专利名称：数字式分散软硬件容错式保护技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统的继电保护技术，尤其是涉及一种数字式分散软 硬件容错式保护技术，属于电力自动化技术领域。
背景技术：
在全国联网和电力市场化后，对继电保护的安全可靠性、快速性提出了更 高的要求，如何保证超高压保护以及分布式发电中使用的数字保护在保护区内 故障时能快速、可靠地动作，而在区外故障时又可靠的不误动，这给继电保护 工作者又提出了新的任务和要求。目前的保护装置主要采用的是单系统、 一体
化的结构，该结构将装置的所有功能都集中在一个CPU中，在技术上过分依赖
于硬件的可靠性，当系统的可靠性不好时，容易使保护装置失去部分或者全部 功能，而且现有的保护方式并不能有效地区分区内故障和区外故障，这就需要 突破现有的保护方式提出一个全新的解决方案，数字式分散软硬件容错式保护 技术就是在当前这一背景下提出的。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明从电力一次系统的故障特征入手，分别考 虑到超高压、交流直流混合系统、分布式发电系统故障的特征，实现了数字式 分散软硬件容错式保护技术，改善了数字发电机变压器保护的性能。
为解决上述问题，本发明式通过以下的技术方案来实现的:
一种数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于其包含分散技术和容 错技术，所述的容错技术包括硬件容错技术、算法容错技术、信息容错技术。
前述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于所述的分散技术采 用基于双环网架构的分布式保护CPU系统来实现保护软硬件的分散。
前述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于所述的硬件容错技 术采用双模块系统，其一为工作模块，另一为备用模块，检测到工作模块失效 时，自动解除故障模块在保护中的判断作用。
前述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于所述的算法容错技
术采用基于常规保护原理的ANN多原理容错式智能保护技术，同时对于基于工频 量保护原理中采用的不同的数字滤波器和基于暂态信号的暂态保护中的小波滤 波器组，设计出考虑动态容错性能指标的滤波器，并采用多重滤波算法保证对 暂态窗中非有效数据的容错能力。
前述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于所述的信息容错技 术，应用小波算法检测并剔除数字保护中的坏数据和不良数据来实现信息容错。
本发明的有益效果是本发明使用分散式软硬件结构，硬件采用容错式设
计，并由软件对硬件功能进行配置，并具备算法和信息容错，从而解决了由大
规模的技术集成和高度的软硬件集成带来的保护技术发展瓶颈，分担了保护装
置的硬件风险和软件风险，提高了保护装置的可靠性和灵活性。
图l为本发明的分散技术的保护系统示意图2为本发明的硬件容错技术的双CPU并行处理出口模式示意图3为显示了一个用ANN技术实现的容错式智能多原理差动保护的实现方
案的示意图。
具体实施例方式
(一) 分散技术
分散技术采用基于双环网架构的分布式保护CPU系统来实现保护软硬件的 分散。分散技术的思想是利用强大的网络通讯功能，将具体的保护判据模块、 跳闸出口功能等合理高效的划分到各个CPU中，通过软件平台的配置整合，实
现继电保护装置在数据信息、保护原理、逻辑出口各方面最大程度的资源共享 和互补。
保护平台采用分布式结构，多CPU并行处理方式，充分考虑保护的冗余和 容错性能。各CPU单元之间基于双环网结构实现数据的共享与同步。图l为本 发明的分散技术的保护系统示意图，如图所示，。并行处理的CPU的0、 E已经 不再是传统意义上的两块模件，而是建立在一个软件平台级的双CPU并行处理 方式。理论上，任何一块CPU模件上既可配置0的保护，也可配置E的保护； 每种保护的跳闸出口继电器不一定就在配置了该种保护的CPU模件上，而可以 是在任何一块CPU模件上，这些都由软件来统一组态。通过这种系统架构实现 了保护系统在硬件、原理和具体保护配置上的分散设计，在最大程度上实现了 保护系统的容错。
(二) 容错技术
容错技术的思想是允许错误数据、信息和故障硬件存在，但保护设备不受 影响或将影响减为最小。 1、硬件容错技术
