1、第4章 微機(jī)繼電保護(hù)的軟件原理,4.1 微機(jī)保護(hù)主程序框圖原理 微機(jī)保護(hù)裝置接通電源（上電）或整組復(fù)歸時(shí)，CPU響應(yīng)復(fù)位中斷，進(jìn)入主程序入口 。 4.1.1 初始化 “初始化”是指保護(hù)裝置在上電或整組復(fù)歸時(shí)首先執(zhí)行的程序，它主要是對微機(jī)系統(tǒng)及其可編程擴(kuò)展芯片的工作方式初始化、各種標(biāo)志設(shè)置、參數(shù)的設(shè)置、整定值加載等，以便在后面的程序中按預(yù)定方案工作。 初始化包括初始化（一）、初始化（二）及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)初始化三個(gè)部分。,初始化（一）： 主要是對微處理器CPU及其擴(kuò)展芯片的初始化，及保護(hù)輸出的開關(guān)量出口初始化，賦以正常初值，以保證出口繼電器均不動作。 初始化（二）： 包括采樣定時(shí)器的初始化、對RAM

2、區(qū)中所有運(yùn)行時(shí)要使用的軟件計(jì)數(shù)器及各種標(biāo)志位清零等程序。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化： 主要指采樣值存放地址指針初始化，如果是VFC式采樣方式，則還需對可編程計(jì)數(shù)器初始化。,4.1.2 全面自檢的內(nèi)容 在完成初始化（二）之后進(jìn)入全面自檢程序，全面自檢包括對RAM、EPROM、開關(guān)量輸入、輸出等回路的自檢。如果檢查出存在錯(cuò)誤，則驅(qū)動顯示器顯示故障信號（故障字符代碼）和故障時(shí)間及故障類型說明。自檢的方式將在第7章中詳細(xì)說明。 4.1.3 開放中斷與等待中斷 初始化之后，進(jìn)入運(yùn)行之前應(yīng)開始模數(shù)變換，并進(jìn)行一系列采樣計(jì)算。所以必須開放采樣中斷。進(jìn)入運(yùn)行之前應(yīng)開放串行口中斷，以保證接口CPU對保護(hù)CPU的正常

3、通信。 在開放中斷后必須延時(shí)23個(gè)工頻周期（4060ms），以確保采樣數(shù)據(jù)的完整性和正確性。,4.1.4 自檢循環(huán) 在開放了中斷后，所有準(zhǔn)備工作就緒了，主程序就進(jìn)入相應(yīng)的主循環(huán)程序。 主循環(huán)程序主要包括自檢循環(huán)程序和故障處理程序。 自檢循環(huán)程序：在保護(hù)裝置正常運(yùn)行且系統(tǒng)無故障時(shí)運(yùn)行，主要包括查詢檢測報(bào)告，專用及通用自檢等內(nèi)容。 故障處理程序：如果檢測到故障啟動標(biāo)志，則進(jìn)入故障處理程序。故障處理程序中進(jìn)行各種保護(hù)的算法計(jì)算，跳閘邏輯判斷與時(shí)序處理，告警與跳閘出口處理，及事件報(bào)告、故障報(bào)告的整理等。,4.2 采樣中斷服務(wù)程序與故障處理程序原理 采樣中斷服務(wù)程序框圖如圖4-2所示。采樣中斷服務(wù)程序主

4、要包括采樣計(jì)算，TV、TA斷線自檢和保護(hù)起動元件三個(gè)部分。同時(shí)還可以根據(jù)不同的保護(hù)特點(diǎn)，增加一些檢測被保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)的程序。 4.2.1采樣計(jì)算概述 保護(hù)的采樣計(jì)算就是采用某種適當(dāng)?shù)乃惴ǚ謩e計(jì)算各相電壓、電流的有效值、相位、頻率及阻抗等。還可以根據(jù)需要進(jìn)一步計(jì)算出各序電壓、電流及各序功率方向，并分別存入RAM指定的區(qū)域內(nèi)，供后續(xù)的程序（如邏輯判斷等）使用。,4.2.2 TV斷線的自檢 在保護(hù)判斷起動之前，先檢查電壓互感器TV二次是否斷線。在小接地電流系統(tǒng)中，可簡單地按以下兩個(gè)判據(jù)檢查TV二次是否斷線。 1、正序電壓小于30V，而任一相電流大于0.1A。 2、負(fù)序電壓大于8V。,4.2.3 TA斷

