基本信息
- 项目名称：
- 一种基于FPGA的新型微机继电保护装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目设计的基于FPGA的微机继电保护将从根本上解决这些问题，设计出实用、可靠、技术含量高，特别适用于并联智能电网的产品。能够实现的保护功能：二段电流保护、三段电流电压方向保护、过流加速保护（前加速、后加速）三相多次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、过负荷保护、低电压保护等。
- 详细介绍：
- 变压器二次侧采集A、B、C三相的电压电流6路信号，分别输送到电压互感器和电流互感器，将大电压，大电流转换成100V，5A的小电压和小电流信号。再经过前端调理电路转换成0~+3V的信号（满足ADS8364输入要求）。A/D转换芯片将转换之后的数字信号输送给FPGA，FPGA通过对信号的处理做出是否为故障电路的判断，如果线路或者变压器、发电机发生故障，则发出一个跳闸信号，并报警。如果没有出现故障，则继续采集信号运行。另外FPGA还可以完成自检测，实时检查采集信号和发出指令的正确性。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：十二五规划提出的特高压发展对继电保护装置提出更高要求。 思路：变压器二次侧采集A、B、C三相的电压电流6路信号，分别输送到电压互感器和电流互感器，将大电压，大电流转换成100V，5A的小电压和小电流信号。再经过前端调理电路转换成0~+3V的信号（满足ADS8364输入要求）。A/D转换芯片将转换之后的数字信号输送给FPGA，FPGA通过对信号的处理做出是否为故障电路的判断，如果线路或者变压器、发电机发生故障，则发出一个跳闸信号，并报警。如果没有出现故障，则继续采集信号运行。另外FPGA还可以完成自检测，实时检查采集信号和发出指令的正确性。 创新点：处理器：基于FPGA；完成FPGA断电保护功能；A/D转换芯片：ADS8364 技术关键：（1）用硬件完成信号的采集； （2）ADS8364芯片的应用及工作； （3）FPGA处理器与外部电路的连接； （4）解决FPGA的断电保护和自检测问题； （5）在此平台上利用算法实现数据的采集和处理。定值误差：电流：<±2.5%；电压：<±2.5%；零序电流：0.02A—0.4A（含0.4A）范围内不超过±0.01In，0.4A—12A范围内不超过±2.5%。 主要指标：定值误差：电流：<±2.5%；电压：<±2.5%；零序电流：0.02A—0.4A（含0.4A）范围内不超过±0.01In，0.4A—12A范围内不超过±2.5%。
科学性、先进性
- 1、速度快：A/D转换后，输出的信号直接输送给FPGA处理器，节省等待的时间。FPGA是硬件实现算法，处理速度高。 2、成本降低：随着现场可编程逻辑门阵列FPGA容量和密度的不断提高，原有分立元件实现的系统可以在一片大容量的FPGA实现系统集成即SOPC，以降低产品的成本。 3、灵活性好：FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、再编程和重复操作。在PCB完成以后，电路有少量改动时，可利用FPGA在线修改能力随时修改设计。用FPGA编程时只须用通用EPROM、PROM编辑器。同一片FPGA，不同的编辑数据，可以产生不同电路功能。 4、适用于高频采样：采样频率极大影响数据准确度， FPGA处理速度快，执行效率高，能完成复杂的时序逻辑设计，对高频采样也能顺利完成计算。 5、稳定可靠性好：片内有大量逻辑门和触发器，多为查表结构，实现工艺多为SRAM，规模大，集成度高。FPGA芯片是小批量系统，抗干扰能力强。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 实物
作品可展示的形式
- 实物产品、模型、图纸、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点：1、基本性能得到明显加强，保护装置功能更趋于完善。检验维护方面较常规保护方便了许多，检验调试工作的劳动强度有所减轻。2、保护系统给外界提供了一个标准的用于扩展更多功能的微机接口。3、继电保护功能独立，完全不依赖通讯网。4、保护装置有硬件闭锁回路，只保护区内故障，装置启动后才允许开放跳闸回路，其它情况不误发跳闸命令。5、保护装置满足微机监控系统各项技术要求，有开放性，支持多种通讯协议，遵循国际公认的操作系统和通信接口标准、人机接口标准，能够实现内部的互操作性 经济效益：并联电网中，继电保护设备如果不能对故障做到快速准确切除，故障线路波及范围扩大，使周围线路电压降低甚至将为0，影响负荷正常工作，如果影响到石化、医院等重要的一级负荷可能会发生危及人身安全的事故；使工业生产中的关键设备遭到难以修复的损坏，以致生产秩序长期不能恢复正常，造成国民经济的重大损失；使市政生活的重要部门发生混乱等。而此装置能快速准确切除故障，尽可能减小故障波及范围，更好保证人民的生产生活。
同类课题研究水平概述
- 随着现代化程度的不断深入，人们对用电的依赖性迅速增加，有效地保证供电的可靠性已经不能仅仅从普通的意义上来解释，往往与国家的经济大计紧密联系在一起，因此电力系统安全的重要性已为众人所知，而继电保护是电力系统安全运行的保护神，其自身的发展至关重要。继电保护装置的发展随科技水平的不断提高及科技水平不断提高及科技成果的不断转化而不断发生新的变化，装置结构由零散变集中，体积由大变小，成本由高变低，维护由繁到简。 目前国内外的继电保护主要能够实现的保护功能：二段电流保护、三段电流电压方向保护、过流加速保护（前加速、后加速）三相多次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、过负荷保护、低电压保护等。通过现有产品功能以及对电力系统现场要求的分析，我们不难发现现有产品虽然具备了一些保护的基本功能，但是仍存在如下技术缺陷： 1、速度慢，A/D采样结束后DSP都需要等待一段时间才能读取数据，当采样通道增加时这种时间的积累更加明显，随着采样点数的增加，复杂算法的应用，在此过程中所浪费的时间显得更加珍贵； 2、成本高，DSP和微处理器之间加入双口RAM，增加了控制复杂程度和硬件的成本； 3、灵活性差，当电路有少许改动时DSP可能不能适应此改动而不能应用，逐渐不适合与当今日益发展的大型并联电网； 4、仅适用于系统较低的采样速率，超过几MHz的取样率时，一个DSP仅能完成对数据非常简单的运算； 5、稳定性、可靠性差。 拟设计的作品从根本上解决这些问题，实现满足电力系统在精度和速度上的需求，运用FPGA处理器能够提高处理数据的速度，FPGA比DSP快的一个重要原因是FPGA可以实现并行运算，而DSP由于硬件结果条件限制，主要还是依靠软件来提取指令执行，理解为还是串行执行的，运用FPGA处理器可以大大增加系统的灵活性，并且本产品从整体上讲其稳定性和可靠性也得到了很大的提高，设计出实用、可靠、功能完善、技术含量高的产品，真正将继电保护系统推向市场。
