嵌入式系统在微机继电保护中的运用|华意电力

  华意电力是一家专业研发生产微机继电保护测试仪的厂家，本公司生产的微机继电保护测试仪设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“微机继电保护测试仪“高压设备供应商而努力。

  在微机继电保护中应用嵌入式系统的意义,在我国经济发展所需要的各种能源中，电力能源占据着非常重要的地位。因此，维护电力系统的稳定性具有重要的意义。然而，众多经验显示，如果在大型电力系统发生故障之后不能够进行及时有效的处理，则会直接影响整个电力系统的稳定性和可靠性，不仅影响电力供应，还极可能造成电网的瓦解，导致区域性的大面积 停电，给生产和生活造成严重性的破坏。 由于以上原因，自从电力系统诞生以来，关于如何维持其稳 定、可靠运行便成为了电力领域中研究的永恒课题。

  继电保护装置 在维持电力系统运行的安全和稳定方面发挥着重要作用，同时，它能够有效限制大面积、长时间停电，因而继电保护装置是保持电力系统稳定与可靠的最为有效、最为重要、最为基本的技术措施。 虽然我国的继电保护技术获得长足发展，其装置水平也得到了极大地提高，但是从综合方面，我国目前的微机继电保护装置还存在着以下几方面的不足：第一，与国外先进系统相比，硬件方面显得比较落后和陈旧；第二，相关软件的开发力度不够，更新缓慢，而且维护难度较大、生存期较短；第三，保护原理配置和相关装置 的制造工艺方面存在发展潜力，有待挖掘；第四，厂站自动化系统 接口的功能不强，并且网络通信功能也有待提高。在电力系统自动化程度不断深化的今天，传统的微机线路保 护系统很难适应电力的要求。当前，一方面是微机继电保护装置投入量的不断增长，另一方面是自动化电力系统对微机继电保护装 置要求地不断提升，面对这种局面，开发一种新型的微机继电保护装置显得尤为迫切。

  自动化电力系统对微机继电保护装置的特殊性要求具有较高的可靠性、稳定性、扩展性、实时性以及较强的网 络通信能力和非常强大的人机交互界面。该装置不仅要求具备性能优异的硬件支持，而且还要求具有优秀的软件系统。在软件方 面，嵌入式实时操作系统（即 RTOS 系统，Real Time Operating System）是不错的选择。该系统不仅拥有能够裁减的微内核结构，还有具有优化之后的高效多任务优先级管理设计，此外，该系统还具有较好的可扩展性和可移植性。以上特点使嵌入式实时操作系 统（RTOS）具有高控制效率和简便的操作性。

  嵌入式系统在微机继电保护中的运用本文所提到的嵌入式系统采用ARM9 系列处理器，该处理器是ARM 系列中性能比较高的一种，它的默认主频可以达到200MHz，因而可较轻松地应对各种数据的处理；同时，嵌入式实时操作系统（RTOS）具有非常丰富的外围接口，可以进行存储、通信等各项操作，因而系统的可扩展性得到了有效保证。 该系统的硬件设计具体如图1所示。

  在硬件系统设计方面，微机保护装置将待保护系统送来的电流、电压信号，经电流、电压互感器变换后产生的低电压信号送入主模板。主模板内的 AT91RM9200 运行片内的保护软件，进行信号采样，完成各种数值运算、分析及处理，从而确定待保护系统的运行状态。如有故障，则由处理器经模板发出跳闸动作信号，以保护系统。同时通过各种通信方式将保护动作信息送入管理模板和上位机，记录和保存数据并报警。硬件系统采用模块化设计，可分为电流互感器 /电压互感器模块、A/D 转换单元、开入/开出单元、人机交互单元、存储器单元、对外通信单元及电源模块等。A/D 转 换是微机保护的关键功能，采样芯片选用 AD7329。由于移植实时操作系统的需要，本系统采用2片容量较大的SDRAM（IS42S16160B），每片32 MB，构成32 位的高速数据总线。考虑到电力系统中大数据量和实时数据传输的需要，根据 AT91RM9200 微处理器的特点，本系统设计了 CAN、以太网、RS232/485、光纤、USB。

  目前，应用较多的还是传统的微机线路保护装置，该装置采用的是低性能、多CPU 结构。相对于此种结构，采用高性能的单CPU 结构或者少CPU 结构，不仅结构简单，性能不减反增，而且维护方便，可靠性更好。嵌入式实时操作系统（RTOS）是后台程序，它要在嵌入式先系 统启动之后最先开始执行，而用户的其他应用程序则需要在嵌入 式实时操作系统（RTOS）上运行；该系统会根据不同应用程序的要求进行任务处理，主要包括消息管理、资源管理、系统异常处理以及任务调度等等。基于嵌入式实时操作系统（RTOS）的平台，系统会为每一个任务确定不同的优先处理级别，随后根据优先处理级 别对不同任务进行动态化的切换，确保电力系统对继电保护装置 实时性的要求。在编写程序时，可以分别编写各个任务，不必同时将所有任务运行的各种可能情况记在心中，不仅大大缩短了程序 编写的工作量，而且减小了出错的可能，保证了最终程序的高可靠性。实时多任务操作系统建立在硬件系统上，用户的一切开发工作 都在其上进行，采用嵌入式实时操作系统（RTOS）的用户不必花费大量的时间学习硬件，与直接开发相比起点更高。

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