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1、第4章 微机继电保护的软件原理,4.1 微机保护主程序框图原理 微机保护装置接通电源（上电）或整组复归时，CPU响应复位中断，进入主程序入口 。 4.1.1 初始化 “初始化”是指保护装置在上电或整组复归时首先执行的程序，它主要是对微机系统及其可编程扩展芯片的工作方式初始化、各种标志设置、参数的设置、整定值加载等，以便在后面的程序中按预定方案工作。 初始化包括初始化（一）、初始化（二）及数据采集系统初始化三个部分。,初始化（一）： 主要是对微处理器CPU及其扩展芯片的初始化，及保护输出的开关量出口初始化，赋以正常初值，以保证出口继电器均不动作。 初始化（二）： 包括采样定时器的初始化、对RAM
2、区中所有运行时要使用的软件计数器及各种标志位清零等程序。 数据采集系统的初始化： 主要指采样值存放地址指针初始化，如果是VFC式采样方式，则还需对可编程计数器初始化。,4.1.2 全面自检的内容 在完成初始化（二）之后进入全面自检程序，全面自检包括对RAM、EPROM、开关量输入、输出等回路的自检。如果检查出存在错误，则驱动显示器显示故障信号（故障字符代码）和故障时间及故障类型说明。自检的方式将在第7章中详细说明。 4.1.3 开放中断与等待中断 初始化之后，进入运行之前应开始模数变换，并进行一系列采样计算。所以必须开放采样中断。进入运行之前应开放串行口中断，以保证接口CPU对保护CPU的正常
3、通信。 在开放中断后必须延时23个工频周期（4060ms），以确保采样数据的完整性和正确性。,4.1.4 自检循环 在开放了中断后，所有准备工作就绪了，主程序就进入相应的主循环程序。 主循环程序主要包括自检循环程序和故障处理程序。 自检循环程序：在保护装置正常运行且系统无故障时运行，主要包括查询检测报告，专用及通用自检等内容。 故障处理程序：如果检测到故障启动标志，则进入故障处理程序。故障处理程序中进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断与时序处理，告警与跳闸出口处理，及事件报告、故障报告的整理等。,4.2 采样中断服务程序与故障处理程序原理 采样中断服务程序框图如图4-2所示。采样中断服务程序主
4、要包括采样计算，TV、TA断线自检和保护起动元件三个部分。同时还可以根据不同的保护特点，增加一些检测被保护系统状态的程序。 4.2.1采样计算概述 保护的采样计算就是采用某种适当的算法分别计算各相电压、电流的有效值、相位、频率及阻抗等。还可以根据需要进一步计算出各序电压、电流及各序功率方向，并分别存入RAM指定的区域内，供后续的程序（如逻辑判断等）使用。,4.2.2 TV断线的自检 在保护判断起动之前，先检查电压互感器TV二次是否断线。在小接地电流系统中，可简单地按以下两个判据检查TV二次是否断线。 1、正序电压小于30V，而任一相电流大于0.1A。 2、负序电压大于8V。,4.2.3 TA断
5、线的自检 在TA二次回路断线或电流通道的中间环节接触不良时，有的保护（例如变压器差动保护）有可能误动作，因此对TA二次回路必须监视，在断线时闭锁保护并应报警。 对大接地电流系统可采用如下两个零序电流的判据： 1、变压器“”侧出现零序电流则判为该侧断线； 2、“Y”接线侧，比较三相电流量 、 、 ，与零序电流， 如出现差流则判断该侧TA断线。具体判据如下：,在中低压变压器保护中采用负序电流来判断TA断线的两个判据： 1、TA断线时产生的负序电流仅在断线一侧出现，而在故障时至少有两侧会出现负序电流。 2、以上判据当在变压器空载时出现故障的情况下，会因为仅有电源侧出现负序电流，将误判TA断线。因此要
6、求另加条件：降压变压器低压侧三相都有一定的负荷电流。 在TA断线期间，软件发出运行异常“TA断线”信号，并置TA断线标志位，而且根据整定的控制字决定是否退出运行。,4.2.4 起动元件原理 为了提高保护动作的可靠性，保护装置的出口均经起动元件闭锁，只有在保护起动元件起动后，保护装置出口闭锁才被解除。在微机保护装置里，起动元件是由软件来完成的。起动元件起动后，启动标志位“KST”置1。 不同型号的微机线路或元件保护的起动元件程序各有不同。 例如：在线路成套保护装置中常采用以相电流突变量起动方式为主，以零序电流为辅助起动方式的算法。,4.2.5 故障处理程序原理 故障处理程序包括保护软压板的投切检
