微机保护系统，由微型计算机构成的继电保护设备，代表了电力系统继电保护技术的未来趋势。你了解微机保护装置的硬件系统具体由哪些部分组成吗？
数据采集环节涵盖了电流、电压等模拟量的输入转换、低通滤波回路的设置以及模数转换等步骤。
该部分涉及数据处理、逻辑判断和保护算法的核心数字组件，涵盖了中央处理器（CPU）、存储设备、实时时钟以及看门狗（WATCHDOG）等。
该设备具备开关量输入输出端口和人与机器交互的界面，包括键盘和液晶显示屏。
2. 微机继电保护装置硬件系统-功能上分6块
(1)数据采集系统(模拟量输入系统)：
其主要作用在于收集受保护设备电流电压互感器所输出的模拟信号kaiyun.ccm，随后对这些信号进行必要的预处理，最终将其转化为所需的数字形式。
②模拟量输入回路方式(据模数转换原理分)：
采用逐次逼近式的模数转换技术，该技术涵盖了电压回路构建、模拟低通滤波器（ALF）的运用、采样保持回路（S/H）的设置、多路转换开关（MPX）的接入以及模数转换回路（A/D）的实现等环节。
采用电压/频率转换（VFC）技术实现的模数转换方法涉及：电压生成环节、VFC环路设计以及计数器配置等步骤。
(2)数字处理系统(CPU主系统)：
①数字处理系统(CPU主系统)：
微机保护装置的核心是CPU，它依据数据采集系统收集的电力系统实时信息，遵循预设的算法进行故障检测，分析电力系统是否存在故障以及故障的类型和范围，进而决定是否进行跳闸或发出警报，实现自动化的故障处理。
微机保护的原理通过计算机程序得以实现，而CPU作为计算机系统的核心，扮演着自动运作的指挥中心角色。计算机程序的执行离不开CPU的支持，因此CPU的性能高低直接决定了系统的性能好坏。
②数字处理系统主要包括：
微机处理器CPU;
适用于8位、16位、32位等不同位宽的单片机、工业控制计算机以及数字信号处理器系统的数据总线。
存储器;
电擦除可编程只读存储器EEPROM：存放定值;
紫外线能够消除可编程只读存储器EPROM以及闪速存储器FLASH中的内容；这些存储器用于存放程序。
非易失性随机存储器NVRAM：存放故障报文、采样数据;
静态存储器SRAM：存储计算过程中的中间结果、各种报告。
(3)开关量输入/输出回路：
开关量输入输出回路通常由固态继电器、光电隔离器以及PHTOMOS继电器等设备构成，这些设备共同协作，确保了各种保护功能的出口跳闸、信号报警以及外部接点输入等任务的顺利完成，从而实现了与5V系统的接口对接。
柜内开关量通常依赖24伏特的电源供电，而柜间开关量所接收的输入信号则可能来源于220伏特或110伏特的电源。计算机系统的输入回路通过光隔离器件将信号转换为24伏特或5伏特，进而驱动继电器完成相应的操作。
(4)人机接口：
主要包括显示器、键盘、各类面板开关、实时时钟以及打印电路等设备。
②主要功能：
用于人机对话，如调试、定值调整及对机器工作状态的干预。
液晶显示器常被采用，搭配6键操作，人机交互面板具备以下功能：用户可自定义画面的大尺寸液晶显示屏；用户可自定义的报警信号指示灯LED；用户可自定义功能的F功能键；具备光隔离功能的串行接口；现场与远程选择按钮；现场操作按键。
通信接口涵盖了：维护端口、监控系统的接入接口、录波系统的连接接口等多种类型。
通常选用RS485总线、PROFIBUS网络、CAN网络、以太网以及双网光纤通信的方式进行连接。
微机保护系统需满足以下条件：响应迅速，能够实现点对点之间的平等通信，支持突发式的信息传输方式，其物理架构需采用星形、环形、总线形等设计，并且能够支持多主机同时工作。
