電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理課程設(shè)計(jì)--低頻減載裝置的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　[低頻減載裝置的設(shè)計(jì)]</p><p>　　2012年 11月 19日</p><p>　學(xué) 號(hào)：</p><p>　姓 名：</p

2、><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　引　　言1</b></p><p>　　第1章 課題設(shè)計(jì)概述2</p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義2</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　

3、　第2章 低頻減載硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　理論分析及具體設(shè)計(jì)過(guò)程4</p><p>　　第3章 低頻減載裝置軟件設(shè)計(jì)7</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)8</b></p><p>　　第1章 課題設(shè)計(jì)概述</p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義</p>

4、;<p>　　《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》將電力系統(tǒng)的擾動(dòng)分為三類：第一類為常見(jiàn)的普通故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時(shí)能保持穩(wěn)定運(yùn)行與正常供電；第二類故障為出現(xiàn)概率較低的較嚴(yán)重的故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時(shí)能保證穩(wěn)定運(yùn)行，但允許損失部分負(fù)荷；第三類故障為罕見(jiàn)的嚴(yán)重復(fù)雜故障，電力系統(tǒng)在承受此類故障時(shí)，如不能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，則必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負(fù)荷損失。</p><p>　　針對(duì)上述三種情況所采取

5、的措施，即所謂保證安全穩(wěn)定的三道防線。其中第三道防線就是要保證電力系統(tǒng)在嚴(yán)重復(fù)雜的故障下，防止事故擴(kuò)大，防止導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的大范圍停電，以免造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。這也是設(shè)置第三道防線的意義。</p><p>　　系統(tǒng)的擾動(dòng)往往造成發(fā)電、用電功率的不平衡。調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率不平衡主要有兩種措施：增加功率輸入或裁切負(fù)荷”1。如果事故發(fā)生出現(xiàn)功率缺額時(shí)，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量將積極、盡可能快的阻止系統(tǒng)崩潰，這一方案稱為低頻調(diào)速控

6、制。低頻調(diào)速控制必須在系統(tǒng)頻率剛開(kāi)始下降時(shí)動(dòng)作，并且是一種獨(dú)立于能量管理系統(tǒng)(EMs)地區(qū)性的控制。但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故，旋轉(zhuǎn)備用容量不足以彌補(bǔ)系統(tǒng)功率缺額時(shí)，就應(yīng)該有選擇地切掉一部分負(fù)荷，從而阻止頻率下降，這一方案稱為低頻減載控制。由于現(xiàn)代電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，系統(tǒng)的備用容量偏低，低頻減載成為嚴(yán)守第三道防線，維持整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止系統(tǒng)崩潰的主要手段。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p&g

7、t;<p>　　目前國(guó)內(nèi)外較多選用的是常規(guī)的反映頻率絕對(duì)值原理的低頻減載裝置。為防止誤動(dòng)，傳統(tǒng)的采用動(dòng)作后帶延時(shí)防止誤動(dòng)，而延時(shí)措施在電網(wǎng)有功功率缺額引起頻率下降時(shí)，必然出現(xiàn)消極等待頻率下降到動(dòng)作值以下，再經(jīng)過(guò)一段延時(shí)才能減載。當(dāng)延時(shí)到達(dá)時(shí)，電網(wǎng)實(shí)際頻率已下降到動(dòng)作頻率值以下，下降的深度視頻率變化率的大小而定。頻率不斷下降的后果，可能突破電網(wǎng)的最后一道防線，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率崩潰，引起全網(wǎng)瓦解性大停電事故。電網(wǎng)有功功率缺額愈大，

