，降低变电站的造价和运转维护费用。随着微处理器技术、计算机网络技术、数字通讯技术的开展，人们能够利用现代先进的技术和设备来组成一个自动化的操纵和保护

17、系统，改变传统二次设备方式，做到设备简化，信息共享，减少变电站的造价和运转维护费用。世界兴旺国家领先研制出成熟系统，并推行应用，大大提高了变电站治理的自动化水平，实现电力系统的平安、可靠、经济运转。目前，日本日立、三菱、东芝公司，德国西门子公司（SIEMENS）、AEG公司，瑞士ABB公司，美国通用电气公司（GE）、西屋电气公司（Westing house），法国阿尔斯通公司（ALSTHOM），瑞士LandisGyr公司等国际著名大型电气设备制造公司都开发和消费了变电站综合自动化系统（或称保护与操纵一体化装置），并获得了较为成熟的运转经历. 1.3 我国变电站综合自动化技术的开展我国变电站自动

18、化系统的开展阶段：变电站内二次设备传统按功能可分为五类：继电保护，自动装置, 毛病录波，当地监控和远动。五大类产品的不断开展及其功能互相浸透，推进了变电站自动化系统的开展，产生了多种多样的系统方式，按系统方式出现的时间顺序可将变电站自动化系统的开展分为三个阶段： 第一阶段：面向功能设计的集中式RTU加常规继电保护方式80年代是以RTU为根底的远动装置及当地监控为代表。该类系统是在常规的继电保护及二次接线根底上增设RTU装置，功能主要为完成与远方调度主站通讯实现“四遥”(遥测，遥信，遥调，遥控)，继电保护及自动装置与系统联合采纳硬接点状态接入。此类系统特点是功能简单，整体功能指标较低，系统联合复

19、杂，不便于运转治理与维护，为自动化系统的初级阶段。 第二阶段：面向功能设计的分布式测控装置加微机保护方式90年代初期，微机保护及按功能设计的分布测控装置得以广泛应用，保护与测控装置相对独立，通过通讯治理单元能够将各自信息送到当地监控计算机或调度主站。此类系统的出现是由于当时国内电力系统保护和远动分属于不同部门和专业，另外对继电保护与测控装置在技术上如何融和没有达成一致的认识，故相当一部分尤其是110KV及以下电压等级自动化系统采纳此类方式。该方式没有做到面向对象设计，信息共享程度不高，另外系统的二次电缆互联较多，扩展性不好，不利于运转治理和维护。 第三阶段：面向间隔和对象(object-ori

20、ented)的分层分布式构造方式90年代中期，随着计算机技术、网络和通讯技术的飞速开展，行业内对计算机保护与测控技术不断争论和讨论达成了一致的认识，采纳面向设备或间隔为对象设计的保护及测控单元，采纳分层分布式的系统构造，构成了真正意义上的分层分布式自动化系统。该系统特点是针对110KV以下电压等级的设备或间隔采纳保护测控一体化设计的装置，针对110KV及以上电压等级的设备或间隔采纳继电保护装置与测控装置分别独立设计但共同组屏的原则，毛病录波功能下放至各间隔或设备的继电保护装置中去，采纳先进的网络通讯技术，系统配置灵敏，扩展方便，特别方便运转治理和维护。1.4 变电站实现综合自动化的优越性（1）

21、：提高供电质量，提高电压合格率（2）：提高变电站的平安，可靠运转水平。（3）：减少维护工作时间，减少值班人员的劳动强度，并到达减员增效（4）：缩小变电站占地面积，减少总投资。5：提高电力系统的运转治理水平1.5 变电站综合自动化系统的开展前景随着国民经济的飞速开展，电力工业作为特别重要的国家战略企业，十分注重电力系统综合自动化技术的开展，实现变电站综合自动化，这是电力工业开展的趋势。对电力技术的开展来说，具有重要的意义，也是电力工业开展的明显标志。尽管变电站综合自动化技术在80年代后才被开发应用。但由于在技术功能上的潜在才能，必将被广泛的应用于祖国各个城网和农网中。应用前景十分的宏大。1.6

