基于CAN总线的微机继电保护系统

基于CAN总线的微机继电保护系统
尹海彪;桂峰
【摘要】介绍了一种基于CAN总线的电力系统微机继电保护系统设计,设计了该
微机保护系统总体结构,分析了传统模拟式继电保护装置的不足,给出了系统的硬件
设计与软件设计流程。

系统串行通信采用CAN现场总线技术,提高了通信的快速性、可靠性。

%This paper introduces a power system microcomputer relaying protective system based on CAN bus. It illustrates briefly the total structure of the microcomputer protective system, and analyzes the shortage of the traditional analog relaying protection device. It also gives the system hardware and software design flow. The serial communication of this system adoptes CAN field bus, enhancing communication rapidity and reliability,
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2012(029)003
【总页数】2页(P50-51)
【关键词】继电保护;CAN总线;微机;电力系统
【作者】尹海彪;桂峰
【作者单位】武汉理工大学自动化学院,湖北武汉430070;武汉理工大学自动化学院,湖北武汉430070
【正文语种】中文
【中图分类】TM615;TM764
0 引言
电力系统继电保护装置是通过测量线路或电气设备的一些电气参量，判别电力系统的正常、不正常工作及故障运行状态，从而动作于断路器跳闸或发出警示信号［1］。

传统模拟式继电保护装置是通过硬件电路测量线路电气参数，与整定值比较来判断线路是否发生故障，可靠性与抗干扰能力差。

CAN总线是一种多主总线系统，采用短帧结构与CRC校验，对通信数据块进行编码，传输时间短，实时性好，可靠性高。

本文采用基于CAN现场总线的微机继电保护系统设计，使系统反应更快速可靠。

1 系统结构
实际电力系统是一个庞大而又复杂的网络，主要由发电机、输电线路、变压器等组成。

下面以一个简单的电力系统结构模型说明基于CAN现场总线的微机继电保护原理，如图1所示。

由继电保护工作原理，系统测量部分主要通过测量变换元件实现；逻辑部分主要通过通信线路传输获得电气参量，再进行一定的软件判断流程判断系统电路工作状态；执行部分主要通过DSP判断处理后发出是否动作的信号，由保护元件执行动作信
号相应的操作［2］，各部分之间的通信通过CAN现场总线来完成。

图1 微机继电保护系统组成图
基于CAN总线的微机继电保护系统由交流变换模块、保护测量模块、微机管理模块、开入开出模块等几大功能模块组成。

交流变换模块完成将电流信号和电压信号转成范围内的电压信号，作为采样值送入保护测量模块；保护测量模块完成信号的采样与计算；微机管理模块用作人机对话接口和通信接口；开入开出模块处理开关量开入开出信号，实时检测处理各开入开
出通道的状态［3］。

总体结构设计如图2所示。

2 系统硬件设计
根据系统原理与要求，系统硬件由模拟输入变换模块、保护CPU模块、总线模块、输入输出模块组成，各部分电路的设计如下。

图2 继电保护总体结构图
（1）模拟量输入与转换电路
系统测量的电气参量电压、电流信号都为模拟量，且电压电流值都比较大，取值范围也不在系统逻辑判断部分的额定电压电流值范围，另外这些电气参量的传输通信也不在传输的电气范围，需通过电压变换器与电流变换器变换。

（2）保护CPU模块
保护CPU是系统下位机，需要与测量部分、执行部分、通信部分配合工作，另外，保护CPU本身工作需要电源。

（3）总线模块
CAN通信接口电路由DSP与CAN控制器构成。

CAN总线通信控制模块选用
SJA1000芯片，DSP负责SJA1000的初始化，并通过控制SJA1000实现数据的
收发。

（4）输入输出模块
开关信号主要包括：断路器状态的闭合和断开，继电器的吸合和释放、外部闭锁信号和外部输入复位信号等［4］。

这些信号经过光电隔离后输入微机系统，其输入输出电路如图3所示。

图3 开关量输入输出电路
3 系统软件设计
系统的软件功能主要是对系统初始化、系统中判断故障以及判断不正常状态后进行中断处理流程等。

其中，系统测量部分一直处在测量监测状态，实时监测系统的电
气参量。

正常、不正常、故障三种工作状态通过信号处理与传输后，保护CPU再进行逻辑分析判断确定系统实际工作状态，进而发出相应执行跳闸、报警或不动作等指令［5］。

系统总体软件流程如图4所示。

图4 系统总体流程图
4 结论
基于CAN总线的微机继电保护系统是一种网络型的微机保护装置，采用CAN总线方式的通信网络，利用CAN总线的可靠性和非破坏性总线仲裁等技术，实时性好，可靠性高，能有效满足电力系统可靠性、选择性、速动性、灵敏性的要求，具有诸多优点，有广阔的应用前景。

【相关文献】
［1］孙国凯，翟利民，柴玉华.电力系统继电保护原理［M］.北京：中国水利水电出版社，2002. ［2］张保会，尹项根.电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社，1994.
［3］谢东，温阳东.基于CAN总线的电力线路微机保护系统［J］.自动化与仪表，2005，（03）：34－36.
［4］王洪涛，何方.基于CAN总线的网络化微机保护硬件平台的设计［J］.广东输电与变电技术，2009，（01）：60－63.
［5］高亮.电力系统微机继电保护［M］.北京：中国电力出版社，2007.。