wandering1
970e574433
- CubeMX 加 TIM6（PSC=83 / ARR=999 / ARR 预装载 / NVIC 抢占优先级 6） - Src/main.c 回调加 TIM6 分支触发 CONVST（USER CODE 区） - app_main.c 用 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6) 替换单次触发 - adc_task.c 退化为纯消费者（1 ms 轮询仅作消费节奏） - @build 0 错 0 警；台架 @test 验收待做 - 同步 ADC采样节拍设计说明 / 继电保护复现规划 / AGENTS / TPAFE README
597 lines
43 KiB
Markdown
597 lines
43 KiB
Markdown
# 继电保护功能复现规划
|
||
|
||
> **定位**：把参考系统（CLS100 DTU 保护测控装置）的**继电保护链路**在本项目（STM32F4-Base DTU 平台）上分层复现的**总规划**——给出要实现的功能、性能指标、定值参数、平台适配口径与分阶段路线图。
|
||
> **参考来源**：`D:\Code\DTU\参考资料\huaiyuan\huaiyuan\Scatter_P_HV03.01_SV01.01\项目分析文档\04-算法与采样专题\ADC采集至数据使用全流程详解`（同专题另有《项目详细分析-交流采样与有效值计算》《傅氏算法详解》《项目详细分析-阶段6-继电器保护单元分析》）。
|
||
> **阅读前提**：先读 `docs/算法/傅氏算法详解.md`（算法原理）与 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`（采样通道权威口径）。
|
||
> **相关文档**：`docs/产品需求/产品需求设计文档.md`、`docs/待处理内容.md`、`docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md`。
|
||
> **状态**：规划稿——保护链路本体尚未实现；其前置的 **ADC 采集链路（`adc_task`）已于 2026-10-10 实现并 `@test` 实机闭环**（B1：周期 CONVST + 原子快照消费 + 建任务 + 栈预算 + 台架 1000 Hz 确认）。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 1. 背景、目标与范围
|
||
|
||
### 1.1 参考系统（CLS100）保护实现概览
|
||
|
||
| 维度 | 参考实现 |
|
||
| --- | --- |
|
||
| 硬件平台 | TI OMAP-L138（ARM926EJ-S + C674x DSP **双核**），无 FPGA |
|
||
| 操作系统 | VxWorks |
|
||
| 核心分工 | **DSP 核**跑保护算法（1 ms 中断节拍），**ARM 核**跑管理 / 通信 / 人机 |
|
||
| 采样率 | 50 Hz 系统，每周波 **20 点** → 保护采样率 **1000 Hz**（`CN_SAM_HERTZ=50`、`CN_SAM_RATE=20`） |
|
||
| 内部总线节拍 | **4000 Hz**（80 点/周波，为保护采样率的 4 倍，`CN_WAVE_RATIO=4`），供录波/高频量使用 |
|
||
| 保护相量 | **全周傅氏**（全周 DFT），每次刷新 15 个基波相量 + 3 个二次谐波相量 + 1 个五次谐波相量，**每 1 ms 重算** |
|
||
| 遥测有效值 | 每 **200 ms** 对 k=1~9 次谐波做 DFT 再**方和根**（`CN_NUM_YCHUMWAVE=9`），得"真有效值"轨 |
|
||
| 保护元件 | **89 个模块**（`RelayUnit/PRS_*.c`），统一 `tagPRS_XXX` 接口（Init / Main / 执行函数） |
|
||
| 并发机制 | 采样**双缓冲**（2 周波 = 40 点）+ 相量**双区指针原子交换** + 遥测 **0x55/0xaa 计算/拷贝标志协议** |
|
||
| 调度 | **时间片表**（单点 / 2 点 / 4 点 / 8 点）按 `g_dwSchedulerCnt` 位掩码分发 |
|
||
| 定值 | EEPROM 存定值 + 折算系数（`wCoeEEP` / `wCoeCal` / `wCoeRet`），TLV 通道；遥测微调 TLV10（±10%，0.1% 步长） |
|
||
| 有效值口径 | 保护用**基波有效值**（`CN_ANA_VEC_SQRT=FALSE`），计量/遥测用**谐波方和根** |
|
||
|
||
> 数据全链路（采样 → 内部总线 → 缓冲 → 预处理 → 算法 → 存储 → 使用）见参考文档《ADC采集至数据使用全流程详解》§5~§7；傅氏原理与系数折算见 `docs/算法/傅氏算法详解.md`。
|
||
|
||
### 1.2 本项目现状
|
||
|
||
| 维度 | 现状 |
|
||
| --- | --- |
|
||
| 硬件平台 | STM32F407ZGTx（Cortex-M4F，168 MHz，**单核**，硬件 FPU） |
|
||
| 操作系统 | FreeRTOS V10.3.1（CMSIS-RTOS v2） |
|
||
| 已实现子系统 | 网络（CH395F）、存储（GD5F2GQ5UE SPI NAND + dhara FTL + FatFs）、时间（SD2506 RTC + `sys_clock`）、配置（cfg_file）、日志、UI（远端显示）、看门狗（IWDG）、FTP |
|
||
| 采样硬件 | TPAFE5160（16 位、8 通道**同步**、±5 V 双极性、并行 `GPIOG[15:0]`）+ STM32 内部 ADC1（12 位、9 通道**顺序**扫描、0~3.3 V 单极性） |
|
||
| 采样软件 | `Drivers/BSP/TPAFE5160/tpafe5160.h` 驱动就绪（原子快照 API）；`App/task/adc_task.c` **已实现真实消费者（B1，2026-10-10）**——`tpafe5160_snapshot()` 取数 + 帧统计；**采样节拍由 TIM6 更新中断（1 kHz）硬件触发**（2026-10-10）；STM32 侧仍无 `HAL_ADC_Start` |
|
||
| 保护算法层 | **完全缺失**（无傅氏、无保护元件、无出口、无定值模型） |
|
||
| 已知硬件缺陷 | **N-18**：8 路电气量分属两片转换器 → V0.1 上禁止跨转换器做相位/功率/矢量运算 |
|
||
|
||
### 1.3 复现范围界定
|
||
|
||
**本期做（保护链路最小可用集）**
|
||
|
||
1. 采样与预处理：周期采样触发、通道语义映射、标定、有效性校验、等周波调频、零序通道接入。
|
||
2. 相量计算：全周傅氏基波/谐波相量、线/负序/零序合成、双区交换、每 1 ms 刷新。
|
||
3. 保护元件：**V0.1 测量有效子集**——过压/欠压（`UA`）、零序过压（`UN`）、过流（A 相，`IA`）、过负荷（A 相）、过频/低频；三相完整过流、零序过流、涌流制动、PT/CT 断线等**建接口不使能**，待 V0.2（见 §1.6）。
|
||
4. 出口与记录：跳闸/告警出口、SOE/动作记录、定值模型与 cfg_file 集成、自检闭锁。
|
||
|
||
> ⚠️ **V0.1 硬件裁剪**（2026-10-10 定性）：本清单受 **N-18**（跨转换器无同一时刻性）与**"STM32 侧无中点偏置"**两条约束，实际可闭环的保护元件见 **§1.6**——V0.1 上只有 TPAFE 三路（`UA`/`UN`/`IA`）测量有效。
|
||
|
||
**本期不做（延后或依赖条件）**
|
||
|
||
- 方向元件 / 功率 / 功率因数 / 对称分量类运算——受 **N-18** 制约，V0.1 上取子板计量结果，或待 V0.2 硬件改版后实现。
|
||
