专利名称：继电保护装置的控制电路及其操作方法
技术领域：
本发明涉及的是电力系统中继电保护装置，特别涉及的是继电保护装置的控制电路 及其操作方法。
背景技术：
电力系统继电保护的主要任务就是在电力系统发生故障时，以尽可能短的时间有选 择地切除故障线路。 一般继电保护装置是由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元 件三部分组成。目前，为了适应快速发展的电力事业，使得电网可以连续、安全、可靠 的为用户提供高质量的电能，数字式继电保护控制技术越来越多的应用于实际操作中， 从而提高了继电保护装置的各方面性能。在继电保护装置中，最关键的环节是故障信息的提取与识别。目前微机保护基本上 是用工频量实现的，有些保护中也用到二次、三次或五次谐波，为了从故障信息中获取 上述分量，傅立叶变换是一个十分有效的工具，并获得了广泛的应用。但是，对于一些 突变的、具有奇异性的信号，傅立叶变换却无能为力了，这是因为傅立叶变换是纯频域 的分析方法，它在时域上没有任何分辨能力。随着电力行业的快速发展，配电系统的容量和规模日益增大，对继电保护控制系统 的要求也不断提高，它要求继电保护装置中控制部分可以根据故障类型的不同、系统运 行状态的不同以及谐波影响的不同做出合理的参数整定，以适应快速发展的电力事业。 因此，传统的继电保护装置中控制电路已经难以满足现代工业的性能要求，人们渴望在 继电保护装置出现一种新型的控制电路及其操作方法，尤其是一种适应性强的继电保护 控制系统及其操作方法。 发明内容本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种利用高性能数字信号处理器，实 现快速、高精度、谐波适应能力强的继电保护装置的控制电路及其操作方法 解决上述技术问题的详细技术方案是一种继电保护装置的控制电路，所述控制电路包括中央数据处理器模块、模拟量 数据采集模块、开入开出接口模块、通讯模块、电源模块及键盘显示模块；所述模拟量 数据采集模块的输入端连接电力系统的电压测量信号和电流测量信号，模拟量数据采集模块输出端连接中央数据处理模块的输入端；所述开入开出接口模块输出端双向连接中 央数据处理器模块，开入开出接口模块的输入端双向连接用电设备；所述电源模块输出 端连接中央数据处理模块；所述通讯模块和键盘显示模块输入端双向连接中央数据处理 模块的输出端。本发明提供一种具有上述继电保护装置的控制电路的操作方法，所述操作方法包括如下阶段1) .信号采集阶段模拟量数据采集模块采集输入的电压信号、电流信号；2) .对采集信号整形变换阶段将上述采集信号整形变换处理为较低幅值交流电压，送入到中央数据处理模块中；3) .设定定时采样时间计数器阶段设定数字信号处理器的计数器为定时采样的时 间计数器，数据处理子程序集中在该时间计数器的中断服务子程序中，并赋予其中断优 先级为系统最高级；4) .计算电网的瞬时参数阶段中央数据处理模块根据采集到离散的电压电流量， 计算电网的瞬时参数；5) .检测电流状态阶段当检测到电流信号处于整定值以内时，系统处于正常运行 状态；当检测到电流瞬时突变时，数字信号处理器发出控制信号；6) .中央数据处理模块判断并控制继电保护装置的开断阶段随着故障产生的行波 陆续到达检测母线，行波信号呈现"突变"，其变换出现的位置和"突变点" 一致，可 以迅速找到故障点位置；中央数据处理电路给出继电保护装置控制信号，经延迟后，再 次判断电流有效值，给断路器发出第二个控制信号，从而控制继电保护装置的开断。本发明的有益效果是本发明利用高性能数字信号处理芯片实现继电保护动作的控 制，很大程度上提高了继电保护动作的可靠性和快速性，克服了可编程逻辑控制技术及 普通单片机芯片技术处理速度限制而引起的控制滞后、动作不及时的缺陷，使整个控制 系统具有很好的调节性能和可靠性，降低了因继电保护得误动或拒动带来的停产等事故的概率，进而增强了电网的稳定性；采用小波理论可对信号进行多尺度分析，具有很强 的特征提取功能，对突变信号的处理优势尤为明显。小波变换具有良好的时频局部化和 多尺度分析的演化，克服了傅立叶变换不能对信号在时域上进行局部化分析的缺点，因 而将广泛地应用于故障诊断。且将数字信号处理器应用于继电保护的控制系统中，充分 发挥数字信号处理器的高速数据计算能力和高精确度数据处理能力，对继电保护得动作 执行装置进行双重信号控制，其硬件电路简单、实时控制精度高，具有广阔的技术应用刖景。