22、小结本章先是介绍了什麽是电力系统综合自动化，以及变电站综合自动化系统研究的意义和开展趋势。下来介绍了国内外变电站综合自动化的开展过程和宏大的前景应用。第2章 变电站综合自动化系统的构造，功能与保护配置2.1 变电站综合自动化系统的构造 变电站综合自动化系统的组成在构造上主要能够分成：集中式，分布集中式，集中和分散式，分散式四种。2.1.1 集中式综合自动化系统：它是按功能要求配置相应的继电保护装置和远动装置并安装在变电站的中央操纵室内。变压器。各进出线以及其他电气设备的运转状态通过ct,pt，开关辅助触点有电缆传送到变电站的中央操纵室的保护装置和远动装置内。经初步处理后送到I/O通讯操纵器进展

23、数据格式的变换，并将变电站所有保护，测量，信号和操纵信息统一处理，与当地的后台机和远方调度中心进展信息交换。它的特点是将变电站中所有的信息统一集中处理，构成一个系统，并符合传统的变电站运转方式。它实际上是微机保护和微机远动的系统集成。缺点是组屏多，占地面积大，而且需要铺设大量的电缆，投资量和工程量大，接线复杂，独立单元较多，维护工作量大，运转不可靠。如下图：2.1.2 分散式综合自动化系统：该系统按回路进展设计，每一个开关柜上或其他一次设备上就地安装微机保护单元和单回路的数据采集和监控单元，如此不但能够节约大量的光电缆，同时也提高了抗干扰才能。微机保护单元和单回路的数据采集和监控单元与I/O通

24、讯操纵器互相之间用网络电缆连接起来，仅做数据信息的传送。分布式综合自动化系统的优点除了减少了大量的电缆，抗干扰才能加强，并大大的简化了二次设备，减小了占地面积。缺点是运转时仍不是特别稳定。2.1.3 分布集中式综合自动化系统：整个变电站的一，二次设备分为三层，变电站层，单元层和设备层。设备层为0层，单元层为1层，变电站层为2层。设备层主要是指变电站内的变压器，断路器，隔离开关以及辅助接点，电流，电压互感器等一次设备。单元层一般按断路器间隔划分，具有测量，操纵部件或继电保护部件。单元层本身是有各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直截了当通过局域网络或串行总线与变电站层联络，也有可能设有数据

25、采集治理机或保护治理机，分别治理各测量，监视单元和各保护单元，然后集中由数采治理机和保护治理机与变电站层通讯。单元层本身确实是两级系统的构造。变电站层包括全站性的监控主机，远动通讯机等。变电站层设现场总线或局域网，供各主机之间和监控主机和单元层之间交换信息。变电站综合自动化系统主要集中在单元层和变电站层。2.1.4 集中和分散结合式综合自动化系统：随着单片机技术和通讯技术的开展，特别是现场总线和局域网络技术的应用，一种开展趋势是按每个电网元件，比方一台变压器，一台断路器等为对象，集测量，保护，操纵为一体，设计在同一机箱内。至于高压线路保护装置和变压器保护装置，仍然能够按照集中组屏安装在主控室内

26、。这种构造方式介于集中式和分散式之间。目前国内应用较多的是分散式构造集中式组屏。这种构造方式具有分散式构造的全部优点，同时由于采纳了集中式组屏，有利于系统的设计，安装以及维护治理。但是这种构造比拟合适用于中低压变电站。2.2 变电站综合自动化系统的功能 变电站综合自动化系统的功能主要包括监测，监控，远传，保护四部分。2.2.1 监测：综合自动化系统通过对变电站的数据进展采集，处理，显示和打印，使运转人员理解变电站的运转工况，并采取相应的措施。所采集的数据分为三大类：模仿量，开关量和脉冲量。(1) 模仿量：变电站需要监测的各种模仿量包括主变一次，二次和各线路的电流，各段母线及重要线路的电压，各线