- 三相完整过流、零序过流、依赖三相的 PT/CT 断线——需 V0.2 硬件（8 路电气量全上 TPAFE + 中点偏置）后启用。
|
||
- 重合闸、馈线自动化（FA）等 FTU 专有功能——视产品定义（B0）。
|
||
- 双核 / DSP 拆分、VxWorks 特有机制、IEC 61850、完整故障录波——与单核 FreeRTOS 平台不匹配。
|
||
- 参考系统 89 个模块的**全量**移植——按需裁剪，只复现本产品定义的元件集。
|
||
|
||
### 1.4 前置依赖与阻塞项
|
||
|
||
| 依赖 | 说明 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| **B0 产品定义** | 采集是否持续 / 采样率与通道 / 转发目标 / 保护元件清单——决定 B1 与保护层的**规模** | ✅ 已确认（2026-10-10，见 §1.5） |
|
||
| **B1 ADC 采集链路** | 周期 CONVST + `adc_task` 消费 `tpafe5160_snapshot()` + 建任务 + 栈预算 | ✅ 已实现并 `@test` 实机闭环（2026-10-10；`adcTask` 512 words，台架 1000 Hz） |
|
||
| **N-18 硬件缺陷** | V0.1 跨转换器无同一时刻性 → 限定 V0.1 可实现的保护范围 | ⚠️ 硬件改版项（V0.2） |
|
||
| **栈预算** | 保护任务栈需入 `Src/freertos.c` 并经 `scripts/stack_report.py` 核算 | 🔶 `adcTask` 已核算（静态 504 B / 余 75%；台架实测峰值 496/2048）；保护任务为后续 |
|
||
|
||
### 1.5 B0 产品定义（2026-10-10 确认）
|
||
|
||
> **来源**：两份合并——①《检测平台配电终端送检要求（点表）》（省电科院送检要求，**验收口径**）；② 参考项目 `APP/EquipCfg/Const_CommPara.c`（**DTU410 / F30(Z)** 的 IEC 104 信息体地址点表，**实现细节**）。
|
||
> **口径**：点表定"上送什么、什么格式、什么地址"；`Const_CommPara.c` 定"怎么编号、哪些定值"。
|
||
|
||
**（1）确认结论**
|
||
|
||
| 项 | 确认结论 |
|
||
| --- | --- |
|
||
| 定义基准 | 两份合并（点表为验收口径 + 参考项目 104 点表为实现细节） |
|
||
| 上行规约（转发目标） | **IEC 60870-5-104**（DL/T 634.5104-2009），以太网 TCP **2404**（**非** ModBus RTU 上行） |
|
||
| 主站 / 终端地址 | 主站 `192.168.1.199:2404`；终端 `192.168.1.101~106`（可设）；链路地址与 ASDU 公共体地址 2 字节、传送原因 2 字节、**IOA 3 字节**（101 为 2 字节） |
|
||
| 采集持续性 | **持续采集**（中断驱动 + 遥测周期上送 + 死区上送 + SOE） |
|
||
| 采样率 | **1000 Hz**（20 点/周波 @50 Hz），1 ms 保护节拍 |
|
||
| 遥测 | 上送**短浮点**，采集上传**系数 = 1**；点号 `4000H+` |
|
||
| 遥信 | 双位置遥信上**双点**，其余**单点**；点号 `0+` |
|
||
| 遥控 | **双点命令**，合闸选择 `82H`、执行 `02H`；点号 `6000H+` |
|
||
| **RS-485** | **对下 ModBus RTU 采集**（下行采集口，非上行口） |
|
||
| 对时 | 点表要求 **SNTP `192.168.1.121:5105`**；本项目**保留自定义 TCP 8888**，SNTP 本期不实现（B0-b） |
|
||
| 固有参数 | `8001H~800AH`：终端类型/操作系统/制造商/硬件版本/软件版本/校验码/规约类型/型号/ID/MAC |
|
||
| 运行参数 | `8020H~8058H`：死区（电流/交流电压/直流电压/功率/频率/功率因数）、PT/CT 变比、负荷越限/重载/过载报警、录波投退与定值、功率置负 |
|
||
| 定值 | `8820H~8882H`：过流 I/II/III 段、零序过流 I/II 段、重合闸、低压/低频、励磁涌流闭锁、小电流接地等 |
|
||
|
||
**（2）遥测点号 → 本项目通道映射**
|
||
|
||
| 点号 | 点表语义 | 本项目来源（V0.1） |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| `4010` | UBA 后备电源电压 | ⚠️ 无对应硬件通道 → **本期不做**（B0-a） |
|
||
| `4011~4013` | `1Ua/Uab`、`1Ub/Uca`、`1Uc/Ubc` | `UA`/`UB`/`UC`（映射见 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`） |
|
||
| `4014` | `1U0` 零序电压 | `UN`（外部专用零序电压通道） |
|
||
| `4015~4017` | `1Ia`、`1Ib`、`1Ic` | `IA`/`IB`/`IC` |
|
||
| `4018` | `1I0` 零序电流 | `IN`（外部专用零序电流通道） |
|
||
| `4019~401c` | `1P`/`1Q`/`1S`/`1Pf` | 计算量（受 **N-18** 制约，V0.1 不可做） |
|
||
| `401d` | `1f` 频率 | 软件测频 |
|
||
| `401e/f` | `V1`/`V2` 直流量（点表注"FTU 无"） | ⚠️ 无对应硬件通道 → **本期不做**（B0-a） |
|
||
|
||
**（3）遥信 / 遥控点号**
|
||
|
||
- **遥信**（`0+`，33 点）：`YX15` 故障总、`YX16` 过流 I 段/短路、`YX17` 过流 II 段、`YX18` 过流 III 段、`YX19` 零序过流 I 段、`YX20` 零序过流 II 段、`YX21` 接地故障、`YX22` 重载、`YX23` 过载、`YX24~30` 外部遥信、`YX31~33` 闭锁状态。
|
||
- **遥控**（`6000H+`）：`YK1~YK4` 开关 1~4、`YK11` 信号复归、`YK12` 遥控软压板、`YK13` 电池活化、`YK14` 解除闭锁。
|
||
|
||
**（4）响应时间要求（点表推荐值）**
|
||
|
||
| 参数 | 推荐值 |
|
||
| --- | --- |
|
||
| 终端启动时间 | ≤ 100000 ms |
|
||
| 104 连接 / 总召 | ≤ 3000 ms / ≤ 8000 ms |
|
||
| 104 SOE 上送 | ≤ 5000 ms |
|
||
| 104 遥控选择/撤销/执行 | ≤ 5000 ms |
|
||
| 104 读定值 / 修改定值预置/执行 | ≤ 10000 ms / ≤ 5000 ms |
|
||
| 104 读文件目录/文件 | ≤ 30000 ms |
|
||
| 录波文件存储 | ≤ 15000 ms |
|
||
|
||
**（5）B0 残留项处置（2026-10-10 确认）**
|
||
|
||
| # | 事项 | 处置 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| B0-a | `UBA` 后备电源电压、`V1/V2` 直流量三路遥测的硬件来源 | **本期不做**——V0.1 无对应硬件通道，不加子板/通道；点表此三项本期空缺 |
|
||
| B0-b | 对时 | **保留自定义 TCP 8888**；点表要求的 **SNTP 5105 本期不实现** |
|
||