8、頻率下降速度愈快，頻率下降愈深，嚴(yán)重影響抑制電網(wǎng)頻率下降的實(shí)際效果，最后導(dǎo)致頻率崩潰，造成大面積停電事故。國(guó)外如1977年美國(guó)紐約大停電事故，造成直接經(jīng)濟(jì)損失3.5億美元。國(guó)內(nèi)也曾出現(xiàn)多次因低頻減載裝置配置和運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，發(fā)生大停電事故。如貴州電網(wǎng)“86”事故及廣州電網(wǎng)“92?！笔鹿?，其直接經(jīng)濟(jì)損失均達(dá)數(shù)百萬(wàn)元以上。以上事故教訓(xùn)告訴人們，要求現(xiàn)代電網(wǎng)中采用新型低頻快速減載裝置來(lái)避免頻率崩潰事故的發(fā)生已勢(shì)在必行。</p>&

9、lt;p>　　防止電力系統(tǒng)頻率崩潰事故有效的措施就是采用低頻自動(dòng)減載和解列裝置，在系統(tǒng)頻率下降時(shí)及時(shí)切除足夠數(shù)量較次要的負(fù)荷，或在合適的點(diǎn)上將系統(tǒng)解列，以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并保證重要負(fù)荷供電。國(guó)內(nèi)外幾乎所有的電網(wǎng)都采取了低頻減載措施，做為安全運(yùn)行的最后一道防線。前蘇聯(lián)早在20世紀(jì)40年代就采取了低頻減載措施。我國(guó)在50年代即開(kāi)始在電力系統(tǒng)中使用低頻減載裝置?？紤]低頻減載方案時(shí)，應(yīng)從以下幾點(diǎn)出發(fā):：</p>&l

10、t;p>　　1．在各種運(yùn)行方式和功率缺額下有效地防止系統(tǒng)頻率下降至系統(tǒng)安全運(yùn)行的最低頻率值，即頻率危險(xiǎn)點(diǎn)；</p><p>　　2．使系統(tǒng)盡快恢復(fù)至49.5～50Hz之間或低頻減載裝置首輪動(dòng)作值和50Hz之間，無(wú)超調(diào)和懸?，F(xiàn)象；</p><p>　　3．在保證恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和不越過(guò)系統(tǒng)安全運(yùn)行頻率點(diǎn)的前提下切除的負(fù)荷盡可能少；</p><p>　　4．聯(lián)絡(luò)線傳

11、輸功率不過(guò)載，結(jié)點(diǎn)電壓不越限；</p><p>　　5．應(yīng)能保證解列后的各孤立子系統(tǒng)也不發(fā)生頻率崩潰。</p><p>　　針對(duì)以上要求，低頻減載方案的整定成為研究重點(diǎn)，其中切負(fù)荷量和切負(fù)荷點(diǎn)以及動(dòng)作時(shí)間的選擇是衡量減載方案的關(guān)鍵?；诮?0年以來(lái)減負(fù)荷的研究可將低頻減載方案大致分為以下幾類：傳統(tǒng)法、半適應(yīng)法、自適應(yīng)法以及計(jì)算輔助算法。</p><p>　　第2章

12、 低頻減載裝置硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2. 理論分析及具體設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　　2．1硬件系統(tǒng)總體概述</p><p><b>　　圖1硬件總體框圖</b></p><p>　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)系統(tǒng)十分復(fù)雜，各種事故的發(fā)展變化難以事先預(yù)見(jiàn)。在這種情況下，如果低頻減負(fù)荷的輪數(shù)不多，往往難以取得很好的效果。因此增加

13、動(dòng)作輪數(shù)和縮小各輪之間的級(jí)差成為電力系統(tǒng)運(yùn)行部門的現(xiàn)實(shí)要求，這對(duì)低頻減載裝置提出了一個(gè)更高的要求。同時(shí)，由于使用了軟件測(cè)頻算法和40點(diǎn)采樣，使得系統(tǒng)對(duì)計(jì)算能力的要求很高。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)具有全新的哈佛總線結(jié)構(gòu)、專門的硬件乘法器以及廣泛采用流水線操作等特點(diǎn)，為研發(fā)高精度、誤差小的數(shù)字式低頻減載裝置提供了可能。本文針對(duì)電力系統(tǒng)頻率特性，采用TI公司的TMS320C32來(lái)進(jìn)行計(jì)算。<

