基于DSP和ARM的便携继电保护测试仪设计.pdf

本文提出了一个设计基于数字信号处理器（DSP）和应用级微处理器（ARM）的便携式继电保护测试仪的方法。继电保护测试仪用于对电力系统中继电保护装置进行测试，其工作原理是在电力系统出现故障时，确保继电保护装置能快速、准确地执行预定功能，从而保障整个电力系统的安全运行。 文章首先指出了现有的继电保护测试仪存在的问题，包括体积大、重量重等，导致现场测试和调试难度大。为解决这些问题，提出了一种新型的便携式继电保护测试仪设计方案。 该设计方案的关键在于提高了输出信号的质量和频率分辨率，可以达到最高1000Hz的输出信号频率以及0.001Hz的频率分辨率，而不牺牲每周波的拟合点数。这需要精确的算法支持，使得测试仪能够对电力系统故障进行更细致和精确的模拟。 设计过程中，DSP用于计算波形拟合点和触发时序逻辑信号。为了将计算出的波形信号输出，采用了复杂可编程逻辑设备（CPLD）来触发数字模拟转换器（DAC）输出波形。波形信号经过功率放大和变压器运算放大器等环节处理之后，通过DSP采集到的反馈信号利用数字PID算法进行调整，确保输出信号能快速且稳定地达到预设值。 测试仪中的变压器模块被独立化设计，这样做可以显著提高装置的便携性。独立模块设计意味着变压器等部件可以与主测试设备分离，便于携带和现场安装使用。文章还提到了该设计的便携式继电保护测试仪在实际应用中的表现，其输出各项指标能够满足实际应用要求。 文中提及的关键技术点包括： 1. 数字模拟转换器（DAC）：DAC在转换数字信号为模拟信号方面发挥着关键作用，是输出波形的基础设备。 2. 变压器模块设计：独立设计的变压器模块能够大幅度提高测试仪的便携性，降低现场使用的困难度。 3. 数字PID算法：数字PID控制算法在反馈控制中用于调节输出信号，确保波形的准确性和稳定性。 文章作者夏东升是河海大学电力系统及其自动化专业在读硕士研究生，主要从事交流电源设计、电力设备状态监测与故障诊断方面的研究。该研究得到了国家自然科学基金的资助。 文章还提到了继电保护测试仪的其他特性，例如波形拟合、模拟谐波以及可靠性。波形拟合技术保证了输出波形的精确度，而模拟谐波技术则确保测试仪能够模拟不同的电力系统故障。可靠性则是任何测试设备设计的首要考虑，尤其是在电力系统这样的关键基础设施中。 文章的创新点在于将DSP和ARM技术结合起来，同时采用独立化的变压器模块设计，不仅提高了测试仪的性能和频率分辨率，也极大地提升了其便携性和现场使用的便捷性。这种设计方法为继电保护测试仪的发展方向提供了新的视角，有助于提升未来继电保护测试的效率和精确度。