(6)电源回路：
选用开关式稳压电源或直流直流转换模块，为数字系统供应5伏、24伏、正负15伏的电源。
+5V电源用于计算机系统主控电源。
±15V电源用于数据采集系统、通信系统。
+24V电源用于开关量输入、输出、继电器逻辑电源。
图1 微机继电保护功能
二、微机保护装置的几种典型结构
以下将要简要介绍微机保护装置的几种典型结构：
1. 单CPU微机保护装置的结构：
该定义涉及一套微机保护系统，该系统采用单一单片微机进行统一管理，无论是进行数据采集与处理，还是执行开关量采集、输出信号生成以及通信任务，均由该单片机负责控制和执行。
人机接口的协同工作模式通常涉及独立的CPU，以及模拟量输入回路、单片微机系统（包括CPU、EPROM、RAM、EEPROM等）和开关量输入输出等组件。这些部分通过总线（BUS）相互连接，CPU则通过总线进行信息数据的传输与控制。
(3)优点：结构简单。
不足之处在于其容错性能不强，若CPU或其任一插件出现异常，便可能对整个保护系统造成影响。加之后备保护与主保护共用同一CPU，主保护一旦无法正常运作，通常也会对后备保护产生不利影响。
2. 多CPU微机保护装置的结构：
该装置中包含多个CPU模块，这些模块根据功能进行配置，各自负责实现多种保护原理，包括多重主保护和备用保护，以及人机交互等功能。
模块化设计具有显著优势，其中一点是：单个模块的损坏不会干扰其他模块对保护的执行云开·全站体育app登录，这大大提升了保护系统的容错能力；同时，它还能有效避免因常规硬件故障而导致的整个保护系统被锁定的情况。
(3)多CPU的功能框图：
图2 多CPU的功能框图
说明：
该系统由四个硬件配置完全一致的CPU保护模块组成，它们各自负责高频保护、距离保护、零序电流保护以及综合重合闸等功能。此外，还配备了一块集成了CPU的接口模板（Monitor），用于执行对保护模块的巡检、人机交互以及与监控系统的通信联络等任务。
模拟量输入回路有交流输入、模/数变换1、模/数变换2。
单片微机系统中的保护功能模块主要涉及CPU开yun体育app官网网页登录入口，它由高频保护、距离保护、零序电流保护和综合重合闸保护等多个部分构成。
人机接口模块由带CPU的接口模板和打印机等构成。
开关量输入与输出通道涵盖了逻辑控制、断路保护、信号传输以及报警系统等电路，同时还包括了逆变电源模块。
每个CPU插件均能独立运作，彼此间的保护机制互不干扰，因此其可靠性得到了显著提升。
该系统实际运作采用主从式微机工控架构，其中人机交互界面作为主机，主要负责集中管理和与操作人员的对话交流；而单片机保护模块则由四个从机组成，各自独立执行不同的保护任务。这四种保护措施共同构成了对一条高压输电线路的全面防护，涵盖了线路中各类相间及接地故障的主保护与备用保护，同时还能实现综合重合闸的功能。
3. 采用DSP的CPU微机保护装置的结构：
数字信号处理器，简称DSP，是一种专门用于数字信号处理的集成电路。它融合了微电子学、数字信号处理技术和计算机技术的先进成果，成为了一种新型的综合性器件。
由于该技术能够将数字信息处理的相关理论及算法以实时方式予以实现，因此在计算机应用领域得到了广泛的运用。
(3)结构形式(哈佛结构)：
主要采用哈佛架构，将内存区域一分为二，一部分用于存放程序，另一部分则用于存储数据。
处理器核通过两组总线进行连接，这一设计使得它们能够被同时访问。这样的设计不仅将处理器与存储器之间的带宽提升了一倍，而且更为关键的是，它还能为处理器核同时提供数据和指令。