27、路零序电流，母线零序电压，主变温度和室温。(2) 开关量：变电站内需要监测的各种开关量，包括各个开关，刀闸，变压器分接头，继电保护动作信息，开关机构运转状态，交直流电源运转状态，各微机运转状态等。(3) 脉冲量：变电站需要监测的各种脉冲量，包括线路，主变一次和二次的有功电度量和无功电度量，电容器的无功电度量，所用电的有功电度量等。2.2.2 监控： 综合自动化系统提供方便可靠的人机对话，运转人员利用键盘和显示器操作开关，刀闸和变压器分接头。该系统还能够依照电网运转情况自动操纵开关或变压器分接头。所有操作的可靠性在软硬件设计中都应符合双重化原则。操作方式分为手动操作和遥控执行。手动操作分为三种方

28、式：键盘操作，把手操作，保护柜操作。正常时利用键盘操作，非正常时通过模仿屏把手操作或保护柜操作。保护柜操作可通过保护机键盘或柜上按扭实现。遥控执行：当调度端发出遥控开关或遥调变压器分接头的命令后，该系统能可靠的执行。变电站监控的内容主要有以下几个方面：(1) ：跳闸统计：统计开关跳闸次数。分为有事故跳闸次数和手动跳闸次数两种。(2) ：接地选相：关于中性点不接地系统，当电网出现单相接地毛病时利用零序电压，零序电流增量以及压降可推断接地线路及相别，也能够利用功率方向等其它方法来判别。也可利用功率方向法等其他方法来判别。为了保证可靠性，应屡次采样后才能确定。确定后，主机报警，并显示和打印。运转人员

29、按照提示，用人工检除方法跳开开关自动重合，验证主机的推断。(3) : 无功电压自动操纵：依照电网无功，电压计算和推断是投切电容器，依然调理变压器分接头位置。以使无功和电压满足要求。在变压器。电容器。或电网毛病时不应该误动。当电容器检修时，不应参与操纵。2.2.3 远传： 当变电站正常运转或发惹事故及报警等事件时，远传时机实时的向上级调度传送该站信息，使调度人员理解该站的运转情况。2.2.4 保护： 微机保护不仅有较高的可靠性和灵敏性，而且使用方便。其特点：(1) : 用键盘和八段显示器（LED）显示采样值（电流，电压，和开关状态）和整定值，并可修正整定值。(2) : 具有事故追想功能。能够记录

30、事故前后的线路电流和母线电压。(3) : 具备实时自检功能。能够对保护柜包括主机在内的各元件进展在线检查。变电站保护分为以下几品种型：(1): 线路保护：包括电流速断保护，定时限过电流保护，方向性电流保护，零序电压，电流及方向保护，反时限过流保护，高频保护，间隔保护。双回线方向横差保护和低周减载保护。(2): 变压器保护： 包括差电流速断保护，带二次谐波制动的比例差动保护。本体保护（重瓦斯，轻瓦斯，有载重瓦斯，有载轻瓦斯等），过流保护（包括低压启动，复合电压启动），过负荷保护。零序保护，高压侧备用电源自投和低压侧备电源自投。(3): 电容器保护：包括电流速断保护，过流保护，反时限过流保护，相间

31、过电压保护，相间低电压保护和零序过电压保护。4：母线保护：包括完全电流差动母线保护和电流比相式2.3 变电站综合自动化系统的硬件配置2.3.1 综合自动化系统变电站主控室的构造分为三类：(1) 模仿屏式：在主控室模仿屏前设微机台，台内装微机及UPS电源，台上放主机显示器CRT，键盘和打印机。模仿屏主接线图上安装仪表和操作把手。其他如保护柜，变送器柜，电度表柜，监控柜，交直流电源柜等均放在模仿屏后，或分置于其他房间。(2) 操纵台式：再主控室前部设操纵台，无模仿屏。在操纵台对面设保护柜，变送器柜，监控柜，电度表柜和交直流电源柜等设备。操纵台上或旁边放主机显示器CRT。打印机和键盘。模仿主接线，操