| B0-c | 保护/控制范围 | **本期 = 骨架全做 + 有效通道子集闭环**（2026-10-10 用户确认），评估见 §1.6 |
|
||
|
||
> **B0 至此全部闭环**：上行 IEC 60870-5-104 / 持续采集 / 1000 Hz 已定（§1.5 表 1~4）；B0-a / B0-b 本期不做或维持现状；B0-c 的范围裁剪见 §1.6。
|
||
|
||
### 1.6 B0-c 本期保护范围评估（2026-10-10 确认）
|
||
|
||
**（1）V0.1 硬件约束（两条叠加）**
|
||
|
||
| # | 约束 | 出处 | 后果 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| N-18 | 8 路电气量分属 TPAFE5160 与 STM32 ADC1 **两片**，两片**无共同采样触发** | `ADC通道映射说明.md` §1、登记簿 N-18 | 跨转换器的相位 / 矢量 / 功率 / 功率因数 / 负序运算**不成立** |
|
||
| R5 | STM32 侧**无中点偏置**（1k 串联 + 1k 到 `*_GND`），0~3.3 V 单极性 | `ADC通道映射说明.md` §7、本文 §9 R5 | STM32 侧交流量负半周**削顶** → 该侧**算不出有效值 / 相量** |
|
||
|
||
**（2）净效果：V0.1 只有 TPAFE 三路"测量有效"**
|
||
|
||
| 通道 | 转换器 | 有效值 + 相位 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| `UA` / `UN` / `IA` | TPAFE5160（16 位、±5 V 双极性、同步） | ✅ **有效** |
|
||
| `UB` / `UC` / `IB` / `IC` / `IN` | STM32 ADC1（12 位、0~3.3 V 单极性、顺序） | ❌ 削顶 → 仅可读码值**监视** |
|
||
|
||
**（3）保护元件可行性（V0.1）**
|
||
|
||
| 元件 | 依赖通道 | 转换器 | V0.1 | 原因 |
|
||
| --- | --- | --- | --- | --- |
|
||
| 过压 / 欠压 | `UA` | TPAFE | ✅ | 测量有效 |
|
||
| 零序过压 | `UN` | TPAFE | ✅ | 测量有效 |
|
||
| 过流（A 相） | `IA` | TPAFE | ✅ | 测量有效 |
|
||
| 过负荷（A 相） | `IA` | TPAFE | ✅ | 测量有效 |
|
||
| 过频 / 低频 | `UA` / `IA` | TPAFE | ✅ | 单通道测频，有效 |
|
||
| 过流（B / C 相） | `IB` / `IC` | STM32 | ❌ | 削顶，无有效值 |
|
||
| 零序过流 | `IN`（外部）/ 自产 `Ia+Ib+Ic` | STM32 / 跨转换器 | ❌ | 削顶 / 跨转换器（N-18） |
|
||
| 方向 / 功率 / 功率因数 / 负序 | 多路 | 跨转换器 | ❌ | N-18 |
|
||
| PT / CT 断线 | 三相判据 | 跨转换器 | ❌ | 需三相同时刻 |
|
||
| 母线接地告警 | `3U0`(UN) + `3I0`(IN) | UN 可 / IN 不可 | ⚠️ 部分 | 仅电压侧可判 |
|
||
|
||
**（4）本期范围（定论，2026-10-10）**
|
||
|
||
采用**"骨架全做 + 有效通道子集闭环"**：
|
||
|
||
- **与通道无关的骨架**（采集触发、`adcTask`、语义映射、标定、全周傅氏、双区交换、统一保护元件接口、定值模型 + cfg_file、出口驱动、SOE / 记录、自检闭锁）——**本期全做**；这是 V0.2 改版后**不需要重构**的核心资产（§6.2 的接口设计启示）。
|
||
- **保护元件**——本期只让**测量有效的通道**闭环动作：`UA`（过压/欠压、测频）、`UN`（零序过压）、`IA`（过流 A 相、过负荷）。其余元件**建接口 + 预置定值但不使能**，待 **V0.2**（N-18 修复 + 补中点偏置，8 路电气量全上 TPAFE）。
|
||
- **控制类 / FTU 专有功能**（重合闸、小电流接地选线、后加速、检合环同期）：均依赖三相 / 零序测量或出口硬件，**本期不做**，随 V0.2。
|
||
- 即：**本期交付"整条保护链路的软件实现" + "单相/中性线保护闭环验证"**；三相完整过流、零序过流、方向/功率类随 V0.2 硬件启用。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 2. 总体架构设计
|
||
|
||
### 2.1 数据全链路（分层）
|
||
|
||
复现后的保护链路分为 6 层，自下而上：
|
||
|
||
| 层 | 职责 | 参考对应 | 本项目落点（拟） |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| **L0 采样驱动** | 触发转换、读出原始码值 | AD 芯片 + 总线 | `Drivers/BSP/TPAFE5160/` + STM32 ADC1 HAL |
|
||
| **L1 采集与预处理** | 快照取数、语义映射、标定、有效性校验、等周波调频、零序接入 | `DataPreRecv` / `RealDataMerge` / `CalSoftFr` / `GetZoreSamData` | `adc_task` + `App/algo/`（拟） |
|
||
| **L2 相量计算** | 全周傅氏基波/谐波、线/负序/零序合成、双区交换 | `CalFFTVecFull` / `CalfLineVec` / `CalfNegVec` | `App/algo/`（拟） |
|
||
| **L3 保护元件** | 各保护判据（过流/零序/过压/频率/…） | `RelayUnit/PRS_*.c` | `App/protect/`（拟） |
|
||
| **L4 出口与信号** | 跳闸/告警出口、信号灯 | `TripKO` / KO | `App/protect/` + BSP 出口驱动 |
|
||
| **L5 记录与上送** | SOE/动作记录、UI 显示、遥测上送 | 记录模块 + 通信 | `App/log/` + `Drivers/BSP/UI/` + `App/protocol/` |
|
||
|
||
> **分层原则**：L1 只做"数"（码值→工程量），L2 只做"相量"（工程量→复相量），L3 只做"判据"（相量 + 定值→布尔），L4/L5 只做"动作与留痕"。**算法与 I/O 分离**，使 L2/L3 成为主机侧单元测试（L0.5）的天然适格对象（落实登记簿 **A-4**）。
|
||
|
||
### 2.2 任务与中断模型（映射到 STM32F4 + FreeRTOS）
|
||
|
||
参考系统用 DSP 的 1 ms 中断串起整条保护链。本项目为单核 FreeRTOS，采用"**中断触发 + 任务计算**"模型：
|
||
|
||
| 角色 | 载体 | 周期 | 优先级（拟） | 说明 |
|
||
| --- | --- | --- | --- | --- |
|
||
| 采样节拍 | 定时器中断（TIMx） | **1 ms** | 最高（ISR） | 产生 CONVST 脉冲；ISR 内只置事件/计数，不做重运算 |
|
||
| 采集与预处理 | `adcTask` | 1 ms | 高 | `tpafe5160_snapshot()` 取数 → 标定 → 存入采样环 |
|
||
| 相量计算 | `adcTask` 内联 或 `algoTask` | 1 ms | 高 | 全周傅氏 → 相量双区交换 |
|
||
| 保护判据 | `protectTask` | 1 ms | 高 | 各保护元件 Init/Main → 出口 |
|
||
| 遥测与显示 | 复用 `uiTask` / 新增 `measTask` | 200 ms | 中 | 谐波方和根、死区/平滑、UI 与上送 |
