微機(jī)繼電保護(hù)的硬件具體構(gòu)成及軟件的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)其在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況作了一些講述以及對(duì)微機(jī)繼電器保護(hù)運(yùn)行注意事項(xiàng)作了一定的介紹。
　
　　前言
　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展以及人民大眾生活水平的日益提高，電力用戶(hù)對(duì)電能的需求量越來(lái)越大，對(duì)供電質(zhì)量要求也越來(lái)越高，同時(shí)電力部門(mén)又受減員增效的制約，在大規(guī)模發(fā)展建設(shè)電網(wǎng)同時(shí)，人員配備卻沒(méi)有相應(yīng)增加，于是近幾年無(wú)人值班變電站迅速發(fā)展起來(lái)，建成了一批能夠?qū)崿F(xiàn)“四遙”甚至綜合自動(dòng)化功能的局域性電網(wǎng)。
　　變電站綜合自動(dòng)化主要涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)及通信的技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其與較完善的通信技術(shù)的密切結(jié)合，可以使變電站綜合自動(dòng)化比較容易實(shí)現(xiàn)；可以節(jié)約相當(dāng)?shù)娜肆?、物力成本，使電力企業(yè)創(chuàng)造出更佳的經(jīng)濟(jì)效益。
　　微機(jī)繼電保護(hù)起著重要的作用，在繼電器保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，除了離線地運(yùn)用計(jì)算機(jī)作故障分析和繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算，動(dòng)作行為分析外，目前成熟的微機(jī)實(shí)時(shí)保護(hù)已大規(guī)模進(jìn)入繼電保護(hù)領(lǐng)域，微機(jī)繼電保護(hù)是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的重要方向。 請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息
　　實(shí)時(shí)系統(tǒng)往往是專(zhuān)用的，系統(tǒng)與應(yīng)用很難分離，常常緊密結(jié)合在一起，實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不強(qiáng)調(diào)資源利用率，更關(guān)心及時(shí)性(又稱(chēng)時(shí)間緊迫性)可靠性和完整性，實(shí)時(shí)系統(tǒng)又可分為過(guò)程控制與實(shí)時(shí)信息處理。
　　 設(shè)計(jì)原理
　　微機(jī)保護(hù)具體由硬件和軟件兩大部分組成，下面分別予以詳細(xì)闡述。
　　硬件方面
　　在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)充分考慮到可靠性、可維護(hù)性和可擴(kuò)性。軟件版本升級(jí)不應(yīng)變更硬件。
　　
　　單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)
　　 TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口
　　 RXD串行數(shù)據(jù)接收口
　　 RAM常用于存放采樣數(shù)據(jù)和計(jì)算的中間結(jié)果、標(biāo)志字等信息，一般也同時(shí)存放微機(jī)保護(hù)的動(dòng)作報(bào)告信息等內(nèi)容。讀寫(xiě)操作方便，執(zhí)行速度快，缺點(diǎn)是+5V工作電源消失，其后有數(shù)據(jù)、報(bào)告等內(nèi)容也消失。
　　 EPROM用于存放微機(jī)保護(hù)功能程序代碼，在12.5V～21V電壓下固化，5V電壓環(huán)境下運(yùn)行。若修改程序或版本升級(jí)，需將此芯片經(jīng)專(zhuān)用紫外線擦除工具擦除后再重新固化。

　　 E2PROM(電可擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器)特點(diǎn)是5V工作電源下可重新寫(xiě)入新的內(nèi)容，并且+5V工作電源消失后其內(nèi)容不會(huì)丟失，所以E2PROM常用于存放定值，重要參數(shù)等信息。缺點(diǎn)是寫(xiě)入較慢，有串行和并行兩種方式。
　　 FLASH用途同上，但其容量更大，寫(xiě)入速度快，有替代E2PROM可能。
　　在CPU的選型問(wèn)題上，首先考慮的是能否在兩個(gè)相鄰采樣間隔內(nèi)完成它必須完成的工作，即CPU的速度問(wèn)題。衡量速度的一個(gè)重要指標(biāo)就是字長(zhǎng)，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，它同時(shí)所能處理的數(shù)據(jù)位數(shù)越多，即處理速度越快；另一方面，CPU速度問(wèn)題跟其采用的主工作頻率有關(guān)，同時(shí)跟子系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)的位數(shù)配合也有關(guān)。
　　對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，在CPU選型方面，除考慮到其四性要求，還應(yīng)充分考慮到經(jīng)濟(jì)性，確定一個(gè)較經(jīng)濟(jì)的方案，否則將對(duì)財(cái)物造成極大的浪費(fèi)，但當(dāng)可靠性與經(jīng)濟(jì)性發(fā)生沖突時(shí)，應(yīng)傾向側(cè)重于可靠性，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定**運(yùn)行。
　　保護(hù)采用多CPU結(jié)構(gòu)，各功能相互獨(dú)立，相互配合，使得裝置功能和處理能力得到提高，有力地實(shí)現(xiàn)保護(hù)的快速可靠性。
　　軟件方面
　　軟件設(shè)計(jì)是技術(shù)的關(guān)鍵，簡(jiǎn)潔的硬件配置是靠軟件來(lái)支撐的，軟件編制一般按功能來(lái)劃分，做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并便于功能的擴(kuò)充。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信息參數(shù)宜編制獨(dú)立的參數(shù)模塊，以便于在運(yùn)行中修改。具有濾波功能的微機(jī)繼電裝置，其模擬量的數(shù)據(jù)文件，應(yīng)能轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式輸出。

