摘要：備自投裝置一般應(yīng)用比較廣泛，當(dāng)然隨著新技術(shù)的發(fā)展，備自投裝置已經(jīng)走出廠用電的局限。備自投裝置可以有效的提高供電的可靠性，因?yàn)閭渥酝堆b置本身的實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，所以在發(fā)電廠和變電站及配電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。備自投是提高對(duì)用戶不間斷供電的經(jīng)濟(jì)而又有效的重要技術(shù)措施之一。在廠用電中，備自投用于投入廠用電備用
變壓器、備用線路及重要機(jī)械的電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)投入。在變電站中，變電站的分段木锨上可以由彼此無(wú)的線路或者
變壓器供電。利用備自投，在主
電源跳閘后，可以在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)由備用
電源供電，使用戶從新得到供電確保用電的可靠性和保障持續(xù)的不間斷供電
【關(guān)鍵詞】備用
電源；快速投切；DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）
中途分類(lèi)號(hào)：TM
1 引言
備用
電源自動(dòng)投切裝置就是當(dāng)工作
電源因故障斷開(kāi)后，能夠自動(dòng)并且迅速地將被用
電源投入到工作中或者將用戶切換到備用
電源上去，從而使得用戶不至于因?yàn)殡娏收隙鴮?dǎo)致停電的一種裝置，簡(jiǎn)稱備自投裝置（BZT）。
備自投裝置作為電力系統(tǒng)中常用的一種安全自動(dòng)裝置，其發(fā)展與繼電保護(hù)裝置一樣經(jīng)過(guò)了電磁（整流）型——
晶體管型——集成電路型——微機(jī)型等四個(gè)主要階段。究其本質(zhì)，各個(gè)階段的主要技術(shù)的區(qū)別在于對(duì)采集量（電流量、電壓量、開(kāi)關(guān)量）的運(yùn)算方式和邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式上的不同。目前應(yīng)用的主流備自投裝置是微機(jī)型備用
電源自投裝置，它將電流量、電壓量等模擬量通過(guò)VFC（壓頻變換器）元件或ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送到裝置的數(shù)據(jù)總線上，通過(guò)預(yù)設(shè)程序?qū)?shù)字量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行綜合邏輯分析，并根據(jù)分析的結(jié)果作用于相關(guān)
斷路器，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功能。[1]
1．2 數(shù)字信號(hào)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用
DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。得益于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，DSP技術(shù)和芯片在電力系統(tǒng)中也不斷的得到應(yīng)用和發(fā)展，尤其是微機(jī)測(cè)控保護(hù)方面，也有較為成熟的DSP保護(hù)平臺(tái)出現(xiàn)，隨著其技術(shù)的不斷完善廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實(shí)際工程中。作為中低壓電網(wǎng)設(shè)備保護(hù)裝置的核心CPU的DSP有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1 保護(hù)測(cè)控裝置的首要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)就是速度，而DSP的RISC指令系統(tǒng)在相同的機(jī)器周期下提供比傳統(tǒng)
單片機(jī)高4倍的指令周期；存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)大幅提高存儲(chǔ)器尋址的時(shí)間；硬件乘法器的運(yùn)算數(shù)度也大大提高。從而使得CPU的計(jì)算速度大幅提高。
2 35KV以下的中低壓電網(wǎng)設(shè)備常把保護(hù)和監(jiān)控功能融合在一個(gè)裝置中，所以在綜合測(cè)控保護(hù)裝置中提高計(jì)算的精度是很有必要的。依據(jù)DSP自身的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)各種在普通
單片機(jī)上難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜算法，因而以DSP為核心的CPU可以提高技術(shù)精度。
2 備自投裝置的基本要求及其運(yùn)行環(huán)境
根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，備自投只有滿足下列基本要求才能更好地發(fā)揮作用。