|
||
| 记录 | `defaultTask`（已有） | 事件驱动 | 低 | SOE/动作记录落 `sys_log` |
|
||
|
||
> **铁律**：`adcTask` / `protectTask` 的 FS 路径若触碰存储，必须沿用卷锁 try 语义（`vol_lock_wait(0)`），且每任务纳入看门狗 `required_mask` 心跳（见 `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md`）。**保护节拍任务不得阻塞在存储 I/O 上**——记录走队列异步落盘。
|
||
|
||
### 2.3 并发与数据一致性
|
||
|
||
参考系统用三重机制保证"采样—相量—保护"三段并发无锁：**采样双缓冲 + 相量双区指针交换 + 遥测标志协议**。本项目沿用同一思想，并复用已有的原子快照范式：
|
||
|
||
| 机制 | 参考做法 | 本项目做法 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 采样缓冲 | 双缓冲（2 周波 = 40 点），写/读分属两区 | 环形缓冲 + **序号**（`tpafe5160_frame_seq()` 已有）+ 临界区快照，防撕裂 |
|
||
| 相量区 | `tVectorRly[2][N]`，算完**原子交换**计算区/使用区指针 | 双区结构体 + 指针/索引原子切换（单核下用临界区或 `__atomic`） |
|
||
| 遥测拷贝 | 0x55/0xaa 计算/拷贝握手标志 | 快照 + 序号，或 FreeRTOS 事件标志握手 |
|
||
| 取数契约 | —— | **只能用 `tpafe5160_snapshot()`**（`AGENTS.md` 铁律），不用已删除的 `get_buf` / `data_ready` |
|
||
|
||
### 2.4 与现有子系统的接口
|
||
|
||
| 保护层需求 | 复用现有能力 | 落点 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 定值存取 | **cfg_file 配置引擎**（替代参考的 EEPROM 定值文件） | `App/cfg/cfg_file.c` + 新增定值段 |
|
||
| 动作/SOE 记录 | `sys_log`（`/log/run.log`）与运行记录 | `App/log/` |
|
||
| 保护定值/测量显示 | 远端显示 UI（`ui_page_ac` 已有 24 行占位） | `Drivers/BSP/UI/ui_page_ac.h` |
|
||
| 遥测/事件上送 | 网络栈 + `App/protocol/`（协议预留） | `App/protocol/` + `Drivers/BSP/NET/` |
|
||
| 时间戳 | `sys_clock`（RTC 基准） | `App/util/sys_clock.c` |
|
||
| 自检留痕 | `selftest.log` / 自检框架 | `App/log/` |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 3. 功能规划（分层清单）
|
||
|
||
> 每项给出：**功能点 / 关键参数 / 完成判据**。状态列 ⬜ 未实现。
|
||
|
||
### 3.1 L1 采集与预处理
|
||
|
||
| # | 功能点 | 关键参数 | 完成判据 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- | --- | --- |
|
||
| L1-1 | 周期 CONVST 重触发 | 1000 Hz（与保护节拍同源） | 示波器见 U3 `BUSY` 连续脉冲；`tpafe5160_frame_seq()` 持续递增 | ✅ 2026-10-10：**TIM6 更新中断（1 kHz）硬件触发**（ISR 内 `tpafe5160_start_conv_irq()`；方案 A，零引脚/零驱动改动）；B1 阶段已台架确认 `frame_seq` 严格 1000 Hz 递增 |
|
||
| L1-2 | TPAFE 快照消费 | 8 通道 / 帧 | `adc_task` 每拍调 `tpafe5160_snapshot()`，返回 1/0/-1 有处理 | ✅ B1 已实现并 `@test` 闭环（`adc_task.c`；台架 `idle=0`、`frst_err=0`） |
|
||
| L1-3 | STM32 ADC1 启动与扫描 | 9 通道、144 cycles、软件触发 | 全库出现 `HAL_ADC_Start`；9 通道码值随注入变化 | ⬜ |
|
||
| L1-4 | 通道语义映射 | 见 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md`（**按语义取数，不写死下标**） | `UA→buf[6]`、`UN→buf[5]`、`IA→buf[2]`；STM32 侧 `UB→ADC_CHANNEL_14` | ⬜ |
|
||
| L1-5 | 通道标定（一次系数 + 零漂） | 每通道 `k`、`b`；系数定点 `2^10` | 注入标准源，读数误差 ≤ 目标精度 | ⬜ |
|
||
| L1-6 | 采样有效性校验 | FRSTDATA 跳变、帧序号单调、丢帧计数 | 芯片静默/丢帧被检出并置告警 | ⬜ |
|
||
| L1-7 | 等周波采样（软件测频 + 调频闭环） | 20 点/周波；测频范围建议 **45~55 Hz**（参考 40.5~60.5） | 频率偏移 ±2 Hz 时幅值误差 ≤ 1% | ⬜ |
|
||
| L1-8 | 零序通道接入（外部专用 / 自产切换） | 外部 `UN`/`IN`；自产 `3I0 = Ia+Ib+Ic`（V0.2 起） | 零序通道可切换来源，值正确 | ⬜ |
|
||
| L1-9 | 二次谐波/五次谐波提取入口 | k=2（涌流）、k=5（选线） | 相量层可产出对应谐波相量 | ⬜ |
|
||
|
||
> ⚠️ **N-18 约束**：L1-4 中 `UA/UN/IA` 在 TPAFE、`UB/UC/IB/IC/IN` 在 STM32 ADC。V0.1 上 L1 只做**逐通道独立监视**，不得假设同族量同刻（`UA` 与 `UB` 无共同采样触发）。
|
||
|
||
### 3.2 L2 相量计算
|
||
|
||
| # | 功能点 | 关键参数 | 完成判据 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- | --- | --- |
|
||
| L2-1 | 全周傅氏系数表 | `sin(2πk/N)·(√2/N)`、`cos(2πk/N)·(√2/N)`，N=20 | 系数表与 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §2.3 一致 | ⬜ |
|
||
| L2-2 | 基波相量实例 | 4 个实例：C01 基波 I/U、C02 零序基波、C03 二次谐波、C04 五次谐波 | 每实例输出 `{fRe, fIm, fAm, fAmSQ}` | ⬜ |
|
||
| L2-3 | 相量有效值输出 | `fAmSQ = √(fRe²+fIm²)` 直接为**有效值**（系数已折算） | 标准源读数 = 设定有效值 | ⬜ |
|
||
| L2-4 | 相位输出 | `φ = atan2(fIm, fRe)` | 相位误差 ≤ 目标值 | ⬜ |
|
||
| L2-5 | 线/负序/零序合成 | 线电压 `Uab=Ua−Ub` 等；负序 `3U2`/`3I2`；零序 `3U0`/`3I0` | 合成相量可复用于保护元件（**V0.1 仅同转换器内可合成**，见 §1.6） | ⬜ |
|
||
| L2-6 | 每 1 ms 滑动窗刷新 | 每来新点，窗滑动一格、20 点重算（暴力法） | 相量每拍更新 | ⬜ |
|
||
| L2-7 | 双区指针原子交换 | 计算区/使用区切换 | 保护元件读使用区，无撕裂 | ⬜ |
|
||
