基于双CPU架构的备用电源投入装置设计李瀚霖张峰

孙茂林

摘要：备用电源自动投入装置可在工作电源发生故障时，迅速投入备用电源，对提高供电可靠性发挥着重要作用。本文基于双CPU架构完成了备自投装置的软硬件设计，并综合考虑相关干扰因素，作出针对性设计，有效提高了装置的抗干扰能力。

关键词：备自投；双CPU；母线失压；抗干扰

我国电力发展已进入“大机组”、“大电网”、“超高压交、直流输电”、“电网调度自动化”新阶段，备自投装置对保证供电连续性具有重要意义。[12]备自投装置逐渐发展成为各项功能一体化、智能化的综合数字化装置。[36]单CPU结构备自投装置在CPU或插件异常时稳定性较差，抗干扰能力较低。本文基于双CPU架构完成了备自投装置的软硬件设计，作出抗干扰设计，有效提高了抗电磁干扰能力。

1 備自投装置工作逻辑与切换方法

1.1 备自投装置工作逻辑

监控母线电压有无是备自投装置启动的核心判据，但必须确保母线无电源供电，才可以动作。为了防止误投反送电，无论进线断路器是否已经处于分闸状态，装置启动后都应将该断路器再次分闸。

1.2 备自投装置切换方法

当前备用电源切换主要采用快速切换法和同期捕捉切换两种方法。快速切换法在工作母线失压后瞬间动作，成功率高，是投切方案的首选。同期捕捉切换通过监测母线残压的频率与相角变化，在备用电源电压与母线残压相量第一次相位重合时完成备用电源合闸。

2 备自投装置硬件设计

电力系统运行时，备自投装置面临大量任务，为保证备自投装置测量精度、相关功能实现以及动作的实时性，本装置硬件设计采用DSP+AVR双CPU结构。

2.1 硬件整体架构设计

DSP处理器选用TMS320F28335芯片实现对模拟信号的测量、处理以及数据存储、交换等相关功能；AVR单片机选用Atmega 16完成LCD液晶显示、键盘控制和通信等管理功能。通过双口静态存储器实现数字信号处理器与单片机的数据交换。

2.2 系统数据处理流程

本装置采集到的模拟量数据经互感器变换后输入调理变换电路，对模拟信号进行设计跟随、滤波和电压抬升等处理，然后进行AD变换，DSP对转换后的数字信号进行计算分析。计算出的各项指标通过双口静态随机存储器完成DSP和AVR之间的数据交换。AVR单片机通过LCD人机界面将结果显示。

3 备自投装置软件系统设计

根据双CPU硬件结构，本装置软件系统主要包括主CPU，DSP处理器软件系统和从CPU，AVR单片机软件系统。主CPU软件系统包括：模拟信号采集、模拟信号计算处理、开关量输入检测、开关量输出控制切换动作、数据存储及相关频率相角就算中断程序。从CPU软件系统包括：键盘控制、LCD液晶显示、RS485通信等。此外，在主CPU和从CPU需要软件程序对双口RAM进行控制。

4 备自投装置抗干扰设计

本装置工作在恶劣的电磁环境中，大量变电站设备会对备自投装置产生干扰。因此，本装置在软、硬件设计中作出了针对性设计。

4.1 硬件抗电磁干扰措施

在模块的输入端添加铁氧体磁珠或磁环实现隔离。为了防止外部浪涌电流侵入，在电源模块的输入端加入压敏电阻与放电管来防止过电压。

4.2 软件抗干扰措施

为防止程序发生错误进入死循环。本文应用看门狗技术可识别并使程序脱离死循环并复位。本文利用数据冗余技术对数据进行保护，将数据在不同地址上进行备份，调用数据时，首先与备份数据比对，若两者一致则可正常使用；若两者不同则调用备份数据，放弃原数据。

5 结语

本文设计了DSP+AVR单片机的双CPU硬件架构，围绕此架构设计了完整的外围电路。同时根据硬件设计并参考相关标准，基于模块化思想设计了软件工作方案。备自投装置在保证快速、准确动作的同时，具有良好的抗干扰能力。

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作者简介：李瀚霖（1990），男，硕士，助理工程师，主要研究方向为电网运行管理和分布式电源保护与控制。