上世紀90年代，以微處理器為核心的數字式保護已成為繼電保護的主流產品，電力系統繼電保護技術進入了微機保護時代。隨著電力系統對繼電保護的要求不斷提高，微機保護系統需要具有強實時性、高可靠性和擴展性［1］。
　　系統的實時性由硬件系統和嵌入式軟件系統共同決定。
　　在實時性要求較高且任務較多的應用中，適合引入嵌入式實時操作系統RTOS（Real-Time Operating System）。RTOS高效的多優先級任務管理、強大的可移植性和擴展性以及微秒級的中斷管理等特性，更加有利于控制效率的提高。VxWorks是硬實時特性最優越的RTOS，且具有高可靠性和可擴展性，能夠為繼電保護裝置提供更好的性能保障。
　　1 繼電保護裝置軟件系統
　　1.1 工作原理及流程
　　目前典型的繼電保護裝置應用軟件系統均采用模塊化設計思想，根據繼電保護功能的要求分成8個部分：操作系統、交流采樣、數據處理、保護控制、數據通信、人機交互及信息記錄。各模塊根據各自特點完成相應任務，使系統軟件結構清晰，便于調試、連接、修改和移植。
　　1.2 系統軟件框架設計
　　根據所要實現的功能和軟件模塊化設計的要求，設計了基于VxWorks的系統軟件，包括硬件驅動程序模塊、板級支持包（BSP）模塊、VxWorks RTOS模塊、中斷處理模塊、保護控制模塊、人機交互模塊、通信任務模塊、信息記錄模塊等。系統軟件框圖如圖1所示。
　　
　　2 交流采樣功能設計與實現
　　2.1 中斷服務
　　由于A/D采樣對實時性要求極高，因此采用中斷服務子程序的方式實現。本設計利用Timer的定時中斷控制A/D采樣的頻率，利用VxWorks提供的接口函數intConnet（）將A/D的采樣函數掛靠到定時中斷Timer1的中斷向量上。
　　繼電保護的交流采樣可以分為數據采樣和采樣數據處理兩部分。數據采樣在采樣定時周期控制下，將A/D轉換好的數據通過SPI總線送到CPU采樣數據存儲區。采樣數據處理則是CPU對已采樣數據進行傅氏濾波、提取交流信號的各電氣量參數。該部分軟件的計算量需求是所有程序中最多的，因此是優化的關鍵部分。
　　2.2 數據采樣
　　數據采樣首先要考慮AD采樣精度和采樣率。采用ADI公司的12 bit ADC AD7940，針對所要采樣波形的最高頻率是工頻5次諧波的要求，選擇了1 kHz采樣率，即每周波采樣20個點。
　　在采樣定時周期中斷到來時， ADC開始啟動13路模數轉換。一路采樣完畢之后，通過SPI總線傳送到定義的采樣數據存儲區；當13路數據傳送完畢，就可以進行采樣數據的傅氏濾波處理，計算出三相交流電的電流、電壓的幅值和相位。
　　2.3 數據處理
　　2.3.1 離散傅氏算法
　　交流采樣數據的處理是系統計算工作的核心，它的實時性和精度決定了保護任務的實時性和系統響應的準確性，從而影響整個系統的性能實現。因此，交流采樣數據處理算法的選擇十分重要。雖然快速傅氏算法（FFT）理論上要比離散傅氏算法（DFT）具有更高的速度［4］，但在繼電保護應用中，考慮到采樣點數、計算量以及系統的實時性需求，采用了DFT作為處理算法。
　　根據傅氏級數原理，各次諧波分量的實部和虛部的時域表達式為：
　　
　　當傅氏分析方法應用于計算機處理時，即為DFT形式。設信號x（t）每周期的采樣點數為N，則采樣間隔將是Ts=T/N，則式（1）、式（2）離散化后得到DFT的公式可表達為：