| L2-8 | 遥测谐波轨（可选） | k=1~9，方和根 `√(ΣHk²)` | 与基波轨并行，供 UI/上送 | ⬜ |
|
||
|
||
> **双轨有效值**：保护要"基波有效值 + 相位"（抗衰减直流、抗谐波误动）；计量/遥测要"真有效值"（谐波方和根）。两者**不可混用**——这是参考系统 `CN_ANA_VEC_SQRT=FALSE` 与遥测谐波轨并存的根本原因。
|
||
|
||
### 3.3 L3 保护元件
|
||
|
||
采用参考系统的**统一接口模式**：每元件一个 `tagPRS_XXX` 配置结构（定值号、模拟通道号、KI/KO、标志位、校验和）+ `Init` / `Main`（判据）/ 出口函数。
|
||
|
||
**核心集（P0/P1）**
|
||
|
||
| # | 元件 | 判据要点 | 关键定值 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- | --- | --- |
|
||
| L3-1 | 三段式相间过流 | 相电流基波 > 定值，经延时出口；返回系数滞回 | Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ 段电流 + 延时 | ⬜ |
|
||
| L3-2 | 三段式零序过流 | 零序电流 > 定值，经延时出口 | Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ 段零序电流 + 延时 | ⬜ |
|
||
| L3-3 | 过负荷 | 相电流 > 定值，告警/跳闸可整定 | 过负荷电流 + 延时 | ⬜ |
|
||
| L3-4 | 过压 / 欠压 | 相/线电压越限，经延时出口 | 过压定值、失压定值 + 延时 | ⬜ |
|
||
| L3-5 | 过频 / 低频 | 频率越限，经延时出口 | 过频、低频定值 + 延时 | ⬜ |
|
||
| L3-6 | 零序过压 | 零序电压 > 定值 | 零序过压定值 + 延时 | ⬜ |
|
||
|
||
**扩展集（P2/P3）**
|
||
|
||
| # | 元件 | 判据要点 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| L3-7 | 涌流制动 | 二次谐波占比 > 制动系数，闭锁差动/过流 | ⬜ |
|
||
| L3-8 | PT 断线 | 电压突变/负序判据，闭锁电压类保护 | ⬜ |
|
||
| L3-9 | CT 断线 | 电流不平衡判据，闭锁 | ⬜ |
|
||
| L3-10 | 母线接地告警 | 零序电压 + 零序电流组合 | ⬜ |
|
||
| L3-11 | 故障启动（波形启动） | 突变量启动，触发录波/启动元件 | ⬜ |
|
||
| L3-12 | 无压/无流闭锁 | 低电压或低电流时闭锁过流 | ⬜ |
|
||
|
||
**延后集（受 N-18 / 产品定义制约）**
|
||
|
||
| # | 元件 | 制约 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| L3-13 | 方向元件 / 功率方向 | 需跨转换器相位一致 → V0.1 不可做 |
|
||
| L3-14 | 重合闸 | FTU 专有，视 B0 产品定义 |
|
||
| L3-15 | 手动跳闸 / 遥控 | 依赖出口硬件与协议定义 |
|
||
|
||
> **V0.1 可行性**：上表按元件类型分组，但**V0.1 上能否闭环**取决于通道（见 **§1.6**）——核心集中 `IA`/`UA`/`UN` 可做（A 相过流、过负荷、过压/欠压、零序过压），**L3-2 零序过流与 B/C 相过流本期不可做**（`IN`/`IB`/`IC` 削顶）；扩展集 L3-7~L3-12 多依赖三相，本期**建接口不使能**。
|
||
|
||
### 3.4 L4 出口与记录
|
||
|
||
| # | 功能点 | 说明 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| L4-1 | 跳闸出口（KO） | 判据满足 → 驱动出口继电器，带保持/脉冲 | ⬜ |
|
||
| L4-2 | 告警出口 / 信号 | 告警类动作驱动信号灯/继电器 | ⬜ |
|
||
| L4-3 | 出口自检 | 出口回路检测（若有回读） | ⬜ |
|
||
| L4-4 | SOE 记录 | 带时标的事件顺序记录 | ⬜ |
|
||
| L4-5 | 动作记录 | 保护动作/返回记录，落 `run.log` | ⬜ |
|
||
| L4-6 | 故障录波（可选） | 4000 Hz 内部节拍预留 | ⬜ |
|
||
|
||
### 3.5 L5 自检与闭锁
|
||
|
||
| # | 功能点 | 说明 | 状态 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| L5-1 | 定值校验和 | `tagPRS_XXX` 的 `dwTagSum` 自检，定值非法闭锁 | ⬜ |
|
||
| L5-2 | 采样通道自检 | 通道码值越界/静默检出 | ⬜ |
|
||
| L5-3 | 硬件自检 | 出口回路、电源、时钟 | ⬜ |
|
||
| L5-4 | 自检失败闭锁 | 任一项失败 → 闭锁相关保护并告警 | ⬜ |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 4. 性能指标
|
||
|
||
### 4.1 实时性
|
||
|
||
| 指标 | 目标值 | 依据 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 保护节拍 | **1 ms** | 参考 `CN_PROTECT_PERIOD=1000 µs` |
|
||
| 保护采样率 | **1000 Hz**（20 点/周波 @ 50 Hz） | 全周傅氏窗长 |
|
||
| 相量刷新周期 | **1 ms** | 每来一点重算 |
|
||
| 遥测刷新周期 | **200 ms** | 参考遥测链周期 |
|
||
| 出口动作时间 | ≥ 1 周波（20 ms）算法窗 + 定值延时 | 全周波算法固有延时 |
|
||
| 内部总线节拍 | 4000 Hz（80 点/周波） | 参考 `CN_WAVE_RATIO=4`（本项目按需裁剪） |
|
||
|
||
### 4.2 精度
|
||
|
||
| 指标 | 目标值 | 说明 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 基波幅值误差 | ≤ 1%（频偏 ±2 Hz 内） | 依赖等周波采样 |
|
||
| 相位误差 | ≤ 目标角误差（依产品定义） | 依赖调频闭环 |
|
||
| 测频范围 | 建议 45~55 Hz（参考 40.5~60.5） | `CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX` |
|
||
| 定值折算 | 定点系数 `2^10` | 与参考一致 |
|
||
| 遥测微调 | ±10%，0.1% 步长（TLV10） | 参考口径 |
|
||
|
||
> **误差来源与预算**（参考《ADC采集至数据使用全流程详解》§12）：采样量化（TPAFE LSB ≈ 152.6 µV）、通道标定残差、窗长偏离整周波（频偏）、系数定点舍入。前三项决定可达精度，最后一项可忽略。
|
||
|
||
### 4.3 算力与内存预算
|
||
|
||
| 项 | 估算 | 说明 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 傅氏乘加 | 20 点 × 2（sin/cos）× 相量数 / 拍 | 参考用暴力法（CPU 余量足够）；本项目 168 MHz + FPU 需实测 |
|
||
| 相量区 RAM | `tVectorRly[2][N] × sizeof(相量)` | 双区 + 4 实例 |
|
||
| 采样缓冲 RAM | 40 点/通道 × 通道数 × 字宽 | 双缓冲 2 周波 |
|
||