硬件容错技术采用的解决方案是独立多模块结构、多CPU并行处理技术。
通常最多的是应用双模块系统来实现硬件容错，其一为工作模块，另一为备用 模块。当检测到工作模块失效时，自动解除故障模块在保护中的判断作用。保 护装置在设计上必须要保证，在装置内任何一套保护系统硬件的任何一个环节 出现问题的时候，不应该使被保护对象失去保护。
图2为本发明的硬件容错技术的双CPU并行处理出口模式示意图。如图所 示，正常情况下，在保证出口回路悬浮不带电的安全机制下，同一组信息和数 据由两个相同但相互独立的保护CPU系统CPU1、 CPU2同时进行同样的处理和判 断，"与"门出口。这样更有效的防止了硬件回路中元件损坏造成保护装置误出
如果装置内并列运行的两套保护CPU系统CPU1、 CPU2当中的某一套出现故 障，则该套出现故障的CPU系统将自动退出出口组合，剩下的一套正常的CPU 系统仍可以继续运行，可以正常独立出口跳闸，从而继续实现对被保护对象的 保护作用。这样就从根本上消除了采用双系统与门出口方式带来的保护装置拒 动的隐患。
2、算法容错技术 (1)基于常规保护原理的ANN多原理容错式智能保护方案
基于保护理论的ANN技术提供的是一种方法，是一种能够使A丽技术在继 电保护领域中真正获得运用的有效方法和途径。运用ANN技术中的BP网，在BP 网的输入层使用成熟的保护原理，并且通过网络的合理连接完成网络的第一层， 从而使网络的第一层直接反应了保护的原理。从网络连接可以看出，并不是每 一个输入层结点和所有的隐含层结点之间都有连接。每一个有连接的权系数wij 已经具有明确的物理概念(如差动保护原理的制动系数、启动电流等)。这也正 是保护原理在网络结构上的反应。
图3为显示了一个用ANN技术实现的容错式智能多原理差动保护的实现方 案的示意图。如图所示，以下以差动保护中简化出的一部分功能模块为例，说 明基于保护原理的ANN技术的具体应用。 输入层选择
由于是以保护理论为基础的BP网，因此在选择输入量时全部为成熟的保护 原理——比率制动原理和标积制动原理。在实现保护算法时，充分考虑不同的 算法对暂态、饱和抑制能力以及保护自身的灵敏度等因素的影响。
输入量1和2: Ini和In2—比率和标积制动原理的动作量和制动量，其算 法对暂态响应的抑制能力相对较强。
输入量3和4: Im和In4 —比率和标积制动原理的动作量和制动量，其 算法对饱和响应的抑制能力相对较强。
输入量5: In5 -标积制动原理的制动量，其算法对暂态响应的抑制能力 相对较强。
输入量6: I加-标积制动原理的制动量，其算法对饱和响应的抑制能力
相对较强。 输出层选择
对继电保护而言输出量只要两个就够了区内故障和区外故障。但在理论
研究时可以根据设计网络的思路分得更细一些，以获取BP网分类后的更多的技 术信息。
输出量l: 01 —区内严重故障。以故障电流达2倍及以上的额定电流为依
据；
输出量2: 02 —区内轻微故障或穿越性故障。以故障电流小于2倍的额定 电流为依据，特别是轻微故障仍具有穿越性电流时的情况尤其要考虑；
输出量3: 03—暂态状态。用于反应保护对暂态过程的抑制能力；
输出量4: 04—饱和状态。用于反应保护对饱和过程的抑制能力；
输出量5: 05—区外故障。用于反应外部短路故障。 隐含层选择
隐含层结点数直接反应的是o保护原理。
结点1和2: Hl和H2—比率制动原理。其算法对暂态响应和饱和的抑制能
力相对较强。
结点3和4: H3和H4 —标积制动原理。其算法对暂态响应和饱和的抑制能
力相对较强。
权系数的等约束和不等约束条件
BP网络第一层的权系数Wij已经具有明确的物理概念。因此可根据保护的
原理给予它们相应的约束。
根据图l的结构，可给予Wu如下的约束
a) 不等约束条件
W2l/Wl1和W42/W32:比率制动系数(Kz)。根据保护整定要求可约束为 0. 2—0. 5之间；
W53/Wl3禾n W64/W34:标积制动系数(Kb )。根据保护整定要求可约束为
0. 8—1.2之间。
b) 等约束条件
除了上述不等约束条件外其余的权系数都为零。艮卩Wl2 、 Wl4、 W22、 W23、 W24、 W31、 W33、 W41、 W43、 W44、 W51、 W52、 W54、 W61、 W62、 W64=0。
基于保护理论的ANN技术的研究将继电保护的原理和ANN的技术有机地结合 了起来，充分发挥了继电保护的原理优势和A丽的技术特点，使保护理论和ANN 网寻找到了一个最佳的结合途径。为研制高可靠、高稳定、高灵敏度的保护提 供了有效的途径。