5、線的自檢 在TA二次回路斷線或電流通道的中間環(huán)節(jié)接觸不良時(shí)，有的保護(hù)（例如變壓器差動保護(hù)）有可能誤動作，因此對TA二次回路必須監(jiān)視，在斷線時(shí)閉鎖保護(hù)并應(yīng)報(bào)警。 對大接地電流系統(tǒng)可采用如下兩個(gè)零序電流的判據(jù)： 1、變壓器“”側(cè)出現(xiàn)零序電流則判為該側(cè)斷線； 2、“Y”接線側(cè)，比較三相電流量 、 、 ，與零序電流， 如出現(xiàn)差流則判斷該側(cè)TA斷線。具體判據(jù)如下：,在中低壓變壓器保護(hù)中采用負(fù)序電流來判斷TA斷線的兩個(gè)判據(jù)： 1、TA斷線時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序電流僅在斷線一側(cè)出現(xiàn)，而在故障時(shí)至少有兩側(cè)會出現(xiàn)負(fù)序電流。 2、以上判據(jù)當(dāng)在變壓器空載時(shí)出現(xiàn)故障的情況下，會因?yàn)閮H有電源側(cè)出現(xiàn)負(fù)序電流，將誤判TA斷線。因此要

6、求另加條件：降壓變壓器低壓側(cè)三相都有一定的負(fù)荷電流。 在TA斷線期間，軟件發(fā)出運(yùn)行異?！癟A斷線”信號，并置TA斷線標(biāo)志位，而且根據(jù)整定的控制字決定是否退出運(yùn)行。,4.2.4 起動元件原理 為了提高保護(hù)動作的可靠性，保護(hù)裝置的出口均經(jīng)起動元件閉鎖，只有在保護(hù)起動元件起動后，保護(hù)裝置出口閉鎖才被解除。在微機(jī)保護(hù)裝置里，起動元件是由軟件來完成的。起動元件起動后，啟動標(biāo)志位“KST”置1。 不同型號的微機(jī)線路或元件保護(hù)的起動元件程序各有不同。 例如：在線路成套保護(hù)裝置中常采用以相電流突變量起動方式為主，以零序電流為輔助起動方式的算法。,4.2.5 故障處理程序原理 故障處理程序包括保護(hù)軟壓板的投切檢

7、查、各種保護(hù)的動作判據(jù)計(jì)算及定值比較、邏輯判斷、跳閘處理和后加速以及事件報(bào)告等部分。,4.3 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的繼電保護(hù)軟件設(shè)計(jì)思想 在以上第一、二節(jié)中所講的是傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)采用的是主循環(huán)加中斷的線性結(jié)構(gòu)，可稱之為前后臺系統(tǒng)。 這種程序機(jī)制的特點(diǎn)：簡單直觀，易于控制，但缺乏靈活性。 因此借鑒PC操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理和調(diào)度思想，建立一個(gè)基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-Time Operation System，RTOS）的微機(jī)保護(hù)軟件系統(tǒng)，統(tǒng)一安排微機(jī)保護(hù)裝置所有與硬件和軟件資源有關(guān)的管理、調(diào)配與控制相關(guān)的程序模塊，將會大大提高提高軟件的靈活性和可擴(kuò)充性。,4.3.1 任務(wù)的劃分

8、,任務(wù)般是指程序連同它操作的數(shù)據(jù)在處理器中動態(tài)運(yùn)行的過程。 在微機(jī)繼電保護(hù)軟件中，每項(xiàng)任務(wù)都應(yīng)完成一項(xiàng)獨(dú)立的功能或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)的處理過程。如保護(hù)判斷、數(shù)據(jù)預(yù)處理、電壓、電流有效值計(jì)算、驅(qū)動輸出、故障錄波，液晶顯示，鍵盤管理，通信等都可以看成是獨(dú)立完成的任務(wù)。 為保證實(shí)時(shí)任務(wù)的并行性，必須對所有任務(wù)進(jìn)行分類、分時(shí)管理。,按照任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間界限，可把任務(wù)劃分三類,第一類任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)間起點(diǎn)和終點(diǎn)，有執(zhí)行周期和任務(wù)周期。 執(zhí)行周期完成任務(wù)所需要的時(shí)間。 任務(wù)周期兩次執(zhí)行同一任務(wù)的時(shí)間間隔。 第一類任務(wù)周期的最小公約數(shù)作為最小任務(wù)周期，它是任務(wù)調(diào)度的控制依據(jù)，所有這類任務(wù)的調(diào)用周期都是最小任務(wù)周期的整數(shù)倍