| 定值区 RAM | 元件数 × 定值项 × 字宽 | 可由 cfg_file 载入 |
|
||
| 任务栈 | `adcTask` / `protectTask` 待核算 | 建任务前后各跑 `scripts/stack_report.py` |
|
||
|
||
> ⚠️ **改内存相关代码后必须刷新快照**：`@build` 出 `.map` 后跑 `scripts/check_mem_numbers.py --write`，同步 `docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` §2.1（`mem-numbers` 钩子会因体积变化 FAIL）。
|
||
|
||
### 4.4 频率跟踪
|
||
|
||
- **原理**：软件测频（对电压/电流信号过零点或相角差测频）→ 调整采样定时器周期 → 使窗长恒等于实际周波（严格 20 点/周波）。
|
||
- **闭环**：测频 → 周期修正 → 采样 → 再测频；参考用片内 EHRPWM 调频，本项目用 TIM 重装载值调整。
|
||
- **必要性**：窗长偏离整周波会破坏正交性，直流与二次谐波漏入测量（见 `docs/算法/傅氏算法详解.md` §3）。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 5. 定值参数模型
|
||
|
||
定值分三类：**固有参数**（只读）、**运行参数**（可整定）、**保护定值**（可整定）；地址口径来自 B0（§1.5 表 1，源参考项目 `APP/EquipCfg/Const_CommPara.c`）。
|
||
|
||
### 5.1 定值分类与地址
|
||
|
||
| 类 | 地址范围 | 内容 | 属性 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| 固有参数 | `8001H~800AH` | 终端类型/操作系统/制造商/硬件版本/软件版本/校验码/规约类型/型号/ID/MAC | 只读 |
|
||
| 运行参数 | `8020H~8058H` | 死区（电流/交流电压/直流电压/功率/频率/功率因数）、PT/CT 变比、负荷越限/重载/过载报警、录波投退与定值、功率置负 | 可整定 |
|
||
| 保护定值 | `8820H~8882H` | 过流 I/II/III 段、零序过流 I/II 段、重合闸、低压/低频、励磁涌流闭锁、小电流接地等 | 可整定 |
|
||
|
||
### 5.2 定值项模型（`tagPRS_XXX`）
|
||
|
||
每元件一个配置结构：**定值号 / 模拟通道号 / KI·KO 标志 / 校验和** + `Init` / `Main` / 出口函数。定值项与元件一一绑定，便于逐元件自检（L5-1）。
|
||
|
||
### 5.3 折算与存储
|
||
|
||
| 维度 | 参考 | 本项目 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 折算 | `wCoeEEP` / `wCoeCal` / `wCoeRet`，定点系数 `2^10` | 同模型（工程量 ↔ 码值） |
|
||
| 载体 | EEPROM 定值文件 | cfg_file（`/config.ini`，NAND + FatFs），新增定值段 |
|
||
| 微调 | TLV10 ±10%，0.1% 步长 | cfg_file 微调段（按需） |
|
||
|
||
### 5.4 定值项清单（按元件）
|
||
|
||
| 元件 | 定值项（拟） | 单位 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 过流（A 相） | I 段/II 段/III 段电流定值 + 各段延时 | A / s |
|
||
| 过负荷 | 过负荷电流定值 + 延时 + 投退 | A / s |
|
||
| 过压 / 欠压 | 过压定值、欠压定值 + 延时 | V / s |
|
||
| 零序过压 | 零序过压定值 + 延时 | V / s |
|
||
| 过频 / 低频 | 过频定值、低频定值 + 延时 | Hz / s |
|
||
| 公共 | 返回系数、PT/CT 变比、通道标定系数 | — |
|
||
|
||
> ⚠️ **待补**：逐项**取值范围 / 步长 / 默认值**取自参考项目 `APP/EquipCfg/Const_CommPara.c` 的 `CommPara_ConfigTable`（`0x8020~0x8882`）；本表在实现各保护元件时逐项落实（见 §10.3）。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 6. 平台适配与差异处理
|
||
|
||
### 6.1 采样源差异
|
||
|
||
| 维度 | 参考系统 | 本项目 | 适配要点 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| AD 器件 | 专用同步采样 AD | TPAFE5160（16 位、8 通道同步、±5 V）+ STM32 ADC1（12 位、顺序、0~3.3 V） | 统一到"工程量"层，屏蔽码值差异 |
|
||
| 通道数 | 8 实通道（4U+4I，自产零序） | 8 路电气量（4U+4I）+ 温度 | 语义映射见 `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` |
|
||
| 同一时刻性 | 单芯片同步 | **跨转换器无共同触发**（N-18） | V0.1 只做逐通道独立监视 |
|
||
| 量程/精度 | 一致 | TPAFE LSB ≈ 152.6 µV vs STM32 LSB ≈ 806 µV | 同族量不可统一算法处理 |
|
||
|
||
### 6.2 N-18 影响与降级口径
|
||
|
||
- **V0.1 现板**：主板侧只做**逐通道独立监视**（有效值/越限/温度）；**禁止**跨转换器的同周期相位、功率、功率因数、矢量类运算。
|
||
- **受影响功能**：方向元件、功率方向、差动类——延后（L3-13）。
|
||
- **V0.2 改版后**：8 路电气量全部接 TPAFE（与 5 路备用路对调串联电阻目的地，BOM 不变），上层语义与代码**不动**，只改映射表内容 → 保护层无需重构。
|
||
- **接口设计启示**：**按语义取数、不写死下标**，是 V0.2 平滑升级的前提。
|
||
|
||
### 6.3 单核 vs 双核
|
||
|
||
| 维度 | 参考（ARM+DSP） | 本项目（单核） | 适配 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| 保护计算 | DSP 核独占 | 与 FreeRTOS 任务共享 CPU | 保护任务优先级最高；避免长临界区 |
|
||
| 管理/通信 | ARM 核 | 同核分任务 | 依赖现有任务优先级体系 |
|
||
| 隔离 | 核间隔离 | 无 | 靠任务优先级 + 栈预算 + 看门狗保证实时性 |
|
||
|
||
### 6.4 零序：外部专用通道 vs 自产
|
||
|
||
- 参考：TLV13 选择映射表——外部零序（专用通道）或**自产零序**（`3I0 = Ia+Ib+Ic`）。
|
||
- 本项目 V0.1 实况（**2026-10-10 更正**，此前"V0.1 无专用零序通道"的表述作废）：
|
||
- **有外部零序专用通道**——`UN`（零序电压，TPAFE）与 `IN`（零序电流，STM32 ADC），对应点表 `4014` / `4018`；
|
||
- **自产零序在 V0.1 不可行**：`Ia` 在 TPAFE、`Ib`/`Ic` 在 STM32，求和属**跨转换器**（N-18）。
|
||
- 于是本期：**零序过压**（`UN`，TPAFE，测量有效）可做；**零序过流**（`IN`，STM32 削顶 → 无有效值）不可做。
|
||
- V0.2（8 路电气量全上 TPAFE）后可自产，外部/自产可切换（恢复 TLV13 语义）。
|
