基于TMS320F2812的中低压线路保护装置的研制

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关键字：CPLD   半波傅氏算法   Mann-Morrison算法   TMS320F2812  
0 引言
随着电力系统的迅速发展，我国电网规模越来越大，结构也日趋复杂，对于线路保护装置的性能提出了更高的要求[1~2]。传统的基于单片机的微处理器结构和基于RS485、CAN 总线的通信方案已经无法满足系统的需要。数字信号处理（DSP）技术、复杂可编程序逻辑器件CPLD 技术和以太网通信技术的迅猛发展，为电力系统微机保护技术的进步提供了有利的条件。基于这种发展趋势，文中开发研制了一种基于TMS320F2812 的针对于中低压线路的微机保护装置。

1 硬件设计

装置硬件按功能实现模块化设计，核心CPU 模块采用保护DSP+监控DSP 的双CPU 结构，它们之间通过CAN 口实现信息共享。DSP 采用的是TI 公司的32 位高性能定点处理器芯片TMS320F2812,该
芯片处理能力好(150MIPS)、程序存储器大（128k 字的FLASH）、片内外设丰富、事件管理能力强、具有在线仿真功能，使得接口、模块化设计以及调试都很方便[3~4]。

硬件系统原理如图１所示。



图1 硬件系统结构框图



1.1 保护CPU 模块

保护CPU 模块主要完成数据的采集、处理、算法的实现、逻辑判断输出以及与监控的内部通信等。

1.1.1模拟量数据采集电路

模拟量数据采集电路主要完成电压、电流等模拟量的采集、信号调理和A/D 转换工作。电网实际的高电压、大电流信号经过一次PT、CT 和数据采集板上二次小PT、CT 两次变换后，还需要通过信号调理电路才能变为A/D 转换器可以接受的电压范围。信号调理电路如图2 所示。



图2 模拟量信号调理电路



模数转换器采用的是TI 公司的16 位、6 通道同步采样A/D 转换器ADS8364。ADS8364 的三组启动
转换端holdA、holdB 、holdC 由2812 的同一I/O口经过CPLD 控制，每隔T/N （T 为测得模拟信号周期，N 为周期采样点数）时间，启动A/D 转换。ADS8364 转换结束时会产生一个中断信号，2812 检测到该中断后，通过中断服务程序读取转换结果。

1.1.2 开关量输入输出电路

根据研制要求装置设计了16 路开入量,分别用于开关位置和状态切换等。开入量经过限流、去抖等处理后加到光电隔离上，然后再经过CPLD 控制送至F2812，由F2812 以中断方式来检测开关变位情况。光电隔离采用东芝公司的TLP121,其隔离电压为直流2500V，信号带宽为10KHz。开出回路也为16 路,分别为断路器各种方式的跳合闸和其它回路控制所用。开出信号由F2812 锁存至输出寄存器中，由CPLD 控制，经过达林顿型光电隔离后输出，用于驱动外部继电器。达林顿型光电隔离采用东芝公司的TLP127,其隔离电压为直流2500V，信号带宽为10KHz.需要特别指出的是，为了避免干扰引起的误动，对应于跳闸出口继电器，光电隔离的光敏三极管的集电极必须经启动继电器接点接正电源，形成对保护出口的闭锁。只有当起动继电器和跳闸命令同时动作时，跳闸继电
器才出口。

1.1.3 CPLD 电路

CPLD 采用的是XILINIX 公司推出的复杂可编程逻辑芯片XC95108[5]。该芯片具有支持IEEE 1149.1标准的JTAG 引脚，支持ISP 方式下载程序。能反复擦写内部逻辑，可以在外部I/O 引脚和接线不变的情况下实现CPLD 内部逻辑的改变。CPLD 在装置硬件设计中的作用主要是:地址译码、产生时延信号、扩展I/O 口以及解决外设芯片和2812 之间的速度匹配问题。

其功能框图如图3 所示。



图3 CPLD功能框图