一种多处理单元继电保护系统及其同步方法与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，涉及一种多处理单元继电保护系统及其同步方法。

背景技术：

随着智能电网的普及，对继电保护装置数据处理能力的要求越来越高，为了保证保护装置的快速性和可靠性，多处理单元系统架构被普遍应用，以分担不同的数据处理和保护计算任务。在进行保护计算时，要求负责不同计算任务的多个处理单元之间进行同步，以保证数据一致性和数据流水线的同步性。尤其在线路纵联差动保护场合，要求距离几十公里甚至上百公里以上的两台或三台装置要进行采样和计算的同步，对多处理单元系统的多机同步提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多处理单元继电保护系统及其同步方法,是一种在继电保护装置多处理单元系统架构上实现多处理单元之间乃至多装置间的采样和计算同步的方法，解决了现有技术中存在的多处理单元、远距离多装置之间同步困难的问题，实现了整个系统中处于不同装置的各处理器之间数据采样和处理的同步，为继电保护应用提供了优良的平台基础。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:

一种多处理单元继电保护系统，包括多个相互通信的继电保护装置，单个继电保护装置均包括前端采样处理单元、前端计算处理单元和保护逻辑处理单元；

所述的前端采样处理单元，用于s/h信号的接收和重采样,并把采样数据发送给前端计算处理器；

所述的前端计算处理单元，用于相量和频率计算，把计算结果放入共享存储区；

所述的保护逻辑处理单元，用于与远侧继电保护装置进行通信，并从共享存储区读取相量值；并通过比例调节计算产生系统采样同步信号s/h信号，发送至前端采样处理单元和前端计算处理单元，使其采样和计算周期与s/h信号同步。

所述的前端计算处理单元，还用于每收到s/h信号发送一次中断信号给保护逻辑处理单元；保护逻辑处理单元收到中断信号后从共享存储区读取相量值。

所述的前端计算处理单元，每收到一次s/h信号即从接收缓冲区取一个采样点数据，每收到npass个采样点数据进行一次相量和频率计算；其中，npass＝n/n，每周波采样点数为n，处理器计算间隔为tpass,将每个电网周波时间划分为整数n个tpass，则每个tpass处理npass个采样点数据。

所述的保护逻辑处理单元，用于将采样频率和电网频率的差值和两侧采样相角差值输入锁频锁相环中进行计算，输出新的s/h信号频率值，不断调整s/h信号间隔，最终实现继电保护装置间的同步，且s/h信号频率fn无限接近于电网频率f。

一种多处理单元继电保护系统的同步方法，用于多个相互通信的继电保护装置的一个，同步方法包括以下步骤：

预同步步骤，通过与远侧继电保护装置、电网频率同步，发出用于触发采样的s/h信号，每周波发送等间隔的n个s/h信号脉冲；

采样步骤，进行s/h信号的接收和重采样；

计算步骤，进行相量和频率计算，把计算结果放入共享存储区；

逻辑处理步骤，从共享存储区读取相量值，并通过比例调节计算产生系统采样同步信号s/h信号，使得该继电保护装置与远侧继电保护装置的采样和计算周期与s/h信号同步。

作为本发明的进一步改进，计算步骤中，每收到s/h信号发送一次中断信号；逻辑处理步骤中，收到中断信号后从共享存储区读取相量值。

作为本发明的进一步改进，计算步骤中，每收到一次s/h信号即从接收缓冲区取一个采样点数据，每收到npass个采样点数据进行一次相量和频率计算；其中，npass＝n/n，每周波采样点数为n，处理器计算间隔为tpass,将每个电网周波时间划分为整数n个tpass，则每个tpass处理npass个采样点数据。

作为本发明的进一步改进，逻辑处理步骤中，将采样频率和电网频率的差值和两侧采样相角差值输入锁频锁相环中进行计算，输出新的s/h信号频率值，不断调整s/h信号间隔，最终实现继电保护装置间的同步，且s/h信号频率fn无限接近于电网频率f。