14、/p><p>　　裝置由采樣計(jì)算模塊、邏輯處理模塊和監(jiān)控模塊組成，如圖5．1所示。其中采樣計(jì)算模塊和邏輯處理模塊在同一塊主板上，監(jiān)控模塊在MMI板上。</p><p>　　采樣計(jì)算模塊負(fù)責(zé)交流數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，并把數(shù)據(jù)通過(guò)雙端口RAM傳遞給邏輯處理模塊；邏輯處理模塊主要負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)量輸入(簡(jiǎn)稱開(kāi)入)、與采樣計(jì)算模塊和監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)交換、少量的計(jì)算、控制的邏輯判斷、開(kāi)關(guān)量輸出(簡(jiǎn)稱開(kāi)出)等功能。監(jiān)控模

15、塊主要負(fù)責(zé)人機(jī)界面的處理、外部通信等功能。這種結(jié)構(gòu)，利用DSP計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，把交流數(shù)據(jù)采集和大量的計(jì)算這項(xiàng)繁重的任務(wù)交給DSP完成，而邏輯處理模塊的MCU則集中精力完成邏輯判斷任務(wù)，也避免了單CPU系統(tǒng)時(shí)采樣與通信的沖突。將人機(jī)界面和外部通信功能由監(jiān)控模塊完成，邏輯處理模塊MCU僅僅負(fù)責(zé)與其的數(shù)據(jù)交換，減輕了MCU的負(fù)擔(dān)，同時(shí)人機(jī)界面和外部通信可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜和豐富的功能。這種結(jié)構(gòu)下監(jiān)控模塊具有很高的獨(dú)立性，便于采用統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)軟

16、件，具有良好的擴(kuò)展性和靈活性。</p><p><b>　　2．2采樣計(jì)算模塊</b></p><p><b>　　(1)采樣單元</b></p><p>　　采樣單元由三部分組成：模擬量輸入變換部分、模擬低通濾波部分、AD變換部分。模擬量交流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)PT變換為二次信號(hào)。交流通道具有二階低通濾波和電壓跟隨電路，二階低通

17、濾波的截止頻率為397Hz，能采到工頻的7次諧波，并能很好地和負(fù)載隔離。A／D轉(zhuǎn)換器使用AD7656。AD7656是高集成度、6通道、16bit逐次逼近(SAR)型ADC，它采用具有ADI專利技術(shù)的iCMOS(I業(yè)CMOS)I藝。與使用傳統(tǒng)CMOS工藝的模擬IC不同，iCMOS器件能承受高電源電壓，同時(shí)提高性能、顯著降低功耗和縮小封裝尺寸，所以非常適合在繼電保護(hù)、電機(jī)控制等工業(yè)領(lǐng)域使用。</p><p>　　交流

18、采樣頻率為2kHz，相當(dāng)于每周波采樣40點(diǎn)。由于本文的算法是基于定間隔采樣的，因此采樣轉(zhuǎn)換信號(hào)由外部的可編程器件EPLD自動(dòng)產(chǎn)生而無(wú)需DSP干預(yù)，AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果以中斷方式通知DSP。AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果由硬件將符號(hào)位擴(kuò)展至32位，不需要DSP參與。</p><p>　　圖2模擬低通濾波原理圖</p><p>　　(2)DSP處理單元</p><p>　　采樣計(jì)算DSP是本

19、裝置的核心，主要完成模擬量的采集和各種算法。DSP采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C32，該產(chǎn)品是一種非常通用的32位浮點(diǎn)處理器，工作于30MIPS／60MFLoPS，占用的電路板面積小，性價(jià)比高，而且以浮點(diǎn)處理，算法編程也比較容易。這些特點(diǎn)使它很適用于高分辨率、高采集率以及高速計(jì)算的場(chǎng)合。它具有4個(gè)外部中斷，2個(gè)256×32bit片內(nèi)雙存儲(chǔ)RAM，64×32指令Cache，2個(gè)32位定時(shí)器，2個(gè)DMA控制器，1個(gè)同步