DSP的运行速度优化主要依赖硬件功能的支持，其每秒钟能够处理超过10百万条指令。
通过循环寻址技术，实现了无成本循环，显著提升了卷积、相关性计算、矩阵操作以及FIR等算法的执行效率。
(4)应用到微机保护中的理由：
DSP技术具备卓越的数据处理速度和定点与浮点运算能力，因此，若将其整合入微机保护的硬件设计之中，将显著增强微机保护对原始采样数据的预处理及计算效能，进而提升运算效率，使得实时测量与计算成为可能。在保护过程中，DSP能够在每个采样周期内执行所有相间及接地阻抗的计算任务，同时进行电压和电流测量值的计算，并对这些数据进行必要的滤波处理。
(5)硬件框图：
图3采用DSP的CPU微机保护装置的硬件结构框图
本设计采用单片机与DSP相结合的架构，将主保护与备用保护功能整合于同一CPU模块。DSP负责独立采集数据，执行全部的数字滤波、保护算法及输出逻辑处理；而CPU则负责装置的整体启动、人机交互界面、后台通信以及打印任务。该设备由众多插件单元构成，涵盖了直流单元DC、交流单元AC、低通滤波单元LFP、中央处理器单元CPU、通信单元COM、24伏特光电耦合单元OPT1、高压光电耦合单元PT2、信号单元SIG、断路器出口单元OUT1和OUT2，以及显示屏LCD。
AC交流变换插件适用于接入三相电流（包括IA、IB、IC）、零序电流I0、三相电压（如UA、UB、UC）以及线路抽取电压Ux。同时，通信插件负责与监控计算机建立连接，支持RS485、光纤以及以太网等多种接口。
4. 网络型CPU微机保护装置的结构：
(1)基本框图：
图4 网络型CPU微机保护装置结构的基本框图
说明：
仅存在三种与保护特性及逻辑操作相关的标准模块插件，分别是：处理中央处理单元的CPU插件、负责输入的开入(DI)插件以及负责输出的开出(DO)插件。
CPU插件包含了微机主系统和大部分的数据采集系统电路。
开入（DI）与开出（DO）插件的设计，使得CPU得以集成智能化I/O功能模块。
通信网络采用了CAN总线技术，借助CAN总线的高可靠性以及非破坏性总线仲裁等特性，确保了硬件电路与跳闸指令、开入信号的传输既可靠又迅速。
网络是连接的关键，因此每个模块只等同于网络的一个部分，可以随意添加部分，并且这些部分的功能可以分别得到提升。
要求：遵守相同的规约。
(2)优点：
模块之间的连接简单、方便;
可靠性高、抗干扰能力强;
扩展性好;
升级方便;
便于实现出口逻辑的灵活配置;
降低对微型机或微控制器并行口的数量的要求。
三、现代数字继电保护装置的基本特征
以下就是现代数字继电保护装置的基本特征：
采用32位CPU提高保护系统的性能;
采用14-16位模数转换器A/D提高数据采集系统的精度;
运用高级编程语言，致力于打造软件的标准化、模块化以及可编程特性，并尽可能选用实时任务操作系统。
采用液晶或场效应型平面显示器实现人机接口;
采用LAN及gps构成强大、可靠的通信网络。
微机保护系统硬件组成几个部分作用?
数据采集系统集成了电压生成、模拟信号滤波、采样与保持、多路选择以及模数转换等模块，其功能是将模拟信号输入量有效转化为所需的数字信号量。
微型机系统由微处理器、只读存储器、随机存储器以及定时器等组成，它负责对数据采集系统输入至随机存储器的原始数据进行分析处理，从而实现各种继电保护功能。
该系统由多个并行接口适配器、光电隔离元件以及带接点的中间继电器等构成，旨在实现包括保护出口跳闸、信号报警、外部接点输入和人与机器的交互等多种功能。这便是微机保护装置硬件系统的组成，希望它能在大家的学习旅程中起到辅助作用，并为我国微机技术的进步贡献一份力量。
