基于继电保护装置相位控制的设计

　　工业社会的持续发展，离不开稳定可靠的电力供应。要保证电力的运行长久可靠，对设备的检测l调试就显得极其重要。继电保护装置中有很多是基于相位保护，如电流相位比较式母差保护。母差保护一旦误动或拒动，就会造成大面积停电、系统瓦解等等L议，严重地影响电力系统安全、可靠运行，给国民经济带来严重损失。产生这些事故的原因大多是母差保护相位错误所致，因此，设计一输出相位可控的信号来检测该类装置就显得尤为必要。该设计采用数字式的方式产生多相正弦信号，保证了输出相位的可控性，操作的简单性，完全实现了自动化测试功能。本设计采用TI公司的MSP430单片机，由于端口丰富，指令少，编程语言采用C语言编程(C430)，具有在线编程的功能，可以大大缩短开发周期，降低开发成本。相对于系统机而言，基于单片机的设备由于携带方便，性能可靠，且具有价格优势，更适合于基层的检测l调试。

　　1相值的描述正弦交流信号的函数解析式为y=Asin，由该解析式可以得知决定正弦交流信号的三要素z峰值A、角频率w、初相位e，对于单相信号而言，由于不存在相位差，初始相位显得并不重要(除瞬态响应外)，所以相位控制主要是针对多相信号而言，根据相与相之间的初始相位的不同，确定其相位差(同周期信号)。如A=310sin(lOOπt+45)，B=310sin(lOOπH20°)。

　　2单片机选型及MSP430FG4618的特点单片机选型应从以下几个方面入手:

　　单片机在市场上的流通性即是否容易采购，单片机系列产品的完整性是否利于后续产品的升级，其管脚能否兼容，RAM的空间容量，程序空间的大小，端口及中断的多少，是否支持高级语言编程，编程方式是否容易，有无硬件乘法器等。参数的选择需要根据项目的要求而定，在我们开发的这个项目中，选用的单片机是TI公司的MSP430FG4618，其特点有以下几点。

　　(1)低电源电压范围:1.8-3.6V，(2)从等待到唤醒时间:6s，(3)基本时钟模块配置z高速晶体(最高8MHz)、低速晶体(32768Hz)、DCO，(4)具有3/7个捕获/比较寄存.器的16位定时器Timer_A31TimecB7，(5)串行通信接口可用于异步与同步(软件选择USART/SPI模式)，(6)具有一个硬件乘法器、一路12位AID转换器ADCI2、两路12位DA转换器DACI2、3路DMA控制器。(7)多达10个8位I/O端口，2个具有中断功能:PI。(8)片内多达116KBFLASHROM和8KBRAM，(9)串行在线编程、安全熔丝的程序代码保护。

　　3系统设计与实现3.，硬件部分由单片机MSP430的PI、P4口输出正弦函数数值，经过D/A转换，输出正弦波形，滤波后经功率放大电路得到输出波形，驱动外国设备。D/A选用16位、有四路输出的7644。

　　由于D/A输出为阶梯波形，含有较高的高频成分，需要经过低通滤波才能得到需要的低频信号。考虑到滤波电路对相位影响较大，为了提高相位精度，在设计滤波电路时需要考虑元件参数(选择精密元件)对电路的影响。

　　3.2模型建立及算法分析由于单片机处理的是数字信号，而输出的具有可控相位的正弦波是一个连续变化的模拟量，所以必须对一个周期内的正弦波形进行描点(斩彼)处理。当然，一方面我们希望获得的是近似理想的真实模拟波形，就需要在一个周期内处理尽可能多的点，但另一方面，由于单片机处理的速度有限，点数如果选取过多，系统开销增大，会影响程序的运行。因而在该设计中，我们在一个周期内(一个周期360°)选择100点，即每隔3.6。计算一个正弦函数值，由单片机中断送出。

　　由于单片机处理正弦函数的计算会耗去较长时间，如果采用一边送数一边计算的方式，在速度响应上就会存在问题，即可能下一点数据还没计算出结果，单片机又开始中断送数，这样只能送出错误的数据。

　　因此该项目采用先计算好一个周期(100点)的正弦函数值，存放在FLASH中，在中断送数的过程中只负责取出数据即可，即采用查表方式。

　　根据设计对相位误差的要求，选定相位分辨率为0.1。故存储在正弦函数表里的正弦函数值其步进为0.1°，所以要存储一个周期360°内的正弦函数值，就需要存放N=36010.1=3600个点的数据(需要占用空间3600口字节)。考虑到受单片机空间的限制，再结合正弦函数的特点:当90°

　　180°sine=sin(180°-e)当180°<270°sine=-sin(日一180°)当270°<360。

　　sine=-sin(360)只要我们求出的函数值，通过上面的公式转化，周期内其它函数值也就相应确定。故本设计在正弦函数表里只存储了函数值，共占用1.8K字节。

　　由于数组只存储了的函数值，所以在求整个周期内的函数值时，需要判断该点所处象限，再进行查表计算。

　　结语通过单片机实现多相正弦信号的输出，笔耕文化传播，外接电压、电流功率放大模块，就可方便的实现电流之间、电压之间、电梳与电压相位的随意控制，可广泛应用于电力系统中的继电保护的测试。

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