20、串行口，采用MPSD接口。DSP外圍配置有256k×32bit SRAM、256k×32bit 45ns的極高速FLASH．ROM、8k×16bit雙端口RAM。 </p><p>　　(3)雙口RAM單元</p><p>　　雙口RAM的作用是將DSP計(jì)算和采樣的數(shù)據(jù)送入MCU。雙端口RAM(DRAM)選用CY7C025，8k×16bit。MCU和

21、DSP可以各自獨(dú)立地對(duì)其進(jìn)行讀寫操作，就像操作各自的SRAM一樣。CY7C025具有中斷信號(hào)，左右兩端的系統(tǒng)可以以中斷的方式進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。</p><p><b>　　2.3邏輯處理模塊</b></p><p><b>　　(1)MCU單元</b></p><p>　　MCU采用MOTOROLA／Freescale的

22、32位工業(yè)級(jí)芯片MC68332，具有很高的抗干擾能力及工作可靠性，內(nèi)核采用CPU32且具有強(qiáng)大的外圍子系統(tǒng)，如定時(shí)處理單元(TPU)、對(duì)列串行模塊(QSM)、系統(tǒng)集成模塊(SlM)等。MCU外圍配置有兩片256k×16bitSRAM(帶后備電池)、256k×16bitFLASHROM，用來(lái)存放數(shù)據(jù)和貯存程序。保存定值、系數(shù)、報(bào)告使用小扇區(qū)FLASH—ROM，AT29C040A，它具有512k×8bit，每扇

23、區(qū)256bytes。它具有10ms的快速編程時(shí)間和l萬(wàn)次擦寫次數(shù)。</p><p>　　(2)開(kāi)入開(kāi)出單元。 </p><p>　　開(kāi)關(guān)量輸入由開(kāi)關(guān)量的輔助接點(diǎn)取得，經(jīng)過(guò)光電隔離和驅(qū)動(dòng)后，送入MCU。可輸入20路開(kāi)關(guān)量，分辨率小于lms。開(kāi)入回路中的RC一階濾波器防止開(kāi)入抖動(dòng)，TVS防止浪涌；R1保證開(kāi)入電壓低于14V時(shí)光耦不啟動(dòng)。</p><p>　　圖3開(kāi)關(guān)量輸

24、入原理圖</p><p>　　輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖存、光電隔離后，控制繼電器。用繼電器控制斷路器、信號(hào)等。開(kāi)出光耦采用TLPl27，其輸出為達(dá)林頓型，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)200mA以上。開(kāi)出邏輯由EPLD編碼完成，增強(qiáng)了可靠性，為避免開(kāi)出光耦擊穿后發(fā)生繼電器誤動(dòng)事故，開(kāi)出回路增加光耦擊穿檢測(cè)回路.</p><p><b>　　圖4開(kāi)出原理圖</b></p><

25、;p><b>　　(3)通信單元</b></p><p>　　邏輯處理模塊與監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)串行通信完成的。通信單元由高速鏈路控制器(HDLC)和編碼器組成。高速鏈路控制器(HDLC)采用PT7A8952J，其FIFO長(zhǎng)達(dá)128bytes；MANCHESTER編碼由EPM7128STCl00．15完成。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PT7A8952J將數(shù)據(jù)打包并傳送給EPM7128，EPM712