32、作把手，必要的仪表和光字均安装在操纵台面上。 (3)微机台式：在主控室前部设微机台，无模仿凭，无操纵台。主控室后部设保护柜，变送器柜，监控柜，电度表柜，交直流电源柜等设备。微机台内装主机和微机电源，微机台上放CRT，打印机和键盘。2.3.2 硬件的配置原则综合自动化系统硬件配置应遵照以下原则：(1):各自独立，互相配合。不同功能的硬件之间只能有信息交换，不应有电的直截了当联络。采纳光电隔离和继电器接点闲离的方法实现。保护柜内各单元应有独立的交流输入，独立电源，独立出口，应有可靠的抗干扰措施。监控部分在监控机，电度机，采样机，远传机任一毛病情况下，应不妨碍其他机正常工作。(2): 软硬件模块化，

33、方便维护和扩展。各单元应具有模块化的主机板，开出板。开入板，模入板等，方便维护，并可在此根底上进一步开发。(3)： 具有较强的抗干扰才能。满足在强电场，高频妨碍和谐波冲击等环境下可靠工作，并能防止雷电冲击。微机保护装置的开展大致能够分为以下几个阶段： 第一阶段是以单cpu的硬件构造为主，数据采集系统由逐次逼近式A/D模数转换器构成，硬件和软件的设计符合四统一设计标准，其代表产品为微机高压输电线路保护装置。第二阶段以多单片机构成的多cpu硬件构造为主，数据采集系统为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计汲取了第一代微机保护装置的成功运转经历，利用多cpu的特点，强化了自检和互检功能

34、，使硬件毛病能够定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动和误动的措施。第三阶段以高功能的16位单片机构成的硬件构造为主，具有总线不需引出芯片，电路构造简单的特点，抗干扰才能进一步加强，同时完善了通讯功能，为实现变电站自动化提供了方便。再现阶段，在一些微机继电保护装置中，个别产品也采纳了功能更好，功能更强大的工业操纵计算机。 2.3.3 变电站综合自动化系统微机保护的硬件构造(1) 处理器分为单片机和数字信号处理器两种。单片机通过大规模集成电路技术将CPU ,ROM, RAM, 和I/O接口电路封装在一块芯片中，具有可靠性高，接口设计简单，运转速度快，功耗低，性价比高的优点。

35、使用单片机的微机保护具有较强的针对性，系统构造紧凑，整体功能和可靠性高，但通用性和可扩展性相对较差。而且某些保护算法需要使用乘法，除法或是开平方运算，而早期的片内资源有限，实际应用时常常需要对其功能进展补充和外部扩展。新型高功能的单片机功能得到了特别大的提高。运转才能也得到了大大的加强，出现了无须进展外部扩展的所谓总线不出芯片的新型微机保护。此保护采纳了高集成度16位单片机，其内部包含了124KEPROM， 4KRAM，接近10个内部计数器，定时器和中断口，2个全双工的串行口，以及整个内部A/D转换器。其高效丰富的指定系统使得编程及其应用即灵敏又简约。高功能单片机包含了微机保护所需要的各种硬件

36、功能，使新型微机保护的电路设计异常简单可靠。由于单片机价格低廉，因而，微机保护由当初的单CPU的硬件构造为主开展到为多单片机构成的多CPU硬件构造为主。大量使用单片机的微机保护在电力系统中得到了成功的应用，也由于新型单片机的杰出功能，现阶段使用单片机的微机保护仍将是我国微机保护的主流产品。数字信号处理器DSP：它与目前通用的CPU不同，是一种为了到达快速运算而具有特别构造的微处理器。DSP具有强大的处理功能，在一样的主频率下，甚至比目前最先进的个人计算机快1050倍。快速的指令周期，哈佛构造，流水操作，专用的乘法器，特别的指令，加上集成电路优化设计，能够使DSP的指令周期到达200ns。DSP

37、的突出特点是计算才能强，精度高，总线速度快，吞吐量大，尤其是采纳专用硬件实现定点和浮点加乘运算，速度特别的快。将数字信号处理器应用于微机继电保护，极大的缩短了数字滤波。滤序和傅立叶变换算法的主要时间，不但能够完成数据采集，信号处理的功能，还能够完成以往主要由COU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。随着数字信号处理器芯片和开发工具的价格下降，能够预期数字信号处理器将会在微机继电保护装置中发挥重要的作用。(2) 数据采集系统：变电站综合自动化的数据采集系统分为三种：逐次逼近式A/D转换器构成的数据采集系统， 电压频率转换原理的计数式数据采集系统 ，高速数据采集系统 逐次逼近式A/D转换器

