基于雙CPU架構的備用電源投入裝置設計李瀚霖張峰

孫茂林

摘要：備用電源自動投入裝置可在工作電源發生故障時，迅速投入備用電源，對提高供電可靠性發揮著重要作用。本文基于雙CPU架構完成了備自投裝置的軟硬件設計，并綜合考慮相關干擾因素，作出針對性設計，有效提高了裝置的抗干擾能力。

關鍵詞：備自投；雙CPU；母線失壓；抗干擾

我國電力發展已進入“大機組”、“大電網”、“超高壓交、直流輸電”、“電網調度自動化”新階段，備自投裝置對保證供電連續性具有重要意義。[12]備自投裝置逐漸發展成為各項功能一體化、智能化的綜合數字化裝置。[36]單CPU結構備自投裝置在CPU或插件異常時穩定性較差，抗干擾能力較低。本文基于雙CPU架構完成了備自投裝置的軟硬件設計，作出抗干擾設計，有效提高了抗電磁干擾能力。

1 備自投裝置工作邏輯與切換方法

1.1 備自投裝置工作邏輯

監控母線電壓有無是備自投裝置啟動的核心判據，但必須確保母線無電源供電，才可以動作。為了防止誤投反送電，無論進線斷路器是否已經處于分閘狀態，裝置啟動后都應將該斷路器再次分閘。

1.2 備自投裝置切換方法

當前備用電源切換主要采用快速切換法和同期捕捉切換兩種方法。快速切換法在工作母線失壓后瞬間動作，成功率高，是投切方案的首選。同期捕捉切換通過監測母線殘壓的頻率與相角變化，在備用電源電壓與母線殘壓相量第一次相位重合時完成備用電源合閘。

2 備自投裝置硬件設計

電力系統運行時，備自投裝置面臨大量任務，為保證備自投裝置測量精度、相關功能實現以及動作的實時性，本裝置硬件設計采用DSP+AVR雙CPU結構。

2.1 硬件整體架構設計

DSP處理器選用TMS320F28335芯片實現對模擬信號的測量、處理以及數據存儲、交換等相關功能；AVR單片機選用Atmega 16完成LCD液晶顯示、鍵盤控制和通信等管理功能。通過雙口靜態存儲器實現數字信號處理器與單片機的數據交換。

2.2 系統數據處理流程

本裝置采集到的模擬量數據經互感器變換后輸入調理變換電路，對模擬信號進行設計跟隨、濾波和電壓抬升等處理，然后進行AD變換，DSP對轉換后的數字信號進行計算分析。計算出的各項指標通過雙口靜態隨機存儲器完成DSP和AVR之間的數據交換。AVR單片機通過LCD人機界面將結果顯示。

3 備自投裝置軟件系統設計

根據雙CPU硬件結構，本裝置軟件系統主要包括主CPU，DSP處理器軟件系統和從CPU，AVR單片機軟件系統。主CPU軟件系統包括：模擬信號采集、模擬信號計算處理、開關量輸入檢測、開關量輸出控制切換動作、數據存儲及相關頻率相角就算中斷程序。從CPU軟件系統包括：鍵盤控制、LCD液晶顯示、RS485通信等。此外，在主CPU和從CPU需要軟件程序對雙口RAM進行控制。

4 備自投裝置抗干擾設計

本裝置工作在惡劣的電磁環境中，大量變電站設備會對備自投裝置產生干擾。因此，本裝置在軟、硬件設計中作出了針對性設計。

4.1 硬件抗電磁干擾措施

在模塊的輸入端添加鐵氧體磁珠或磁環實現隔離。為了防止外部浪涌電流侵入，在電源模塊的輸入端加入壓敏電阻與放電管來防止過電壓。

4.2 軟件抗干擾措施

為防止程序發生錯誤進入死循環。本文應用看門狗技術可識別并使程序脫離死循環并復位。本文利用數據冗余技術對數據進行保護，將數據在不同地址上進行備份，調用數據時，首先與備份數據比對，若兩者一致則可正常使用；若兩者不同則調用備份數據，放棄原數據。

5 結語

本文設計了DSP+AVR單片機的雙CPU硬件架構，圍繞此架構設計了完整的外圍電路。同時根據硬件設計并參考相關標準，基于模塊化思想設計了軟件工作方案。備自投裝置在保證快速、準確動作的同時，具有良好的抗干擾能力。

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作者簡介：李瀚霖（1990），男，碩士，助理工程師，主要研究方向為電網運行管理和分布式電源保護與控制。