||
- 落点：L1-8。
|
||
|
||
### 6.5 定值存储
|
||
|
||
| 维度 | 参考 | 本项目 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 载体 | EEPROM 定值文件 | cfg_file（`/config.ini`，NAND + FatFs） |
|
||
| 折算 | `wCoeEEP` 定点 | 同模型（工程量 ↔ 码值） |
|
||
| 微调 | TLV10 ±10% | cfg_file 微调段（按需） |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 7. 分阶段实施路线图
|
||
|
||
### 7.1 阶段划分与里程碑
|
||
|
||
| 阶段 | 名称 | 内容 | 前置 | 里程碑 |
|
||
| --- | --- | --- | --- | --- |
|
||
| **P0** | 采样与相量底座 | B1（周期 CONVST + `adcTask` 消费 + 建任务 + 栈预算）+ L1 + L2 | B0 + B1 ✅ | 每 1 ms 产出正确的基波相量 |
|
||
| **P1** | 基础保护元件 | **V0.1 有效子集**：过流（A 相，`IA`）、过负荷（A 相）+ 定值模型；B/C 相过流**建接口不使能** | P0 | 标准源注入 A 相可正确动作 |
|
||
| **P2** | 电压/频率类保护 | 过压/欠压（`UA`）、过频/低频、零序过压（`UN`） | P0 | 电压/频率越限正确动作 |
|
||
| **P3** | 异常检测与闭锁 | L5 自检闭锁、采样通道自检；三相类（涌流/PT·CT 断线/母线接地）**建接口不使能** | P1/P2 | 自检失败闭锁；未使能元件不误动 |
|
||
| **P4** | 出口、记录与定值集成 | L4 出口与记录、§5 定值模型落 cfg_file、UI 显示、上送 | P1 | 动作出口 + SOE 记录 + UI 显示闭环 |
|
||
| **P5** | 方向/功率类（延后） | L3-13 方向元件等 | V0.2 硬件 / 子板计量 | 跨转换器相位一致后实现 |
|
||
|
||
> ⚠️ **V0.1 硬件裁剪**（2026-10-10，详见 §1.6）：V0.1 上只有 TPAFE 三路（`UA`/`UN`/`IA`）测量有效。故 **P0 骨架全做**（与通道无关），**P1/P2 只做有效通道子集**——A 相过流、A 相过负荷、过压/欠压、零序过压、过频/低频；**三相过流（B/C 相）、零序过流、方向/功率类、PT/CT 断线**依赖 V0.2 硬件（N-18 修复 + 中点偏置），本期**建接口不使能**。
|
||
|
||
### 7.2 每阶段交付物与验收判据
|
||
|
||
| 阶段 | 交付物 | 验收判据 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| P0 | `adcTask`/`algo` 模块（采集触发 + 语义映射 + 标定 + 全周傅氏 + 双区交换）+ 设计文档 + L0.5 单测 | TPAFE 三路（`UA`/`UN`/`IA`）标准源读数误差 ≤ 目标；相量每 1 ms 刷新；`@test` 通过 |
|
||
| P1 | A 相过流 + A 相过负荷元件 + 定值模型 | 注入 1.2×/0.9× 定值，A 相正确动作/返回；返回系数正确 |
|
||
| P2 | 过压/欠压 + 过频/低频 + 零序过压元件 | 越限动作时间符合定值延时 |
|
||
| P3 | 自检闭锁 + 采样通道自检；三相类元件建接口 | 自检失败闭锁；未使能元件不误动 |
|
||
| P4 | 出口 + 记录 + 定值 UI | 动作驱动出口；SOE 带正确时标；UI 显示实时值 |
|
||
| P5 | 方向元件 | 需 V0.2 前置条件满足 |
|
||
|
||
### 7.3 依赖关系图
|
||
|
||
```text
|
||
B0 产品定义 ✅（2026-10-10 已确认，见 §1.5）
|
||
└─ B1 ADC 采集链路（周期 CONVST + adcTask + 建任务 + 栈预算）
|
||
└─ P0 采样与相量底座
|
||
├─ P1 基础保护（A 相过流/过负荷）
|
||
│ └─ P4 出口/记录/定值
|
||
├─ P2 电压/频率保护（UA/UN）
|
||
└─ P3 异常检测与闭锁（自检；三相类不使能）
|
||
└─ P5 方向/功率类（依赖 V0.2 硬件 / 子板计量）
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 8. 测试与验证
|
||
|
||
### 8.1 测试分层
|
||
|
||
| 层 | 对象 | 方式 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| L0 静态 | 代码规范、文档链接、体积 | pre-commit 钩子（`cppcheck` / `doc-links` / `mem-numbers`） |
|
||
| L0.5 主机单测 | 傅氏相量、定值解析、保护判据（**算法与 I/O 分离**后天然适格） | `test/host/<模块>/run_unit_test.py`（MSVC 离线编译真实源文件，参考 `test/host/cfg_file/run_unit_test.py`） |
|
||
| L1 板端套件 | 采样/相量/保护元件 | `test/run_all_suites.py` 板端套件 |
|
||
| L2/L3 台架 | 标准源注入、动作出口、时序 | 台架闭环（COM6 @115200） |
|
||
|
||
### 8.2 A-4 约束落实
|
||
|
||
登记簿 **A-4** 对采集链路提出三条设计约束，保护层须一并满足：
|
||
|
||
1. **协议解析与硬件 I/O 分离**——保护判据函数只吃相量 + 定值，可单测；
|
||
2. **采集缓冲双缓冲 + 序号**——防撕裂（单测测不出时序撕裂，须设计上消除）；
|
||
3. **DE 收尾超时路径**（RS-485，若保护涉及 485 通信）。
|
||
|
||
### 8.3 验收判据（保护层）
|
||
|
||
- 标准源注入：幅值/相位/频率读数误差在目标内（**V0.1 限 TPAFE 三路**）；
|
||
- 定值动作：1.2× 定值可靠动作、0.9× 定值可靠返回，返回系数符合 `wCoeRet`；
|
||
- 时序：动作时间 = 算法窗（≥20 ms）+ 定值延时，误差在允许范围；
|
||
- 闭锁：自检失败工况下相关保护可靠闭锁（V0.1 的 PT/CT 断线、涌流闭锁待 V0.2）；
|
||
- 记录：SOE/动作记录时标正确（注意板载 RTC 比墙钟慢约 8 h）。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 9. 风险与开放问题
|
||
|
||
| # | 风险 / 开放问题 | 影响 | 处置方向 |
|
||
| --- | --- | --- | --- |
|
||
| R1 | **V0.1 硬件裁剪保护范围**（N-18 + 无中点偏置 → 仅 TPAFE 三路 `UA`/`UN`/`IA` 测量有效） | 三相过流 / 零序过流 / 方向功率类本期无法闭环 | 本期做有效通道子集（§1.6）；其余随 V0.2 硬件启用 |
|
||
| R2 | **N-18 硬件缺陷** | 方向/功率/矢量类无法在 V0.1 实现 | V0.2 硬件改版；V0.1 取子板计量 |
|
||
| R3 | **单核算力** | 1 ms 节拍内完成傅氏 + 全部保护元件 | 实测 CPU 余量；必要时裁剪遥测谐波轨或降低元件扫描频率 |
|
||
| R4 | **等周波调频实现** | 频偏时精度不达标 | TIM 重装载调频；先固定 1000 Hz 跑通再上闭环 |
|
||
| R5 | **STM32 侧无中点偏置** | 交流量负半周削顶，无法算 RMS | V0.1 只做监视；V0.2 补偏置 |