38、构成的数据采集系统：早期的微机保护线路中，考虑到A/D转换器价格昂贵，因而采纳多个通道共用一个A/D转换器的方案。每个通道各有一个采样保持器，其采样脉冲输入端并联后联到CPU插件上的定时器输出端，以实现对各通道的同时采样。模仿量多路转换开关采纳硬件电路操纵记数自动进位切换通道号。为了节约CPU的工作时间，数据采集系统在变化完成后的得到的数字输出不需要通过CPU操纵，而经DMA操纵直截了当存入本插件的RAM中。再同一时刻采样的全部通道转换完成并存入RAM后，才由DMA恳求中断，由CPU做出相应的处理。这种数据采集系统使用的芯片比拟多，电路复杂，抗干扰才能差，因而，在其改良型产品中使用了电压频率转

39、换原理的计数式数据采集系统。 电压频率转换原理的计数式数据采集系统：第2代微机线路保护的VFC (电压频率保护) 数据采集系统中，为了提高数据采集系统的采集速度，每个模仿输入通道都需要使用单独的电压频率转换/光耦合器，其输出频率信号送至可编程计数器8255进展频率测量，在每个数据采集周期由CPU读取可编程计数器的计数值，并进展标度变换以获得实际的采样植。主要优点是：通过光电耦合器与CPU接口，因而抗干扰才能强，容易实现多单片机系统的多CPU接口。 高速数据采集系统 ：近几年来。以ANN为代表的人工智能技术和小波分析理论，以及行波保护，暂态保护等概念逐步引入继电保护领域，对采样速度提出了更高的要

40、求。在变电站的母线保护，变压器保护和发电机保护中，由于需要进展采样的电流通道特别多，对采样的速度也有特别高的要求。采样率的提高导致了采样间隔的缩短，从而留给CPU进展采样数据预处理，保护启动计算，主保护计算的时间大大缩短。因而，必须大大的压缩数据采集的时间。保护装置使用公控机时，通常采纳工控机智能同步数据采集模板完成采样，再将采样数据通过双口RAM，FIFO等方式传送给主CPU进展处理，因而并不占用主CPU的处理时间。当保护装置使用单片机时，目前使用的VFC数据采集系统难以满足要求，必须对此单独进展考虑。为了进一步简化电路设计和调试，一些半导体厂家将完好的数据采集系统集成到一块芯片中，能够自动

41、完成所有输入通道的数据采集而无须CPU干涉。采纳这种专用数据采集芯片，将极大简化单片机型微机保护装置数据采集系统的设计，消费，调试方式，大大的提高其数据采集系统的数据采集才能。(3) 微机保护硬件的一般构造：微机保护的硬件类型分为三种：高压线路微机保护，微机元件继点保护，低压线路的微机保护. 高压线路微机保护：目前我国的高压线路微机保护装置的原理，功能，主要指标以及制造工艺方面以到达了国际先进水平，微机保护的动作正确率也已经超过了常规保护。关于高压和超高压输电线路微机保护装置，多单片机构成的多CPU硬件构造已成为现行的实际标准。这品种型的微机保护装置的根本特点是：电压频率转换原理的数据采集系统

42、为整套装置的公共部分,其频率输出信号分别传送给各个保护插件，再由各个保护插件完成相应的测频，采样值标度变换，保护功能计算。3个保护CPU分别完成高频保护，间隔保护，零序保护功能。监控CPU主要负责人机接口，保护定值治理。通讯操纵，保护CPU运转状态监控等功能。3个保护插件启动元件按三取二的原则启动各套保护装置的出口回路，从而大大的提高了保护装置的可靠性。 但是这种多CPU微机保护装置采纳了不完全冗余技术。保护输入和输出通道不采纳冗余技术，而只是在信号处理器部分采纳。假如模仿输入通道和数据采集系统发生毛病，那麽输入3个CPU插件的毛病数据将不在精确，整套装置不能正确工作；跳闸出口通道发生毛病，整

