2、实验内容

    虽然本装置能够进行电力系统大多数继电保护原理的实验，但是，在教学学时的限制下，该实验装置的教学内容应与理论教学配套为宜。

    微机型继电保护教学实验装置设计

    1、硬件设计

    通过对各种实际微机继电保护装置及其原理的分析，结合《电力系统继电保护原理》和《微机继电保护》教学实验的要求和内容，确定了实验装置的总体设计方案。实验所需要的故障电压电流信号来自继电保护测试仪或物理实验系统，信号进入交流变换插件进行幅值变换后，由继电保护实验装置进行处理。如果满足动作条件，继电保护装置将发出动作信号并驱动保护按既定逻辑动作，同时通过串口与实验微机操作平台（即上位机）通讯，最后由上位机综合所有信息，并对信号和动作行为做进一步离线分析。

    数据采集及处理插件由A/D模数转换芯片（或VFC电压频率变换器）和DSP芯片及外围电路构成。A/D和VFC都通过数据总线与DSP相连，但同时只有其中之一投入。DSP采用TI公司的16位定点DSP芯片TMS320F206，其CPU采用改进的哈佛结构、流水线操作以及专用的硬件乘法器，保证其运算速度优于单片机和通用微机。TMS320F206片内自带4.5kB的RAM，32kB的FALSH MEMORY，无须再为DSP配置外围的存储器，而且比无内置存储器DSP加外围存储器的结构具有更好的抗干扰性能。该芯片具有适合信号处理和实时性强的特点，满足电力系统故障过程中大量数据采集的要求［3］。在本装置中，DSP的功能是控制A/D或VFC按一定的采样频率进行采样，并根据采样值计算出电气量的幅值和相角。采样值和计算结果存放于双端口RAM，供动作逻辑插件调用。

    动作逻辑插件是整套继电保护实验装置的核心，主要由嵌入式工控机PC104及其外围电路构成。PC104是一款高度集成的CPU模块，它在板集成了10/100BaseT以太网接口及128M内存，其CPU是一片与X86兼容的64位微处理器，最高运行速度可达300MHz，其图形处理器可支持各种LCD及TFT显示屏，同时还支持PS/2键盘、PS/2鼠标、EIDE接口、Floppy接口、两串一并接口、CF（Compact Flash）卡、USB及WatchDog等。动作逻辑插件通过双端口RAM从数据采集插件取得数据，完成保护方案整定、实时计算、逻辑判断及运行状态监视、按通讯协议与上位机通讯等任务。

    2、软件设计

    微机型继电保护实验装置的软件设计有三方面的内容：1）实现微机保护数据采样和预处理的DSP程序，包括半周积分算法、全周傅氏算法、解微分方程算法等多种算法，不同算法的精度和速度有所差别，在实验时可以灵活选用；2）保护逻辑判断原理程序，所有实现各种保护原理的程序都存放在PC104中高速存取的CF卡上，不同保护原理对应不同的程序模块；3）实验微机操作平台的辅助教学软件采用多媒体技术，把采样数据处理成表单或曲线图的形式，将动作过程处理成动画形式，可以帮助实验人员获得直观、形象的感性认识，加深对抽象的继电保护实验原理的理解，同时内部的信号分析工具，还可以显示电气量的向量关系、信号的频谱等，便于研究人员进行深入的离线分析。

    结语

    本文介绍了一种新型微机保护实验装置，提出了总体设计方案和实现方法。采用该方案设计的继电保护实验装置解决了以往实验装置中存在的不直观和与现场应用脱节等问题，教学效果良好，满足现阶段继电保护教学的需要。

    参考文献

    ［1］王明江，范春菊，房鑫炎(Wang Mingjiang,Fan Chunju,FangXinyan).开放式微机保护试验平台的研制(Development of open test platform for microcomputerbased protection)［J］.电力系统及其自动化学报(Proceedings of the CSU-EPSA)，2003，15(1)：63-66.

    ［2］杨新民，杨隽琳(Yang Xinmin,Yang Juanlin).电力系统微机保护培训教材( Electric Power System Microcomputer?based Protection Teaching Material)［M］.北京：中国电力出版社(Beijing:China Electric Power Press)，2000.

    ［3］宁改娣，杨拴科(Ning Gaidi,Yang Shuanke).DSP控制器原理及应用(Theory and Application of DSP Controller)［M］.北京：科学出版社(Beijing:Science Press)，2002.

    ［4］贺家李，宋从矩(He Jiali,Song Congju).电力系统继电保护原理(Theory o f Electric Power System Relay Protection)［M］.北京：中国电力出版社(Biejing:Chin a Electric Power Press)，1994.