|
||
| R6 | **栈预算** | 新任务栈溢出 | 建任务前后跑 `scripts/stack_report.py`；纳入看门狗 |
|
||
| R7 | **出口硬件未确认** | 跳闸出口无法验证 | 确认出口继电器/回读电路；无硬件时先做逻辑级验证 |
|
||
| R8 | **TPAFE 自动扫描模式未知** | 影响采样实现方式 | 查手册确认（登记簿 §4 待确认项） |
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 10. 附录
|
||
|
||
### 10.1 参考系统关键常量
|
||
|
||
| 常量 | 值 | 含义 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| `CN_PROTECT_PERIOD` | 1000 µs | 保护中断周期 |
|
||
| `CN_SAM_HERTZ` | 50 | 系统频率（Hz） |
|
||
| `CN_SAM_RATE` | 20 | 每周波采样点数 |
|
||
| `CN_SAM_RATIO` | 1 | 保护采样倍率 |
|
||
| `CN_YCSAM_RATIO` | 2 | 遥测采样倍率 |
|
||
| `CN_WAVE_RATIO` | 4 | 录波倍率（4000 Hz） |
|
||
| `CN_BUFSAM_CYCLE` | 2 | 采样缓冲周波数 |
|
||
| `CN_BUFSAM_LEN` | 40 | 采样缓冲长度（点） |
|
||
| `CN_ANA_VEC_SQRT` | FALSE | 保护用基波有效值（非方和根） |
|
||
| `CN_ANA_DIF` | FALSE | 半周波/差分组件关闭 |
|
||
| `CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX` | 40.5 / 60.5 Hz | 软测频范围 |
|
||
| `CN_NUM_YCHUMWAVE` | 9 | 遥测谐波次数上限（`(20>>1)−1`） |
|
||
| `CN_NUM_YCAVER` | 4 | 遥测平均点数 |
|
||
| 系数定点 | `2^10` | 标定系数定标 |
|
||
|
||
### 10.2 术语表
|
||
|
||
| 术语 | 含义 |
|
||
| --- | --- |
|
||
| 全周傅氏 | 全周波傅里叶算法，单频 DFT，得基波相量 |
|
||
| 相量 | `{fRe, fIm, fAm, fAmSQ}`，实部/虚部/幅值/有效值 |
|
||
| 等周波采样 | 软件测频 + 调频，保持严格 20 点/周波 |
|
||
| 外部零序 | 专用 `UN`/`IN` 通道直接取零序量 |
|
||
| 自产零序 | `3I0 = Ia+Ib+Ic` 软件合成（V0.2 起可用） |
|
||
| 双区交换 | 相量计算区/使用区指针原子切换 |
|
||
| 时间片表 | 单点/2点/4点/8点调度表 |
|
||
| TLV | 参考系统的参数通道（定值/微调/映射） |
|
||
| 返回系数 | 动作值/返回值之比（滞回） |
|
||
|
||
### 10.3 待确认清单
|
||
|
||
1. 定值逐项取值范围/步长/单位/默认值——源参考项目 `Const_CommPara.c`，实现各元件时落实（见 §5.4）。
|
||
2. 出口硬件形态（继电器/回读）——依硬件（R7）。
|
||
3. 等周波调频范围与精度目标——依产品定义（R4）。
|
||
4. 是否保留遥测谐波轨（k=1~9）——依 UI/上送需求。
|
||
5. 遥测/遥信/遥控的 104 上送实现范围与排期——依产品定义。
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 变更记录
|
||
|
||
| 日期 | 变更 | 说明 |
|
||
| --- | --- | --- |
|
||
| 2026-10-10 | 建立本文档 | 依据参考项目《ADC采集至数据使用全流程详解》等专题文档，规划 CLS100 保护链路在本项目（STM32F4-Base）的分层复现：功能/性能/参数/平台适配/路线图；登记至 `docs/README.md` |
|
||
| 2026-10-10 | 增补 §1.5 B0 产品定义 | 从参考项目 `APP/EquipCfg/Const_CommPara.c`（DTU410/F30(Z) 的 104 信息体地址点表）与《检测平台配电终端送检要求（点表）》挖出并确认 B0：上行 **IEC 60870-5-104**（以太网 2404）、持续采集、**1000 Hz**（20 点/周波）、遥测短浮点系数 1、**RS-485 对下 ModBus RTU 采集**；§1.4 的 B0 状态改"已确认" |
|
||
| 2026-10-10 | 同步 B0 确认到下游章节 | §7.3 依赖图 B0 由"阻塞"改"已确认"；§9 R1 由"B0 未定"改为"B0 残留待确认项（B0-a/b/c）" |
|
||
| 2026-10-10 | B0 残留项闭环 + 新增 §1.6 范围评估 | B0-a **本期不做**（`UBA`/`V1`/`V2` 无硬件通道）、B0-b **保留 TCP 8888**（SNTP 5105 不做）；B0-c **定为"骨架全做 + 有效通道子集闭环"**；新增 **§1.6** 由 V0.1 硬件（N-18 + 无中点偏置）推导本期可做保护范围 = TPAFE 三路（`UA`/`UN`/`IA`）有效子集；同步 §1.3、§3.3、§6.4（零序口径更正）、§7.1/§7.2、§9 R1 |
|
||
| 2026-10-10 | 恢复被外部工具回写的旧稿 | 文件曾被外部格式化工具回写为旧稿：**§1.5/§1.6/§5 丢失、§10 混入 66 组下划线（u）标签、表格被填充对齐**。本次按权威来源重建 §1.5/§1.6、补齐 **§5 定值参数模型**，清除全部下划线标签并把表格压回仓库紧凑风格；内容与 §1.3/§3.3/§6.4/§7/§9 的定稿一致 |
|
||
| 2026-10-10 | **B1 落地：ADC 采集链路实现** | `App/task/adc_task.c` 由空桩转为真实消费者——每 1 ms 触发 `tpafe5160_start_conv_irq()` + `tpafe5160_snapshot()` 原子取数 + 帧统计 + 每 10 s 心跳日志；`Src/freertos.c` 手工创建 `adcTask`（512 words / Normal，落 `USER CODE` 保护区）+ 纳入 IWDG 必需掩码（`TASK_WD_ADC`，`0x37`→`0x77`）。§1.4 采样软件行、§1.4 依赖表 B1 行、§3.2 任务表（L1-1/L1-2）、§4 栈预算行、§7.1 P0 行同步更新。⚠ 本阶段为**任务周期软触发**（`osDelayUntil`）；硬件定时器 1 kHz 触发为后续。同日 `@test` 实机闭环 PASS（`frame_seq` 严格 1000 Hz 递增、`idle=0`、`frst_err=0`、栈峰值 496/2048） |
|
||
| 2026-10-10 | **1 kHz 硬件定时器触发（TIM6）** | 采样节拍由任务周期软触发改为 **TIM6 更新中断（1 kHz）**：`Src/main.c` 的 `HAL_TIM_PeriodElapsedCallback` 加 TIM6 分支触发 `tpafe5160_start_conv_irq()`（`USER CODE` 区）；`app_main.c` 用 `HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6)` 替换单次触发（在 `tpafe5160_init()` 之后）；`adc_task.c` 退化为**纯消费者**（1 ms 轮询仅作消费节奏）。§1.2 采样软件行、§3.2 L1-1 同步。详见 `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` |
|