图1是本发明控制电路连接框图； 图2是图1中模拟量数据采集模块的电路连接框图； 图3是图1中央数据处理器模块电路连接框图。 《附图中序号说明》 1:中央数据处理模块2:通讯模块 4:模拟量数据采集模块 5:开入开出模块 7:用电设备 8:电压交流采样电路10:滤波电路 11:放大电路13:晶振电路 14:数字信号处理器15b:电流测量信号具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。 图1是本发明控制电路连接框图。3:键盘显示模块6:电源模块9:电流交流釆样电路12:数据总线驱动电路15a:电压测量信号如图1所示， 一种继电保护装置的控制电路，所述控制电路包括中央数据处理器 模块l、模拟量数据采集模块4、开入开出接口模块5、通讯模块2、电源模块6及键盘 显示模块3;所述模拟量数据采集模块4的输入端连接电力系统的电压测量信号15a和电 流测量信号15b，模拟量数据采集模块4输出端连接中央数据处理模块1的输入端；所述 开入开出接口模块5输出端双向连接中央数据处理器模块1，开入开出接口模块5的输入端双向连接用电设备7;所述电源模块6输出端连接中央数据处理模块1;所述通讯模块2和键盘显示模块3输入端双向连接中央数据处理模块1的输出端。所说开入开出接口模块5输出端双向连接中央数据处理器模块1是开入开出接口 模块5连接到中央数据处理器模块1内的数字信号处理器14的开关量通用I/O 口；所说 开入开出接口模块5输出端双向连接用电设备7是开入开出接口模块5经其内部的光 电耦合器引出连接用电设备7。所说的电源模块6输出端接中央数据处理器模块1是为其内部的数字信号处理器14 芯片供电。上述通讯模块2和键盘显示模块3属于该系统的人工操作模块，由行列式键盘(图 未示)和液晶显示器(图未示)组成，键盘的输出端连接中央数据处理器模块1的输入 端，液晶显示器的输入端连接中央数据处理器模块l的显示输出端。键盘用来实现各种 保护参数的整定以及控制信号的输入等功能；采用液晶显示器显示汉字和图形。图2是图1中模拟量数据采集模块的电路连接框图。如图2所示，所述模拟量数据采集模块4包括电压交流采样电路8、电流交流采 样电路9、滤波电路10和放大电路11;所述电压测量信号15a和电流测量信号15b分别 连接到电压交流采样电路8和电流交流采样电路9的输入端，电压交流采样电路8和电 流交流采样电路9的输出端均各自连接到滤波电路10的输入端，滤波电路10的输出端 分别连接到放大电路11的输入端，放大电路11的输出端均连接到中央数据处理器模块1 的输入端。所述电压交流采样电路8、电流交流采样电路9将采集的电压信号、电流信号变换 为小电压量，小电压量在经滤波电路IO、放大电路ll后，变换为中央数据处理器模块l 内部A/D转换器可以接受的电压范围；上述滤波电路10采用二阶低通有源滤波器。图3是图1中央数据处理器模块电路连接框图。如图3所示，所述中央数据处理器模块1包括数字信号处理器14、晶振电路13 和数据总线驱动电路12;数据总线驱动电路12的输出端连接到数字信号处理器14;晶 振电路13的输出端连接到数字信号处理器14。上述中央数据处理器模块1通过其内部的数字信号处理器14对数据总线驱动电路 12的输出信号进行辨识、处理，并发出相关控制指令；晶振电路13向数字信号处理器 14提供时钟信号；数据总线驱动电路12主要负责数据缓冲和电平转换。所述数字信号处理器14为型号为TMS320F2812的芯片。晶振电路13由电容和晶振 体构成；数据总线驱动电路12由一片型号为74LVC16245的双向数据缓冲器构成。本发明还提供一种具有所述继电保护装置的控制电路的操作方法，所述操作方法包 括如下阶段1) .信号采集阶段模拟量数据采集模块4采集输入的电压信号、电流信号；2) .对采集信号整形变换阶段将上述采集信号整形变换处理为较低幅值交流电压， 送入到中央数据处理模块l中；3) .设定定时采样时间计数器阶段设定数字信号处理器14的计数器为定时采样的 时间计数器，数据处理子程序集中在该时间计数器的中断服务子程序中，并赋予其中断 优先级为系统最高级，避免了数据处理被其他中断所打断，从而保证采样数据的实时性 和准确性；4) .计算电网的瞬时参数阶段中央数据处理模块1根据采集到离散的电压电流量， 计算电网的瞬时参数；5) .检测电流状态阶段当检测到电流信号处于整定值以内时，系统处于正常运行 状态；当检测到电流瞬时突变时，数字信号处理器14发出控制信号给断路器；6) .中央数据处理模块判断并控制继电保护装置的开断阶段随着故障产生的行波 陆续到达检测母线，行波信号呈现"突变"，对应于"突变"的信号，采用小波理论进 行分析，其小波变换出现模极大值，其模极大值的位置和"突变点" 一致，可以迅速找 到故障点位置；中央数据处理电路给出继电保护装置控制信号，经一定的时间延迟后， 再次判断电流的有效值大小，给断路器发出第二个控制信号，从而控制继电保护装置的 开断。