（1） 備自投裝置必須在具有備用
電源的工作母線因任何原因失去電壓時(shí)動(dòng)作。
（2） 備自投裝置應(yīng)該保證停電的時(shí)間zui短，使電動(dòng)機(jī)的自起動(dòng)容易一些。
（3） 備自投裝置只應(yīng)動(dòng)作一次，以免在母線或引出線上發(fā)生持續(xù)性故障時(shí)，備用
電源被多次投入到故障元件上去，造成更嚴(yán)重的事故。
（4） 備自投動(dòng)作投于*性故障的設(shè)備上，應(yīng)加速跳閘。
（5） 當(dāng)電壓互感器的
熔斷器熔斷時(shí)，備自投不應(yīng)動(dòng)作。
（6） 當(dāng)備用
電源無(wú)電壓時(shí)，備自投不應(yīng)動(dòng)作.因?yàn)閯?dòng)作是沒(méi)有效果的。
（7） 備自投裝置應(yīng)在工作
電源確已斷開(kāi)后，再將備用
電源投人。其目的在于工作
電源發(fā)生故障的情況下，不致在備用
電源投人后，由備用
電源經(jīng)過(guò)母線來(lái)供給故障點(diǎn)電流以及其他一些電網(wǎng)所禁止的特殊運(yùn)行方式。[2]
該動(dòng)作邏輯適用的接線方式是:兩條進(jìn)線、分段母線帶內(nèi)橋、兩臺(tái)三圈
變壓器。具體如圖2-1
3 裝置的基本工作原理及基本功能
常規(guī)的備自投裝置工作原理是: 按照運(yùn)行線路的接線方式來(lái)確定好裝置的動(dòng)作邏輯，設(shè)置特定的工作程序:備自投裝置檢測(cè)進(jìn)線和母線的各項(xiàng)模擬量以及
斷路器開(kāi)關(guān)zui，當(dāng)工作
電源故障時(shí)，裝置切斷故障線路并將備用
電源投入運(yùn)行。
裝置的基本功能：從上面可以看出，快速切換裝置的主要任務(wù)就是當(dāng)
電源發(fā)生故障時(shí)， 再用電母線失去
電源后電壓衰減的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，尋找合適的機(jī)會(huì)將備供
電源投上去，以保證系統(tǒng)正常的運(yùn)行；當(dāng)然，還要在正常情況下，實(shí)現(xiàn)主供
電源以及備用
電源之間的快速投切。在主供
電源故障的情況下，切換操作是單向的，只能由主供
電源切換到備供
電源；而正常情況下切換操作是雙向的，可以由主供
電源切換到備供
電源，也可以有備供
電源切換到主供
電源。
4 基于DSP的通用硬件平臺(tái)
本裝置采用的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F240 DSP和Xilinx CPLD為核心的硬件平臺(tái)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，輔助以片外程序和數(shù)據(jù)RAM模擬量輸入接口和AD采集模塊、I/0擴(kuò)展模塊、
通訊接口模塊、鍵盤(pán)和人機(jī)
接口模塊、看門(mén)狗單元等外圍電路組成。[3]其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：
TMS320系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：
（1）哈佛結(jié)構(gòu)——并行體系結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，每個(gè)空間獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)，相應(yīng)的系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)吞吐率提高了一倍；
（2）流水線操作——采用流水線以減少指令執(zhí)行時(shí)間，增強(qiáng)了處理器的處理能力；
（3）的硬件乘法器——DSP芯片的特征就是有一個(gè)的硬件乘法器，乘法可以在一個(gè)指令周期內(nèi)完成；
（4）特殊的DSP指令；
（5）快速的指令周期。
這些特點(diǎn)使得TMS320系列DSP芯片可以實(shí)現(xiàn)快速的DSP運(yùn)算，并使大部分操作在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。由于TMS320系列DSP芯片是軟件可編程
器件，因此具有通用微處理器方便靈活的特點(diǎn)。[4]
在該裝置中，考慮到成本問(wèn)題和可靠性問(wèn)題以及資源需要等問(wèn)題，特選用TMS320F240作為控制CPU。該
器件采用
CMOS工藝制造。內(nèi)含T320C2xLPcore作為CPU。指令周期為50ns。含544個(gè)字的片內(nèi)RAM，并可由用戶配置到數(shù)據(jù)或者程序存儲(chǔ)器中。F240的尋址空間為64k字的程序空間，64k的數(shù)據(jù)空間以及64k的自得I/O空間。片內(nèi)具有16k字的FLASH閃存，可以把程序內(nèi)置，而且比ROM靈活。內(nèi)部的時(shí)間管理模塊可以控制處理12路PWM輸出，3個(gè)可疑工作在六種模式下的通用定時(shí)器/