(2)滤波算法的容错技术
数字滤波的动态过程发生在以下几个过程
① 、在故障启动的瞬间，由于故障数据还没有全部进入数字滤波器的数据 窗，这时数字滤波器就会经历动态过程；
② 、在一次系统故障暂态过程中，如信号中含有非周信号引发CT暂态饱和 而导致的数字滤波器动态过程；
③ 、区外故障切除恢复的过程中，由故障电流变为正常的负荷电流，继电 器返回的过程中的数字滤波器动态过程。
为改善数字滤波算法的动态容错性能，对于基于工频量保护原理中采用的 不同的数字滤波器和基于暂态信号的暂态保护中的小波滤波器组，设计考虑到 动态容错性能指标的滤波器。
首先，通过理论分析，分析出数字滤波器的动态性能指标，同时，结合数 字信号处理理论，提出适用于数字保护并考虑到动态容错性能指标的设计方法， 通过原理样机，用实验验证算法的合理性、理论分析的正确性、各种参数设计 的准确性，设计出性能可靠、动态性能指标和稳态性能指标都非常好的数字滤 波器，并将这些算法应用在数字主设备保护中，进一步提高数字差动保护的可
靠性。采用DSP先进的硬件平台，实现性能可靠、动作灵敏的数字差动保护。 对应用在数字保护中各种数字滤波器的动态性能指标做出评估，通过研究变数 据窗的数字滤波器组来适应各种一次系统动态过程。采用多重滤波算法保证对 暂态窗中非有效数据的容错能力，在提高数字保护快速性的同时不降低可靠性。 3、信息容错技术
小波算法是一种变采样率的动态滤波算法，应用小波算法对数字保护中的 坏数据和不良数据的进行检测并剔除，提高数字保护对坏数据和不良数据的抵 抗能力，实现小波算法在具体的数字发电机变压器组保护中抗干扰、容错的作 用，增强了数字保护在动态过程中的鲁棒性。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式 所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1、数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于其包含分散技术和容错技术，所述的容错技术包括硬件容错技术、算法容错技术、信息容错技术。
2、 根据权利要求1所述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于 所述的分散技术采用基于双环网架构的分布式保护CPU系统来实现保护软硬件的分散。
3、 根据权利要求1所述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于 所述的硬件容错技术采用双模块系统，其一为工作模块，另一为备用模块，检 测到工作模块失效时，自动解除故障模块在保护中的判断作用。
4、 根据权利要求1所述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于 所述的算法容错技术采用基于常规保护原理的ANN多原理容错式智能保护技术， 同时对于基于工频量保护原理中采用的不同的数字滤波器和基于暂态信号的暂 态保护中的小波滤波器组，设计出考虑动态容错性能指标的滤波器，并采用多 重滤波算法保证对暂态窗中非有效数据的容错能力。
5、 根据权利要求1所述的数字式分散软硬件容错式保护技术，其特征在于 所述的信息容错技术，应用小波算法检测并剔除数字保护中的坏数据和不良数 据来实现信息容错。
全文摘要
本发明涉及一种数字式分散软硬件容错式保护技术，包含分散技术和容错技术，分散技术采用基于双环网架构的分布式保护CPU系统来实现保护软硬件的分散；容错技术包含采用多CPU并行处理方式实现硬件容错；采用智能ANN技术实现保护原理算法容错，对于基于工频量保护原理中采用的不同的数字滤波器和基于暂态信号的暂态保护中的小波滤波器组，设计考虑动态容错性能指标的滤波器，以改善数字滤波算法的动态容错性能；检测和剔除数字保护中的不良数据和坏数据，实现信息容错。本发明使用分散式软硬件结构，硬件采用容错式设计，由软件配置硬件功能，并具备算法和信息容错，分担保护装置的硬件风险和软件风险，提高了保护装置的可靠性。
文档编号H02H7/26GK101183787SQ200710191299
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者吴济安, 陆于平 申请人:国电南京自动化股份有限公司