7、查、各种保护的动作判据计算及定值比较、逻辑判断、跳闸处理和后加速以及事件报告等部分。,4.3 基于实时操作系统的继电保护软件设计思想 在以上第一、二节中所讲的是传统微机保护的软件设计结构，这种结构采用的是主循环加中断的线性结构，可称之为前后台系统。 这种程序机制的特点：简单直观，易于控制，但缺乏灵活性。 因此借鉴PC操作系统的进程管理和调度思想，建立一个基于实时操作系统（Real-Time Operation System，RTOS）的微机保护软件系统，统一安排微机保护装置所有与硬件和软件资源有关的管理、调配与控制相关的程序模块，将会大大提高提高软件的灵活性和可扩充性。,4.3.1 任务的划分
8、,任务般是指程序连同它操作的数据在处理器中动态运行的过程。 在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理，通信等都可以看成是独立完成的任务。 为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进行分类、分时管理。,按照任务执行的时间界限，可把任务划分三类,第一类任务有严格的时间起点和终点，有执行周期和任务周期。 执行周期完成任务所需要的时间。 任务周期两次执行同一任务的时间间隔。 第一类任务周期的最小公约数作为最小任务周期，它是任务调度的控制依据，所有这类任务的调用周期都是最小任务周期的整数倍
9、。 在微机继电保护的任务调度设计中，基本用采样任务周期为最小任务周期，也叫基本任务周期。,第二类任务没有严格的起始点，但有严格的终止点。 终止点可以是到达某个规定时刻或出现某种事件。包括开关量输出、故障录波、通信及各种随机事件的处理。这类仟务多用中断方式来触发任务的调度。 第三类任务是除上述两类任务以外其它所有任务。 这类任务称为通用任务，既没有严格的起始点，也没有严格的终止点。通常把实时性要求不高的任务归入这类，如人机对话，通用计算和数据处理都是典型的通用任务。,C/OS-系统中每个任务有休眠态、就绪态、运行态、挂起和中断态。 运行态是指任务获得 CPU 控制权，正在运行中 。 就绪态指任务
10、进入就绪状态，但其优先级比正在运行的 任务优先级低，暂时还不能运行。等待态是执行条件尚不满足，暂时不接受任务。 挂起态是指任务发生堵塞，正在等待某一事件的发生而唤醒 休眠态是指任务驻留在内存中，但不被内核所调度。 中断态是指发生中断，CPU 进入中断服务，原来正在运行的任务不能运行，进入了被中断状态。 每种任务必定处于五种状态中的种。,4.3.2 任务的调度、管理与协调 任务调度实质上就是任务切换。做为多任务系统的核心，任务调度拥有绝对的权威。 任务调度通常采用分级（或分层）的策略。 分级是同类任务按其重要性来安排优先级。 分层把上述三类任务按1，2，3类的优先次序排列。 在调度程序时，一方面
11、要保证优先级；另外还必须让较低的任务尽快得到响应。,4.3.3 任务的执行过程 微机保护装置的任务通常都以模拟量采样任务周期为基本任务周期。因为采样任务执行频率最高，实时性要求也高，所以安排为最高优先级任务。每个基本任务周期定时时间到，通过中断直接起动采样任务。采样任务结束后，设置下面需要执行的第一类任务的标志，并触发任务调度程序。 对开关量输出、故障录波等无固定起始时刻，且实时性要求很高的第二类任务，一般通过中断方式来起动任务调度，用内部调度模块管理。,4.4 基于实时操作系统的继电保护软件设计举例 本节以6-10kV线路微机保护装置为例，介绍采用实时操作系统的方法。 4.4.1 装置的功能
12、模块划分 1、定时采样模块 2、数据预处理模块 3、保护判断模块 4、开关量输入模块 5、开关量输出模块 6、测量和监视模块 7、人机交互模块 8、通讯模块 9、自检模块,4.4.2 任务划分 将装置任务模块分解为以下 3 类任务： 1、保证微机保护基本功能实现的任务。包括保护判断、数据预处理、驱动输出、故障录波、报警等。本类任务要求实时性、可靠性最高，因此是优先级最高的任务，又以保护判断优先级最高。 2、其他主要功能的任务。包括测量、通信、人机交互等。除了保护基本功能的硬实时任务之外，这些任务要求能够尽可能快的完成，但是比保护基本功能的性能要求低一些。 3、最后是自检任务。,4.4.3 优先级分配,图4-3基于实时多任务操作系统的程序设计整体框架,图4-4 基于C/OS-的微机线路保护装置的任务状态和任务切换示意图,