26、8進(jìn)行MANCHESTER編碼后再往外發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時(shí)順序相反。</p><p><b>　　(4)復(fù)位單元</b></p><p>　　復(fù)位單元不僅復(fù)位采樣計(jì)算功能模塊和邏輯處理模塊，而且在復(fù)位期間閉鎖所有開(kāi)出。MCU內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)／RST，復(fù)位源包括軟件看門狗復(fù)位、雙總線故障復(fù)位、時(shí)鐘丟失復(fù)位和RESET指令等，其中軟件看門狗可由系統(tǒng)保護(hù)控制寄存器設(shè)定，它能監(jiān)視

27、MCU的主程序死、中斷服務(wù)程序死；另外，MCU通過(guò)DRAM監(jiān)視DSP是否死機(jī)，如果死機(jī)則由MCU復(fù)位DSP。復(fù)位單元主要芯片是MAX791 ESA，它具有電源監(jiān)視、硬件看門狗定時(shí)和備用電源切換等功能，其中電源監(jiān)視可以同時(shí)復(fù)位采樣計(jì)算模塊和邏輯處理模塊。MAX791ESA的門檻電壓為4．65V，如果VCC電壓低于4．65V，MAX791的復(fù)位信號(hào)／RST有效，復(fù)位整個(gè)主板：上電時(shí)如果VCC達(dá)到4．65V，則復(fù)位信號(hào)／RST繼續(xù)保持200m

28、s的低電平，在這200ms之內(nèi)，使VCC能上升到比較穩(wěn)定的電壓水平。MAX791ESA集成了硬件看門狗，其定時(shí)周期設(shè)置為10ms，以滿足程序亂或CPU死機(jī)時(shí)閉鎖開(kāi)出。備用電池采用3．6V可充電鋰離子電池，給SRAM提供備用電源。正常工作時(shí)，MAX791ESA把電源接在VCC上；掉電時(shí)MAX791ESA把電源切換到備用電池。</p><p><b>　　2．4監(jiān)控模塊</b></p>

29、;<p>　　監(jiān)控模塊位于面板(MMI板)上，作用是提供人機(jī)接口并與外部進(jìn)行通信。</p><p><b>　　CPU單元</b></p><p>　　CPU采用MOTOROLA／Freescale的工業(yè)級(jí)芯片MC68EN360，具有很高的抗干擾能力及工作可靠性，內(nèi)核采用CPU32且具有強(qiáng)大的外圍子接口能力等，具有4個(gè)串行通信控制器SCC，2個(gè)串行管理控

30、制器SMC，1個(gè)串行外圍接口SPI。CPU外圍配置有帶后備電池的256k×16bitSRAM、2M×8bit程序FLASHROM、lM×8bit參數(shù)FLASHROM、4M×8bitDRAM。</p><p><b>　　(2)時(shí)鐘單元</b></p><p>　　裝置時(shí)鐘由實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RS5C348提供。RS5C348電源由電池

31、提供，裝置掉電后時(shí)鐘不會(huì)丟失。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RS5C348與AT89C4051單片機(jī)進(jìn)行通訊，AT89C4051接收GPS的IRIG—B格式對(duì)時(shí)信號(hào)并與CPU通訊進(jìn)行對(duì)時(shí)。</p><p><b>　　(3)人機(jī)接口單元</b></p><p>　　提供320×240圖形藍(lán)底白字液晶顯示器和薄膜鍵盤，并在面板上提供一個(gè)RS232維護(hù)口。</p>

32、<p><b>　　(4)通信單元</b></p><p>　　通過(guò)可編程邏輯EPM7128完成外部的串行通訊。</p><p>　　圖5監(jiān)控模塊原理框圖</p><p><b>　　2．5 EMC措施</b></p><p>　　(1)電磁兼容(EMC)的概念</p>&l

33、t;p>　　電磁兼容性：指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進(jìn)行工作的能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的：使電子設(shè)備既能抑制各種外來(lái)的干擾，使電子設(shè)備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時(shí)又能減少電子設(shè)備本身對(duì)其它電子設(shè)備的電磁干擾。電磁兼容的三要素：對(duì)系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾；對(duì)其它系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；對(duì)其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感。</p><p><b>　　(2)結(jié)構(gòu)上的措施</b></p&