权利要求
1.一种继电保护装置的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括中央数据处理器模块(1)、模拟量数据采集模块(4)、开入开出接口模块(5)、通讯模块(2)、电源模块(6)及键盘显示模块(3)；所述模拟量数据采集模块(4)的输入端连接电力系统的电压测量信号(15a)和电流测量信号(15b)，模拟量数据采集模块(4)输出端连接中央数据处理模块(1)的输入端；所述开入开出接口模块(5)输出端双向连接中央数据处理器模块(1)，开入开出接口模块(5)的输入端双向连接用电设备(7)；所述电源模块(6)输出端连接中央数据处理模块(1)；所述通讯模块(2)和键盘显示模块(3)输入端双向连接中央数据处理模块(1)的输出端。
2. 根据权利要求书1中所述继电保护装置的控制电路，其特征在于，所述模拟量数 据采集模块(4)包括电压交流采样电路(8)、电流交流采样电路(9)和滤波电路(10)、 放大电路(11);所述电压测量信号(15a)和电流测量信号(15b)分别连接到电压交 流采样电路(8)和电流交流采样电路(9)的输入端，电压交流采样电路(8)和电流交 流采样电路(9)的输出端分别连接到滤波电路(10)的输入端，滤波电路(10)的输出 端分别连接到放大电路(11)的输入端，放大电路(11)的输出端均连接到中央数据处 理器模块(1)的输入端。
3. 根据权利要求书1中所述继电保护装置的控制电路，其特征在于，所述中央数据 处理器模块(1)包括数字信号处理器(14)、晶振电路(13)和数据总线驱动电路(12); 数据总线驱动电路(12)的输出端连接到数字信号处理器(14);晶振电路(13)的输 出端连接到数字信号处理器(14);所述数字信号处理器(14)是型号为TMS320F2812 的芯片。
4. 一种具有权利要求1中所述继电保护装置的控制电路的操作方法，其特征在于，所述操作方法包括如下阶段1) .信号采集阶段模拟量数据采集模块(4)采集输入的电压信号、电流信号；2) .对采集信号整形变换阶段将上述采集信号整形变换处理为较低幅值交流电压， 送入到中央数据处理模块(1)中；3) .设定定时采样时间计数器阶段设定数字信号处理器(14)的计数器为定时采 样的时间计数器，数据处理子程序集中在该时间计数器的中断服务子程序中，并赋予其 中断优先级为系统最高级；4) .计算电网的瞬时参数阶段中央数据处理模块(1)根据采集到离散的电压电流 量，计算电网的瞬时参数；5) .检测电流状态阶段当检测到电流信号处于整定值以内时，系统处于正常运行 状态；当检测到电流瞬时突变时，数字信号处理器(14)发出控制信号；6) .中央数据处理模块判断并控制继电保护装置的开断阶段随着故障产生的行波 陆续到达检测母线，行波信号呈现"突变"，其变换出现的位置和"突变点" 一致，可 以迅速找到故障点位置；中央数据处理电路给出继电保护装置控制信号，经延迟后，再 次判断电流有效值，给断路器发出第二个控制信号，从而控制继电保护装置的开断。
全文摘要
本发明公开一种继电保护装置的控制电路及其操作方法，其控制电路包括中央数据处理器模块、模拟量数据采集模块、开入开出接口模块、通讯模块、电源模块及键盘显示模块。其操作方法包括1)信号采集阶段；2)信号整形变换阶段；3)设定定时采样时间计数器阶段；4)计算电网瞬时参数阶段；5)检测电流状态阶段；6)中央数据处理模块判断并控制继电保护装置开断阶段。本发明有益效果是利用数字信号处理芯片实现继电保护动作控制，提高继电保护可靠性和快速性，克服可编程逻辑控制技术及普通单片机芯片处理速度限制而引起控制滞后、动作不及时缺陷，调节性能和可靠性好，降低因继电保护得误动或拒动带来停产事故的概率。
文档编号H02H7/00GK101227080SQ20071015068
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者周雪松, 尹向前, 张继东, 李显冰, 王新志, 马幼捷 申请人:天津理工大学