　　微機(jī)繼電保護(hù)固有特性及其對(duì)實(shí)時(shí)屯力系統(tǒng)的特殊應(yīng)用環(huán)境，其對(duì)實(shí)時(shí)性要求以及對(duì)抗干擾設(shè)計(jì)容錯(cuò)設(shè)計(jì)要求特別嚴(yán)格。微機(jī)保護(hù)采用的單片機(jī)軟件編寫(xiě)一般采用匯編語(yǔ)言。
　　匯編語(yǔ)言可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，例如，對(duì)內(nèi)存地址的操作、位操作等，編程需要對(duì)單片機(jī)硬件資源相當(dāng)了解熟悉。由于單片機(jī)各方面資源有限，所以程序規(guī)模較小，資源使用應(yīng)該緊湊，其編程就較困難，周期長(zhǎng)，同時(shí)程序的可讀性和可移植性、維護(hù)性都比較差，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
　　現(xiàn)今微機(jī)保護(hù)開(kāi)發(fā)的手段是C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程，采用C語(yǔ)言編程功能軟件獨(dú)立于硬件之外，可以模塊化設(shè)計(jì)，這符合軟件模塊化的要求，具備很強(qiáng)的可移植性，繼承性。
　　 C語(yǔ)言作為一種**語(yǔ)言，又是一種較低級(jí)的語(yǔ)言，它具有豐富的庫(kù)函數(shù)，強(qiáng)大的圖形、數(shù)據(jù)的處理能力，使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它又提供了指針和地址操作的能力，毫無(wú)疑問(wèn)十分出色，但與匯編語(yǔ)言相比，仍有運(yùn)算處理速度慢、無(wú)法準(zhǔn)確定時(shí)的缺點(diǎn)。
　　因此用C語(yǔ)言作為主語(yǔ)言，調(diào)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)子模塊，二者相互結(jié)合，可以提高程序執(zhí)行速度和效率，達(dá)到事半功倍的效果如需快速控制時(shí)，可用匯編語(yǔ)言，如采樣，A/D轉(zhuǎn)換等，而用C語(yǔ)言編寫(xiě)數(shù)據(jù)處理程序及人機(jī)界面程序，可以充分利用C語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)。

　　還有一種更為高效、方便、快捷的手段，就是采用圖形化邏輯可編程技術(shù)，此保護(hù)開(kāi)發(fā)可快速形成保護(hù)自動(dòng)化功能過(guò)程。邏輯圖輸入—解析邏輯圖一邏輯圖執(zhí)行。其執(zhí)行效率邏輯運(yùn)算速度可達(dá)到每秒300個(gè)邏輯門(mén)，這當(dāng)然需要相應(yīng)的軟件支持。
　　繼電保護(hù)的種類(lèi)很多，按保護(hù)對(duì)象分，有元件保護(hù)，線路保護(hù)等，按保護(hù)原理分有差動(dòng)保護(hù)，距離保護(hù)，電壓電流保護(hù)等。然而，不管哪一類(lèi)保護(hù)的算法，其核心問(wèn)題歸根結(jié)底為不外乎是算出可表征被保護(hù)對(duì)象運(yùn)行特點(diǎn)的物理量，如電壓、電流等有效值和相位以及視在阻抗等，或者算出它們的序分量或基波分量或某次諧波分量的大小和相位等，有了這些基本的電氣量的計(jì)算值，就可以很容易構(gòu)成不同原理的保護(hù)。所以這些基本電氣量的算法研究一直以來(lái)是人們研究的重點(diǎn)。
　　微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的輸入電氣量的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算和判斷，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)的功能和方法稱(chēng)為算法。按算法的目標(biāo)可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是根據(jù)輸入電氣量的若干點(diǎn)采樣值，通過(guò)一定數(shù)學(xué)公式方程式計(jì)算出保護(hù)所反映的量值，然后與定值進(jìn)行比較，另一類(lèi)是根據(jù)動(dòng)作方程式來(lái)判斷是否在動(dòng)作區(qū)內(nèi)，而不計(jì)算具體量值，其計(jì)算工作量略有減少。評(píng)價(jià)算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。現(xiàn)一般采用較多的是兩點(diǎn)乘積算法，傅里葉級(jí)數(shù)算法以及解微分方程算法(僅用于計(jì)算阻抗)，前二者算法常用于元件保護(hù)(如發(fā)電機(jī)，變壓器的差動(dòng)保護(hù))后備電源電壓保護(hù)以及一些相序分量組成的保護(hù)，后者只能用于計(jì)算阻抗，多用于線路保護(hù)中如距離保護(hù)。

　　每個(gè)CPU的基本程序結(jié)構(gòu)，主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷，進(jìn)入采樣及計(jì)算程序，且只有在主程序中允許接受通訊中斷與管理CPU交換數(shù)據(jù)。
　　采樣部分執(zhí)行電流電壓的采樣，濾波及數(shù)據(jù)整理。當(dāng)起動(dòng)元件動(dòng)作時(shí)，進(jìn)入故障測(cè)量程序，進(jìn)行各種故障的測(cè)量計(jì)算，發(fā)出跳合閘命令等。當(dāng)起動(dòng)元件不動(dòng)作時(shí)，執(zhí)行正常運(yùn)行程序，例如檢查開(kāi)關(guān)位置，檢查PT斷線，電流電壓自動(dòng)零漂調(diào)整，收發(fā)訊通道檢查報(bào)警。程序采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算，在每一個(gè)采樣周期內(nèi)應(yīng)完成全部計(jì)算。另外，在故障計(jì)算程序中，故障測(cè)量是平行計(jì)算的。