34、gt;<p>　　裝置采用全封閉、防磁、防靜電的機(jī)箱；機(jī)箱的各連接部分充分考慮電氣連接的可靠性；保證機(jī)箱的各點(diǎn)和地處于同一電位；機(jī)箱的選材采用1mm厚、鍍鋅鋼板；定制端子，保證端子與機(jī)箱無(wú)細(xì)長(zhǎng)縫隙；面板采用屏蔽簧片，使面板與殼體可靠地連為一體；插件板強(qiáng)弱電前分開(kāi)。</p><p><b>　　(3)元器件的選型</b></p><p>　　全部選用工業(yè)級(jí)

35、芯片，主要芯片選用表面貼裝、小型封裝。</p><p><b>　　(4)布局</b></p><p>　　各插件板的分板按功能、信號(hào)的強(qiáng)弱分開(kāi)；各插件板的排列順序合理地考慮到信號(hào)傳輸距離短且板間干擾小；干擾大的電源板和容易受干擾的交流板加屏蔽殼且相互遠(yuǎn)離。</p><p><b>　　(5)印制板的設(shè)計(jì)</b></

36、p><p>　　印制板六層，VCC與GND各占用一層，信號(hào)線盡可能走中間層；各功能分塊布局，強(qiáng)弱分開(kāi)；對(duì)不同電壓等級(jí)進(jìn)行地層分割，模擬地與數(shù)字地分割且一點(diǎn)接地；合理的放置退耦電容；端子定義也按照功能、強(qiáng)弱分開(kāi)的原則；設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮自動(dòng)化生產(chǎn)和調(diào)試的工藝要求。</p><p>　　第3章 低頻減載裝置軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3．1軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)</p>

37、;<p>　　根據(jù)功能的不同，裝置軟件分為兩大部分：監(jiān)控軟件、控制軟件。監(jiān)控軟件完成通信、GUI、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和傳送等功能；控制軟件完成采樣計(jì)算、控制邏輯等功能。監(jiān)控軟件運(yùn)行在MMI板上，控制軟件運(yùn)行在CPU板上。監(jiān)控軟件和控制軟件運(yùn)行在不同的板件上，它們之間數(shù)據(jù)交換通過(guò)FDKBUS進(jìn)行。FDKBUS是一種485通信方式，十多年來(lái)在東方電子的RTU及保護(hù)產(chǎn)品廣泛使用?？紤]到監(jiān)控軟件所完成的功能具有相當(dāng)大的通用性，因此將監(jiān)控軟件

38、作為一個(gè)通用平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以大大縮短軟件設(shè)計(jì)的周期。</p><p><b>　　3．2監(jiān)控平臺(tái)軟件</b></p><p>　　監(jiān)控平臺(tái)軟件是一個(gè)基于OXF框架構(gòu)建的微機(jī)保護(hù)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件平臺(tái)。OXF即ObjectExective Framework，中文含義是對(duì)象執(zhí)行框架，是Ilogix公司提供的Rhapsody應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中內(nèi)置的一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)軟件

39、框架，它專為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，主要用來(lái)管理線程和狀態(tài)機(jī)的運(yùn)行，由一系列UML類組成，這些類相互協(xié)作，組成了一個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)整、跨實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)嵌入式軟件架構(gòu)。在OXF實(shí)時(shí)框架中包含了一套非常實(shí)用的針對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用的抽象，便于開(kāi)發(fā)人員繼承框架元素類以實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用。如圖5-6所示，處于軟件平臺(tái)最底層的是具體的操作系統(tǒng)，例如psos、VxWorks等，它直接管理系統(tǒng)資源。</p><p>　　圖6監(jiān)控軟件平臺(tái)體系結(jié)