作为本发明的进一步改进，逻辑处理步骤具体如下：

从共享存储区读取相量值，在发出s/h信号脉冲的同时，对s/h信号脉冲进行计数，并通过与远侧继电保护装置互相发送所记录的计数值进行乒乓对时；将采样频率和电网频率的差值和两侧采样相角差值输入锁频锁相环进行比例调节计算，输出新的采样频率值fn，并根据s/h信号频率，直到两个继电保护装置计数相差n的整数倍，两个继电保护装置计数采样相角差近似等于0，且s/h信号频率fn与电网频率f近似相等,此时pll锁相成功。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明同步系统由处于不同物理位置的基于多处理单元系统架构的两套或三套继电保护装置组成的系统上，进行装置内部各处理单元之间以及装置与装置之间同步数据采样和计算处理，保护逻辑处理单元与远侧继电保护装置进行通信，并从共享存储区读取相量值，通过比例调节计算产生系统采样同步信号s/h信号，发送至前端采样处理单元和前端计算处理单元，使其采样和计算周期与s/h信号同步。本系统中不引入额外电路，仅仅通过采样同步信号s/h信号的闭环处理过程，实现多处理器计算同步，并实现多装置采样和计算与电网频率精确同步，为实现对同步精度要求高的保护功能，如线路纵联差动保护，提供了一个良好的技术平台。

本发明的方法由预同步步骤、采样步骤、计算步骤和逻辑处理步骤组成，通过比例调节计算产生系统采样同步信号s/h信号，使得该继电保护装置与远侧继电保护装置的采样和计算周期与s/h信号同步，实现了整个系统中处于不同装置的各处理器之间数据采样和处理的同步；该方法同步效率高，同步准确，保证了数据一致性和数据流水线的同步性。

附图说明

图1是本发明一种多处理单元继电保护系统架构图；

图2是本发明同步方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明典型的多处理单元继电保护系统架构如图1所示。同步方法原理如图2所示。

本发明的多处理单元继电保护装置同步系统，采用多处理单元系统架构，将单个继电保护装置的保护处理过程分配在三个处理单元中，分别为前端采样处理单元、前端计算处理单元和保护逻辑处理单元。

前端采样处理单元在传统继电保护装置中负责a/d数据采样，在智能继电保护装置中负责sv接收和重采样。前端计算处理单元负责相量计算。保护逻辑处理单元负责保护逻辑计算和故障判别，同时负责与远侧装置进行光纤通信。

系统采样同步信号s/h信号(samplecount)由保护逻辑处理单元产生，发送至前端采样处理单元和前端计算处理单元，各处理单元间的采样和计算周期与s/h信号严格同步，从而实现处理器间的同步。保护逻辑处理单元与远侧装置基于s/h信号计数进行乒乓对时，将采样频率和电网频率的差值和两侧采样相角差值输入内部软件锁频锁相环中进行计算，输出新的s/h信号频率值，不断调整s/h信号间隔，最终实现装置间的同步，且s/h信号频率fn无限接近于电网频率f。

整个系统对输入的交流电信号进行每周波固定采样点采样，每周波采样点数为n，处理器计算间隔为tpass,将每个电网周波时间划分为整数n个tpass，则每个tpass处理npass个采样点数据。

例如设n＝64，n＝8，则npass＝n/n＝64/8＝8。

保护逻辑处理单元通过与远侧保护逻辑处理单元、电网频率同步，发出用于触发采样的s/h信号脉冲给前端采样处理单元，每周波发送等间隔的n个s/h信号脉冲。

前端采样处理器收到s/h信号，立刻进行一次数据采样，并把采样数据发送给前端计算处理器。

前端计算处理器每收到一次s/h信号即从接收缓冲区取一个采样点数据，每收到npass个采样点数据进行一次相量和频率计算，把计算结果放入共享存储区。同时每收到npass个s/h信号发送一次中断信号给保护逻辑处理器。

保护逻辑处理单元收到中断信号后从共享存储区读取相量值。保护逻辑处理单元在发出s/h脉冲的同时，对s/h信号脉冲进行计数，即为samplecount，并通过与对侧保护逻辑处理单元互相发送所记录的samplecount值进行乒乓对时。保护逻辑处理单元将采样频率和电网频率的差值和两侧采样相角差值输入锁频锁相环(pll)进行比例调节计算，输出新的采样频率值fn，并根据fn调整采样间隔，即s/h信号频率，直到两侧samplecount相差n的整数倍，两侧采样相角差近似等于0，且s/h频率fn与电网频率f近似相等,此时pll锁相成功。fn的计算调整周期tsyn即锁频锁相环运行周期一般设置为偶数个tpass,乒乓对时中samplecount和相量角度的收发周期也是tsyn,且须保证保护逻辑处理单元在tsyn周期的固定时刻进行samplecount的发送和接收，以保证通信通道延时对称。

图2所示为两侧装置同步原理，三侧装置同步亦可参照此方法，将一台装置设置为主机，同时与另外两台装置按此方法同步。

以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。