9、。 在微機(jī)繼電保護(hù)的任務(wù)調(diào)度設(shè)計(jì)中，基本用采樣任務(wù)周期為最小任務(wù)周期，也叫基本任務(wù)周期。,第二類任務(wù)沒有嚴(yán)格的起始點(diǎn)，但有嚴(yán)格的終止點(diǎn)。 終止點(diǎn)可以是到達(dá)某個(gè)規(guī)定時(shí)刻或出現(xiàn)某種事件。包括開關(guān)量輸出、故障錄波、通信及各種隨機(jī)事件的處理。這類仟務(wù)多用中斷方式來觸發(fā)任務(wù)的調(diào)度。 第三類任務(wù)是除上述兩類任務(wù)以外其它所有任務(wù)。 這類任務(wù)稱為通用任務(wù)，既沒有嚴(yán)格的起始點(diǎn)，也沒有嚴(yán)格的終止點(diǎn)。通常把實(shí)時(shí)性要求不高的任務(wù)歸入這類，如人機(jī)對話，通用計(jì)算和數(shù)據(jù)處理都是典型的通用任務(wù)。,C/OS-系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)有休眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、掛起和中斷態(tài)。 運(yùn)行態(tài)是指任務(wù)獲得 CPU 控制權(quán)，正在運(yùn)行中 。 就緒態(tài)指任務(wù)

10、進(jìn)入就緒狀態(tài)，但其優(yōu)先級比正在運(yùn)行的 任務(wù)優(yōu)先級低，暫時(shí)還不能運(yùn)行。等待態(tài)是執(zhí)行條件尚不滿足，暫時(shí)不接受任務(wù)。 掛起態(tài)是指任務(wù)發(fā)生堵塞，正在等待某一事件的發(fā)生而喚醒 休眠態(tài)是指任務(wù)駐留在內(nèi)存中，但不被內(nèi)核所調(diào)度。 中斷態(tài)是指發(fā)生中斷，CPU 進(jìn)入中斷服務(wù)，原來正在運(yùn)行的任務(wù)不能運(yùn)行，進(jìn)入了被中斷狀態(tài)。 每種任務(wù)必定處于五種狀態(tài)中的種。,4.3.2 任務(wù)的調(diào)度、管理與協(xié)調(diào) 任務(wù)調(diào)度實(shí)質(zhì)上就是任務(wù)切換。做為多任務(wù)系統(tǒng)的核心，任務(wù)調(diào)度擁有絕對的權(quán)威。 任務(wù)調(diào)度通常采用分級（或分層）的策略。 分級是同類任務(wù)按其重要性來安排優(yōu)先級。 分層把上述三類任務(wù)按1，2，3類的優(yōu)先次序排列。 在調(diào)度程序時(shí)，一方面

11、要保證優(yōu)先級；另外還必須讓較低的任務(wù)盡快得到響應(yīng)。,4.3.3 任務(wù)的執(zhí)行過程 微機(jī)保護(hù)裝置的任務(wù)通常都以模擬量采樣任務(wù)周期為基本任務(wù)周期。因?yàn)椴蓸尤蝿?wù)執(zhí)行頻率最高，實(shí)時(shí)性要求也高，所以安排為最高優(yōu)先級任務(wù)。每個(gè)基本任務(wù)周期定時(shí)時(shí)間到，通過中斷直接起動采樣任務(wù)。采樣任務(wù)結(jié)束后，設(shè)置下面需要執(zhí)行的第一類任務(wù)的標(biāo)志，并觸發(fā)任務(wù)調(diào)度程序。 對開關(guān)量輸出、故障錄波等無固定起始時(shí)刻，且實(shí)時(shí)性要求很高的第二類任務(wù)，一般通過中斷方式來起動任務(wù)調(diào)度，用內(nèi)部調(diào)度模塊管理。,4.4 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的繼電保護(hù)軟件設(shè)計(jì)舉例 本節(jié)以6-10kV線路微機(jī)保護(hù)裝置為例，介紹采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的方法。 4.4.1 裝置的功能模塊劃分 1、定時(shí)采樣模塊 2、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊 3、保護(hù)判斷模塊 4、開關(guān)量輸入模塊 5、開關(guān)量輸出模塊 6、測量和監(jiān)視模塊 7、人機(jī)交互模塊 8、通訊模塊 9、自檢模塊,4.4.2 任務(wù)劃分 將裝置任務(wù)模塊分解為以下 3 類任務(wù)： 1、保證微機(jī)保護(hù)基本功能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。包括保護(hù)判斷、數(shù)據(jù)預(yù)處理、驅(qū)動輸出、故障錄波、報(bào)警等。本類任務(wù)要求實(shí)時(shí)性、可靠性最高，因此是