40、構(gòu)圖</p><p>　　為了便于將整個(gè)軟件平臺(tái)移植到不同的操作系統(tǒng)上去，在具體的操作系統(tǒng)層之上定義了一個(gè)操作系統(tǒng)封裝層，將嵌入式操作系統(tǒng)的一些基本概念都抽象出來(lái)，如任務(wù)、消息隊(duì)列等。</p><p>　　OXF框架就是建立在操作系統(tǒng)封裝層之上的，其中，無(wú)論活動(dòng)類、響應(yīng)類還是事件類，都封裝了操作系統(tǒng)封裝層的內(nèi)容，實(shí)際上又可以稱之為平臺(tái)封裝層。在OXF框架之上，是提供給應(yīng)用層的API接口層，

41、這一層使用文件管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和OXF框架，甚至直接訪問(wèn)操作系統(tǒng)封裝層的內(nèi)容。應(yīng)用模塊例如打印、GUI、通訊規(guī)約等都屬于應(yīng)用層的內(nèi)容，通過(guò)直接調(diào)用API接口函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。內(nèi)存管理系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，但貫穿于具體操作系統(tǒng)以上的整個(gè)軟件平臺(tái)，無(wú)論是操作系統(tǒng)封裝層，還是文件管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、OXF和API接口，甚至應(yīng)用層都可以直接進(jìn)行內(nèi)存的分配。以上構(gòu)成了一個(gè)完整的監(jiān)控軟件平臺(tái)。</p><p>　　對(duì)于具體的裝

42、置編程人員，應(yīng)用層是開(kāi)放的，與平臺(tái)的接口是通過(guò)API接口進(jìn)行的，編程人員可以在API接口的基礎(chǔ)上編寫自己的應(yīng)用程序。API函數(shù)提供了監(jiān)控平臺(tái)的功能接口，除了初始化過(guò)程調(diào)用的部分函數(shù)外，所有功能函數(shù)都是可重入的。API提供了訪問(wèn)所有數(shù)據(jù)及其屬性的接口。這些接口包括：ID：指字符串ID，名稱ID、單位ID、描述ID均為字符串ID。通過(guò)字符串ID可取對(duì)應(yīng)的字符串。一般對(duì)象：主要用于描述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等常規(guī)對(duì)象，使用Get、Set完成常規(guī)操作；報(bào)告類

43、數(shù)據(jù)：主要指動(dòng)作報(bào)告等信息，除常規(guī)接口外，該類數(shù)據(jù)提供了一系列的瀏覽接口。事務(wù)：主要用于參數(shù)等對(duì)象，所有操作最為一個(gè)整體進(jìn)行提交或撤消操作，這樣可以保證數(shù)據(jù)的完整性和有效性。在使用事務(wù)對(duì)象時(shí)需要注意讀寫操作都需要包含在事務(wù)過(guò)程中。操作命令：指?jìng)鲃?dòng)等命令，使用Set操作完成相應(yīng)的操作，操作類型和對(duì)象有關(guān)。定義參考頭文件。</p><p><b>　　3．3控制軟件</b></p>

44、<p>　　控制軟件由兩部分組成：DSP軟件和MCU軟件。DSP軟件完成采樣計(jì)算并將數(shù)據(jù)送給MCU。MCU軟件完成控制邏輯和與監(jiān)控軟件的通信。兩者之間通過(guò)雙口RAM交換數(shù)據(jù)。</p><p>　　(1)DSP軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　DSP軟件功能單一，在程序結(jié)構(gòu)上是簡(jiǎn)單的“主循環(huán)+采樣中斷”的模式。它充分利用了DSP計(jì)算能力強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)計(jì)算，包括濾波、實(shí)部

45、計(jì)算、頻率計(jì)算等。DSP軟件采用“中斷+主程序”結(jié)構(gòu)，如圖7所示。</p><p>　　圖7.DSP軟件結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　(2)MCU軟件</b></p><p>　　MCU軟件功能比較復(fù)雜，采用“主循環(huán)+多級(jí)中斷"的模式，如圖8所示。</p><p>　　圖8MCU軟件結(jié)構(gòu)圖</p&g

