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1、南京航空航天大学硕士学位论文基于DSP的线路微机保护装置及其算法的研究姓名：程锦申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：干敏梁20070201南京航空航天大学硕士学位论文 I摘 要 线路微机保护装置是一个具有继电保护功能的微机系统，是电力系统发展领域必不可少的保护设备。装置主要由数据采集单元、数据处理单元、开关量输入输出接口和通讯接口四大部分组成。 本文在查阅了国内外相关文献资料和研究分析了国内外微机保护技术的发展历史、发展现状及发展趋势的基础上，设计了一套基于 TMS320LF2407 DSP技术的微机保护装置。本文基于小波变换理论，针对输电线路中故障数据特征提取，进行了小波理论
2、在其中的应用研究，并在实验验证中取得较好的效果。主要工作内容包括下面几个方面： 论文首先论述了微机保护装置的研究意义。其次介绍了系统的总体设计方案，并对其中的数据采集、开关量输入输出、和通讯模块做了详细介绍，阐述了电路的设计方案，并对其中的串口通讯模块进行了调试。 然后，本文还研究了小波分析理论，探讨了小波分析应用于电力系统微机保护算法时易发生频域混叠现象的原因，以及混叠现象较易发生的频带，提出了可以有效减轻频域混叠现象的改进的 Morlet 小波分析方法；并利用 MATLAB仿真工具，对故障信号进行算法仿真，取得了比较好的效果，然后将代码移植到基于 TI 公司的 DSP 开发软件 CCS 平
3、台，实现了硬件仿真。本文最后对于今后的工作进行了总结和展望。 关键词：关键词：线路微机保护，DSP 技术，小波分析，Morlet 复小波，傅氏算法； 基于 DSP 的线路微机保护装置及其算法的研究 IIABSTRACT Transmission line microcomputer protection device is a kind of microcomputer system which provides relay protection to the transmission line,and its becoming essentially protective device in
4、 the power system development.Its been comprised of four part:data processing unit,data acquisition unit,digital quantity input/output interface , and the commurication interface. Having consulted the domestic and foreign literature materials, and also analyzed the history,the present situation , th
5、e development tendency of the domestic and foreign microcomputers relay protective technology, this paper put forwards a kind of microcomputer protection system based on DSP. Based on the wavelet analysis theory, this paper aims at fault data character extraction on transmission line, and dedicates
6、on application of wavelet analysis of this field, exellent result is aquired in the experiment. It mainly includes the following sevral aspects: Firstly, this paper discusses the researching purpose of microcomputer protection .It introduces the overall plan of this system and gives detail introduct
7、ions of data processing unit,data acquisition unit,digital quantity input/output interface and the commurication interface,then,it proposed a set of protection circuits design plan,and debugged its serial port communication model. Sencondly,this paper also researches the wavelet analysis theory ,inv
8、estigates frequency aliasing phenomenon,the reason why frequency aliasing phenomenon is easy to happen when wavelet is implied in the field of electrical power system microcomputer protective algorithm, and also the frequency bands where frequency aliasing phenomenon is easer to happen, then put for
9、wards the improved Morlet wavelet analysis method which can effectively alleviates frequency aliasing phenomenon,and transplants the code to the TIs CCS platform to test its validity. Finally,the algorithm is tested by MATLAB,the result is proved to be accurate. Keywords: Transmission line microcomp
10、uter protection, DSP technology, Wavelet Analysis, Morlet complex wavelet, Fourier algorithm; 南京航空航天大学硕士学位论文 V图表清单 图 2. 1 微机保护系统硬件示意框图.8 图 2. 2 四级流水线操作.9 图 2. 3 A/D 转换模块电路.13 图 2. 4 开关量输入电路.13 图 2. 5 传统开关量输出电路.14 图 2. 6 TMS320LF2407 与 MC33291 接口电路.15 图 2. 7 RS232 通讯接口电路 .16 图 2. 8 RS485 通讯接口电路 .17 图
11、 2. 9TMS320LF2407 与 CAN 驱动接口电路.18 图 2. 10 通讯界面.19 图 3. 1 短时傅里叶变换示意图.22 图 3. 2 时间-频率窗12(0)aa，( )t有伸展作用，表示用伸展了的( )t波形去观察整个( )f t；若01aa） ， 时间窗会自动变窄；而当检测低频信息时（即对于大的0a） ，时间窗会自动变宽。从而，使小波分析具有“数学显微镜”的美誉。此外： 时间宽度频率带宽 422=aa 即时间-频率窗的“面积”与时间和频率无关。 南京航空航天大学硕士学位论文 25图 3. 2 时间-频率窗12(0)aa，位移步长00b ，取0maa=,00mbnb a=
12、,从而把连续小波变成离散小波，即 ( )()/2 ,000mm m ntaa tnb=，,m nZ （3.9） 有了离散小波，类似地可以定义离散小波变换，它把函数( )f t映射到()22LZ中的一个数列。 称式（3.9）定义的函数族( ),m ntm nZ为离散小波。如果为允许小波， 且有足够的衰减， 则对于信号2( )( )f tL R， 其离散小波变换 （Discrete Wavelet Tramsform，简称DWT）定义为： ()( )( )( )()dtnbtatfattfDfmm nmnm002/ 0,=+ （3.10） 3.4 多分辨分析 在数字信号处理中，当信号的采样率满足N
13、yquist定理时，归一化频带必将限制在+之间，此时可以用理想低通和理想高通滤波器将它的（正频率部分）分解成频带在0 /2+的低频部分和频带在/2 +的高频部分，分别反映信号的逼近信息和细节信息。由于处理后两路正交且频率带宽均减半，因此其采样率可以减半而不至于引起信息的丢失。 基于 DSP 的线路微机保护装置及其算法的研究 26从信号处理的观点，小波是一个带通滤波器。这样，通过增加较高的倍频带，可以对信号增加细节或分辨率。Mallat和Meyer引进了多分辨分析26的概念，从而把小波基的构造与滤波器的设计等效起来。也就是说可以用多分辨分析的方法构造一组正交小波基。这种多分辨率的方法可以解释为信号的一种连续逼近过程。 多分辨分析就是要构造一组函数空间，每组空间的构成都有一个统一的形式，而所有空间的闭包则逼近)(2RL。在每个空间中，所有的函数都构成该空间的标准化正交基，而所有函数空间的闭包中的函数则构成)(2RL的标准化正交基，那么，如果对信号在这类空间上进行分解，就可以得到相互正交的时频特性。而且由于空间数目是无限可数的，可以很方便地分析所关心的信号的某些特性。 下面简要介绍一下多分
