微机继电保护实验系统的研究与实现

4.2.2 开关量输出单元

在线路发生故障时，微机保护主要是通过各种开关量输出来完成对线路中各断路器和继电器的控制，从而使发生事故的线路被隔离，其他线路能够最大程度地得到保护。具体的说，从微机保护送出的开关量，如跳闸命令、告警信息等，是经"开关量输出"回路中的光电隔离技术处理后，将中央处理系统的判断结果送出，并实现保护功能。

本系统用8路信号开关量输出来模拟故障状态，其中7路接继电器，同时并接发光二极管LED。在有故障信号而使继电器动作时，相应的二极管也发光显示；另外1路接扬声器，收到故障信号后，发声报警。开关输出量既可以用来模拟故障动作，还可用继电器接外部设备来形成一个完整的保护系统，输出结构如图4所示。微机系统输出的开关信号是芯片给出的低压直流，不能直接驱动外设，而需要经过驱动模块转换等处理后才能用于完成对外部设备的开启和关闭，本装置的开关量采用继电器输出方式输出。

4.3 频率测量单元

本系统使用单片模拟集成锁相环电路NE564进行测频，该芯片采用单5 V电压供电，最高工作频率可达50 MHz，外部可调节环路增益，数字量输入输出兼容TTL电平。另外装置还使用了一片计数器集成电路74HCT4520，接成一个256分频器，把NE564的VCO输出进行256分频后，送入NE564的鉴相器与输入的50 Hz工频信号进行相位比较。这样，50 Hz的工频信号就在256倍频后送进MCU进行频率测量。通过上述电路，就可以实现自适应调整采样间隔，在A／D转换中采用跟踪频率变化的变步长对输入信号进行采样，以使本系统具有较好的测量精度。此外，还采用常用的过零比较器进行测频，把正弦信号转换成方波信号，完成测量频率的功能，如图5所示。

4.4 通信单元

考虑到计算机接口的合理利用问题，采用最常用的RS 232通信接口来完成与计算机的之间的数据的传输，从而可以实现对计算机接口的合理分配与利用，达到更好的使用效果。

RS 232作为一种通信标准，已经在微机串行通信接口中广泛应用。传输距离小于15 m，远距离通信时一般要加调制解调器Modem；近距离通信时不采用调制解调器Modem，双方可以直接连接。由于本实验装置与上位机可以直接相连，只需要3根信号线(发送线TXD、接收线RXD、信号地线SG)便可以实现全双工异步串行通信。然后采用MAX232来完成RS 232与TTL电平的转换，如图6所示。

另外还有键盘与显示单元、时钟单元和抗干扰单元等，由于篇幅所限，不再赘述。

5 软件实现

本系统中采用AT89C55WD的8位单片机为CPU，采用KeilC51结构化编程语言编程，采用模块化设计，使系统的软件结构清晰，易于理解，便于调试、连接、修改和移植。

单片机应用系统的软件设计和一般的程序设计不同，既有各种计算程序设计，还要结合具体的硬件电路进行各种输入输出程序没计。软件设计必须在硬件、软件功能划分基础上进行。本系统软件由主程序和人机接口、数据采集、计算、故障处理、记录和通信等几个子程序组成。数据采集单元将采集的数据通过12点快速傅里叶变换，计算出电压、电流值，冉进一步求出有功功率、无功功率、功率因数等，所得参数可显示并上传给上位机，完成系统数据测量、人机接口及通讯等辅助控制功能。系统主程序流程图如图7所示。

6 结 语

运行表明，该实验系统，可模拟各种运行方式下的故障现象，省去了传统测试方法中所需的移相器、调压器等多台用于调整电压、电流的较为笨重的一次设备，避免了由此引起的易接错线、功能单一等不足，可大大提高实验测试水平。由于装置硬件通用性强，可通过在同一硬件平台上下载多种不同的保护程序运行，来完成多种不同类型的保护功能实验，突破了传统的一套保护装置只实现一种保护功能的局限，使学生在实验室就可以仿真现场的故障现象，且价格低廉，有效地解决了电力系统继电保护生产一线与教学之间的衔接问题，具有较大的推广前景。