計(jì)數(shù)器，3個(gè)帶死區(qū)控制的全比較單元，4個(gè)脈沖捕捉通道。片內(nèi)還集成有兩個(gè)10位的ADC共16路輸入通道，28個(gè)獨(dú)立的I/O口，以及3個(gè)外部中斷。除此之外，還集成有1個(gè)SPI
通訊接口和一個(gè)SCI
通訊接口。[7]如此之多的硬件資源也極大的有助于簡(jiǎn)化真?zhèn)€裝置的開(kāi)發(fā)。
但是，DSP畢竟是應(yīng)用于計(jì)算目的芯片，其控制能力相比較于同等級(jí)的
單片機(jī)而言還處于劣勢(shì)，除了在指令系統(tǒng)中尋址操作不便之外，其硬件的控制信號(hào)時(shí)序上也和傳統(tǒng)的接口電路有一些不同的地方。另一方面，本裝置的設(shè)計(jì)本著中低壓電網(wǎng)設(shè)備的綜合測(cè)控保護(hù)這一功能來(lái)進(jìn)行的，而中低壓電網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合一般由于成本以及控制的需要，不采用雙CPU作為控制的核心。基于上述原因，可以依靠復(fù)雜可編程邏輯
器件即CPLD技術(shù)來(lái)解決涉及中所遇到的一些如I/O口擴(kuò)展、時(shí)序匹配等困難。[5]
CPLD技術(shù)在芯片內(nèi)部以可編程的宏邏輯單元為基礎(chǔ)，可編程的聯(lián)線集中在一個(gè)全局布線區(qū)。它可以允許使用大規(guī)?？删幊踢壿嬓酒娲鷤鹘y(tǒng)的74LS系列和小規(guī)模GAL邏輯，從而在系統(tǒng)的接口有特殊要求的情況下，只要更改邏輯文件即可滿足用戶要求，使系統(tǒng)靈活方便，而且縮短了開(kāi)發(fā)周期。
XC9500架構(gòu)的CPLD由多個(gè)相同功能單元構(gòu)成，每個(gè)功能單元內(nèi)含有18個(gè)宏單元，PIN-TO-PIN延時(shí)能夠達(dá)到5個(gè)ns，I/O接口可和5v或是3.3號(hào)連接。XC9500系列CPLD采用了系統(tǒng)內(nèi)5v可編程FASTFLASH技術(shù)，并且含有內(nèi)部JTAG雙向掃描測(cè)試邏輯，有800到6400個(gè)邏輯門(mén)，36到288個(gè)寄存器，能反復(fù)擦寫(xiě)內(nèi)部邏輯，可以在外部I/O引腳定義和接線不便情況下，實(shí)現(xiàn)CPLD內(nèi)部邏輯的改變。
5 裝置的軟件實(shí)現(xiàn)
要想在主供
電源故障的情況下實(shí)現(xiàn)快速切換，其先決條件就是要能夠快速感知主供
電源的故障狀態(tài)。而對(duì)于
控制系統(tǒng)而言，其反應(yīng)的快速性與判斷的可靠性是矛盾的?？烨醒b置在快速感知被控對(duì)象故障狀態(tài)的同時(shí)，還要能夠?qū)χM(jìn)行準(zhǔn)確性辨別，以保證所獲得的信息的可靠 ，這是裝置可靠動(dòng)作的基本條件。
對(duì)于本快切裝置尤其重要的是要能夠在母線殘壓頻率和幅值都快速衰減的情況下準(zhǔn)確地檢測(cè)出殘壓的當(dāng)前頻率、頻率變化速度以及加速度、幅值、殘壓與目標(biāo)電壓間的相位差。對(duì)于穩(wěn)定信號(hào)的測(cè)量有很多有效的方法，然而對(duì)于非穩(wěn)定信號(hào)，要想實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地測(cè)出它的相關(guān)參數(shù)，;并不是一件容易的事情。如果母線電壓只有頻率或者只有幅值在比較緩慢的變化，則經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理以后，測(cè)量結(jié)果的精度是比較滿意的。而當(dāng)母線電壓的頻率和幅值都在以比較快的速度變化的時(shí)候，如何獲得具有足夠精度的實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)果，是一個(gè)棘手的問(wèn)題。
為此，采用適合于本裝置特點(diǎn)的算法顯得尤為重要
6 結(jié)論
新的通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力系統(tǒng)中得以不斷應(yīng)用，為了適應(yīng)這種發(fā)展，需要對(duì)現(xiàn)有的一些通訊手段進(jìn)行改進(jìn)，為此在本裝置中內(nèi)嵌了各種通訊模塊，主要包括傳統(tǒng)的RS-232C, RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口、
現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接日以及以太網(wǎng)接口。[6]
以上就是基于TMS320F240DSP芯片的備自投裝置硬件平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)各單元電路進(jìn)行調(diào)試，基本達(dá)到了各功能模塊的預(yù)期效果。各硬件模塊正常工作。該硬件平臺(tái)具有一定的通用性，結(jié)合中低壓電網(wǎng)設(shè)備的保護(hù)原理，編寫(xiě)相應(yīng)的軟件，即可以應(yīng)用到不同的場(chǎng)合。
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