43、套装置同样不能正确工作。因而整个保护装置并不由于采纳了多CPU技术而使可靠性大幅度的提高。多CPU微机保护装置除完本钱线路的继电保护功能外，同时还必须完成相邻线路的远后备保护功能。广泛的使用多CPU微机保护装置中，间隔保护三段和零序保护三段，都具有远后备的功能。在间隔保护CPU插件或者零序保护CPU插件发生毛病时，即便线路的主保护能够正常工作，仍将失去远方后备保护的功能。由于以上的缘故，在高压和超高压输变电线路中，不但主保护必须双重化配置，后备保护也必须双重化配置。 微机元件继电保护：微机元件保护的品种特别多，硬件构造也各有特色，根本的类型有单片机型和工控机型微机元件保护。许多厂家得宜于线路微

44、机保护的成功开发和应用中的成功经历，推出了许多与微机线路保护硬件构造类似的单片机型微机元件保护。比方采纳了高压线路保护类似的VFC数据采集系统和高功能单片机构成的双CPU系统，变压器主保护与变压器各侧的后备保护分别采纳不同的CPU完成保护功能。为合适变电站自动化的开展，新型微机变压器保护也提供了基于现场总线的通讯接口功能。采纳工控机实现的微机保护，具有小型化，低本钱，高可靠性等优点。工控机总线接口简单，模块化程度高，容易结合，使用维护方便，系统功能容易扩展。能够大大缩短微机保护装置的开发周期，实现微机继电保护装置的系列化和标准化，便于运转部门的运转维护，必将在微机保护的开展中发挥重要的作用。

45、低压线路的微机保护：这品种型的保护装置能够分为两种：一种为“一对一”方式，即一套装置实现一条线路的保护；另一种为“一对N”方式，即一套装置实现多条线路保护。采纳“一对一：实现时，一套装置负责一条线路或一台变压器的测量，保护和操纵。使用“一对N”方式实现时，一套装置负责多条线路或变压器的测量，保护和操纵。它具有分布式构造的全部优点而且又便于设计安装及运转维护。为中低压变电站广为采纳。2.4 小节 本节介绍了变电站综合自动化系统的构造方式，并介绍了各种构造方式的特点；变电站综合自动化系统主要包括监测，监控，远传和保护四部分，介绍了各部分的主要功能。介绍了综合自动化系统的硬件构造以及主要的配置，为下

46、一章的通讯协议做好了铺垫。第3章 变电站综合自动化系统的通讯网络3.1 通讯网络的开展：目前，国内变电站综合自动化系统用的通讯网络主要是总线式网络。该系统最初使用RS-232总线，后来用到RS-485总线。近年来随着新型现场总线CANBUS和LONWORKS的推出，变电站综合自动化系统的网络通讯得到了新的开展，新型现场总线CANBUS是变电站综合自动化系统通讯网络性价比最好的一种。3.1.1 RS-232，RS-422 和RS-485总线：RS-232串口通讯标准是美国电子工业协会于1969年公布的，该标准定义了数据终端设备和数据通讯设备之间按位串行传输的接口通讯。通常用于近间隔传输，如今可将

47、两台具有RS-232接口的通讯设备直截了当相连，假如要进展远间隔传输，能够再加调制器即可。 RS-422为全双工，能够同时接收和发送。采纳RS-422标准，能够减弱干扰的妨碍，获得更长的传输间隔和同意更大的信号衰减。采纳RS-422标准通讯时位率可到达10Mbit/s。RS-485为半双工通讯方式，在某一时刻，一个发送一个接受，当用于多站互连时，可节约信号线，便于高速远间隔的传送。3.1.2 LONWORKS总线LONWORKS是美国Echeton公司推出的一种新型现场总线。它的根本思想是将操纵系统按局域网络的方式构造，用网络节点代替局域网中的工作站，网络节点安装在监控现场，直截了当于各种传感器和操纵器相连。LONWORKS总线的技术