46、t;<p>　　MCU軟件主程序包括硬件初始化、軟件初始化、全面自檢、主循環(huán)等。裝置復(fù)位或上電后對(duì)MCU及外圍芯片初始化、RAM清零等；硬件復(fù)位結(jié)束后，初始化各變量、參數(shù)和軟件模塊等。軟硬件初始化結(jié)束，進(jìn)行全面自檢。自檢項(xiàng)目分為兩部分：硬件和軟件。上電時(shí)進(jìn)行硬件和軟件自檢，復(fù)位操作時(shí)只進(jìn)行軟件自檢。自檢結(jié)束，對(duì)裝置進(jìn)行整組復(fù)歸，然后進(jìn)入主循環(huán)。主循環(huán)的主要功能是：根據(jù)采樣中斷采集的遙信瞬時(shí)數(shù)據(jù)處理遙信去抖和SOE、記錄事項(xiàng)

47、信息(復(fù)位、信號(hào)復(fù)歸等)、執(zhí)行監(jiān)控程序的指令(例如AD測(cè)試、傳動(dòng))、循環(huán)自檢、報(bào)告處理、錄波數(shù)據(jù)處理等對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高的功能。MCU軟件中斷分為采樣中斷、控制中斷和通信中斷。采樣中斷的級(jí)別最高，它的功能包括讀取DSP的計(jì)算和采樣數(shù)據(jù)、</p><p>　　遙信采集和RAM自檢等功能。采樣中斷由雙口RAM觸發(fā)，采樣頻率與DSP的相同。由于處理SOE和遙信去抖的工作量很大，因此在采樣中斷中只采集并存儲(chǔ)遙信的瞬時(shí)狀態(tài)，

48、存儲(chǔ)格式為“絕對(duì)時(shí)標(biāo)+遙信瞬時(shí)狀態(tài)”。控制中斷的級(jí)別低于采樣中斷高于通信中斷，它的功能包括：數(shù)據(jù)運(yùn)算、控制邏輯處理、出口、報(bào)告及錄波預(yù)處理、開(kāi)出擊穿自檢等?？刂浦袛嗖捎枚〞r(shí)中斷，程序的運(yùn)行時(shí)間一般控制在定時(shí)中斷時(shí)間的60．70％以內(nèi)，在運(yùn)算量特別大且所有功能全部啟動(dòng)的情況下，不超過(guò)80％?？刂浦袛嘀饕梢韵聨讉€(gè)模塊組成：數(shù)據(jù)運(yùn)算(包括頻率評(píng)估、滑差計(jì)算、負(fù)序和零序電壓計(jì)算、自適應(yīng)相量等)、控制邏輯處理(包括</p><

49、;p>　　各輪低頻減載、閉鎖、電量告警功能)、出口程序(跳閘矩陣處理、信號(hào)、告警等)、報(bào)告和錄波的預(yù)處理、開(kāi)出擊穿自檢等。引入控制中斷的概念會(huì)帶來(lái)很明顯的優(yōu)勢(shì)。由于控制功能以中斷的形式出現(xiàn)，可以作為一個(gè)任務(wù)移植到操作系統(tǒng)中去；所有的控制功能按照一個(gè)節(jié)拍進(jìn)行處理，便于分析問(wèn)題，程序結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單清晰。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　

50、　(1)杜彥巍，提高低頻減載動(dòng)作速度和減載準(zhǔn)確性的方法研究：[碩</p><p>　　士學(xué)位論文]，重慶；重慶大學(xué)，2006</p><p>　　(2)裴健，新型低頻減載方案的研究：[碩士學(xué)位論文]，濟(jì)南；山東</p><p><b>　　大學(xué)，2005</b></p><p>　　(3)T漪，自動(dòng)低頻減負(fù)荷的探討，中國(guó)

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