MSP430在電力系統(tǒng)微機保護模塊中的應(yīng)用
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互感器與變換器分別包括電流和電壓。互感器的作用是采集母線上的電流和電壓，并將其轉(zhuǎn)換成單片機可接受的電流和電壓值。這里選擇CS-TA1型互感器，一般將二次側(cè)的電流值變?yōu)? A。另外，由于要求實現(xiàn)零序保護，將B相的電流互感器設(shè)定為零序互感器。電流變換器是將互感器的二次側(cè)電流再一次變換。MSP430F1611所接收的電壓最大值為3．3 V，但作為保護電路，要考慮到瞬時脈沖電流的最大值可能遠大于平均值，所以設(shè)計的電路可以使單片機承受正常電流20倍以上的沖擊。
電網(wǎng)上采集的電流電壓有高次諧波，不利于軟件求出電流平均值，因此要加入低通有源濾波器，見圖3。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/158017.htm
圖3中，Vo：Vi=1+R7／R6，可以選R6=400 Ω，R，=240 Ω。該有源濾波器的特征頻率叫ωn=1／(RC)。對于工頻為50 Hz的交流電，采樣頻率f=600 Hz。根據(jù)香農(nóng)采樣定理，取R8=4 kΩ，C1=1μF，可以達到濾波的功能。另外，濾波器的地與單片機的地是一致的。
由于MSP430F1611的容許電壓是3．3 V，而電網(wǎng)電流可能產(chǎn)生瞬時脈動而造成單片機的燒毀，因而要有一限壓電路。如圖4所示。
圖4中，因二極管的存在，輸入A／D轉(zhuǎn)換器的電壓被限制在3．3 V以下。同時兩個電阻產(chǎn)生分壓效果。當(dāng)電壓過高，會使二極管導(dǎo)通，輸入A／D轉(zhuǎn)換器的電壓會箝制在3．3 V。
1．3 CPU
MSP430系列單片機是由美國德州儀器設(shè)計開發(fā)的。這是一種具有超低功耗特性、功能強大的單片機。它具有處理能力強，運行速度快，功耗低等優(yōu)點。具體介紹參考文獻。
1．4 開關(guān)量輸入／輸出系統(tǒng)硬件組成
對微機保護裝置的開關(guān)量輸入／輸出，即接點狀態(tài)的輸入／輸出可以分為兩類：安裝在裝置面版上的接點；從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的接點。
保護模塊不僅要有保護裝置，還要與測量顯示模塊實現(xiàn)異步通信。要從測量顯示模塊得到設(shè)定值及從自身得到閘刀的開關(guān)狀態(tài)，必須要有開關(guān)量的輸入輸出。從其他模塊得到的開關(guān)量直接接在P3口上，而自身得到的開關(guān)量需要有開關(guān)量輸入電路。
1．4．1 開關(guān)量輸入電路
圖5中，開關(guān)量經(jīng)過光電隔離后與CPU相連。其中，當(dāng)輸人端為高電平時，輸出端為低電平。
1．4．2 開關(guān)量輸出電路
開關(guān)量輸出電路是跳閘合閘信號的通道，低電平有效，如圖6所示。
2 軟件部分
微機保護的軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、故障計算模塊、故障檢出模塊、數(shù)字濾波模塊及自檢模塊等組成。其核心部分是故障計算模塊和故障檢出模塊，這些模塊是根據(jù)所需保護的保護算法用高級語言編寫的。
2．1 主要技術(shù)指標(biāo)
2．1．1 電流速斷保護
電流速斷保護指當(dāng)電流超過一定值，閘刀立即斷開。這個一定值Idz1由用戶自行設(shè)定。用戶在顯示模塊中設(shè)定后，通過異步通信傳輸?shù)奖Ｗo模塊中。由于是計算機控制，所謂的立即斷開是指經(jīng)過連續(xù)數(shù)次采樣，每次采樣值都在設(shè)定值之上，CPU輸出跳閘信號。這里采用6次采樣后跳閘。
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