专利名称：一种可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子应用技术领域，主要涉及可重构型静态无功补偿(SVC) /直流融
冰复合装置的保护系统。
背景技术：
2008年初，我国华中、西南、华东地区发生了严重的雨雪冰冻灾害，其降雪量之大、 冰冻范围之广、持续时间之长为历史罕见。受持续大范围雨雪冰冻天气影响，电网设施覆 冰覆雪严重，断线倒塔线路跳闸现象频发，造成电网巨大损失，局部地区电网甚至遭受毁 灭性打击。为解决输电线路覆冰灾害给电力系统、国民经济乃至全社会造成的重大损失， 国内外关于输电线路融冰进行了大量的分析研究工作。在众多的融冰方案中，基于电力电 子整流技术的直流融冰方案受到了国内外大多数专家学者的青睐，具有非常广泛的发展应 用空间。
由于冰灾发生的时间和频度都较小，若直流融冰设备仅能够作为融冰装置使用，其经 济性较差。为提高设备的利用率，保持设备的健康水平，可以在大功率晶闸管变流技术的 基础上，开发兼顾直流融冰和静止无功补偿两种用途可重构的电力电子装置，即可重构型 静态无功补偿(SVC) /直流融冰复合装置，以满足220kV及以上电压等级输电线路融冰/ 除冰需要。在输电线路没有融冰需求时，作为动态无功补偿装置使用，其功能相当于常规 的静态无功补偿(SVC)装置，可以为系统提供动态无功支撑，阻尼系统低频振荡，提高 系统稳定极限和输送能力。而当输电线路需要融冰时，经过简单的主接线重构，可以较方 便的改为直流融冰装置，将覆冰线路作为负载，施加直流电源，用较低电压为输电线路提 供必要的直流融冰电流来加热导线使其覆冰融化。目前，国内还没有此类装置的应用，在 国外，也只是加拿大的L6vis变电站有一套AREVA公司开发的试运行装置。
由于该装置运行于静态无功补偿(SVC)和直流融冰两种状态，本发明的保护系统就 是针对可重构型静态无功补偿(SVC) /直流融冰复合装置两种运行工况所设计，保证装置 在两种不同运行工况下都能稳定，可靠运行。
发明内容
本发明方案的目的是保证可重构型静态无功补偿(svc) /直流融冰复合装置在两种不
同的工况下均能可靠运行，发生阀短路或交直流系统故障时，能可靠跳闸。
可重构型静态无功补偿(SVC) /直流融冰复合装置的保护系统如附图1所示，该系统 为集成式的保护系统，主要由数据采集处理单元，保护逻辑处理单元，数字量输入输出 (DIDO)处理单元，上位机处理单元几个部分组成。
数据采集处理单元采集系统中所有的交直流电压、电流量，经过预处理，变换成数字 信号后，通过光纤网络，根据同步串行总线(SPI)协议，发送给汇总单元，汇总单元收集 到所有通道的采样值，把所有采样值重新组合编码后，通过同步串行总线(SPI)发送给保 护逻辑处理单元和其它控制单元。
数字量输入输出(DIDO)处理单元通过控制器局部网2 (CAN-bus Network 2)与保 护及控制单元通信，控制器局部网2 (CAN-busNetwork2)工作于多主模式，各单元相互 之间都可以通信，数字量输入输出(DIDO)处理单元接收其它单元发送的命令，执行对 断路器或隔离刀闸的操作，以及断路器隔离刀闸辅助接点状态的采集。
上位机处理单元主要完成系统界面的显示，人机交互，遥控、巡检等功能，通过控制 器局部网1 (CAN-bus Network 1)对各单元进行操作，控制器局部网1 (CAN-bus Network l)工作于主从方式，上位机为主接点，其它接点为从接点，各从接点之间无法通信，上 位机通过广播的方式对各单元进行校时，模式设定等操作，根据内部协议，可以对各单元 进行保护定值的设定、查询、保护压板的投退等功能，各单元的状态信息及事件也可以通 过控制器局部网1 (CAN-busNetwork 1)上传给上位机。
保护逻辑处理单元接收数据釆集处理单元的采样数据，根据需要从接收缓冲区提取保 护相关通道的采样值，运行保护算法，进行保护逻辑的判断。通过控制器局部网1 (CAN-bus Network 1)与上位机通信，完成工作模式，保护定值的设定，并把装置运行中的事件顺序 记录(SOE)发送给上位机；通过控制器局部网2(CAN-bus Network 2)与数字量输入输出 (DIDO)单元进行通信，保护出口后，通过控制器局部网2(CAN-busNetwork2)向数字量 输入输出(DIDO)单元发送跳闸命令，在融冰模式下，还要通过开关量输出去控制整流 器闭锁，并形成旁通对续流。
该装置运行于静态无功补偿(SVC)和融冰两种工作模式，在不同模式下，保护的对 象和范围都不同，所以保护配置也不同，下面介绍一下两种模式下的保护配置情况。 (1) 直流融冰模式 在直流融冰模式下，保护的区域分为三个部分，交流区保护，阀区保护和直流 区保护。保护逻辑框图如图2所示。
交流区保护主要保护整流器输入引线的短路故障，以及电压异常对整流器继续 运行造成的危害。主要配置保护如下 交流过压保护； 交流欠压保护； 交流过流保护；
阀区保护主要保护阀短路故障，配置整流器差动保护。
直流区保护主要保护直流线路的短路故障，保护配置如下
直流断线保护；
直流欠压保护；
直流过流保护；
直流谐波保护；
由于本融冰装置为两个6脉动的整流桥并联，为防止两个整流器因不均流造成 的损害，配置了桥电流不平衡保护。 (2)静态无功补偿(SVC)模式 在该模式下，保护较简单，主要保护TCR支路，保护逻辑框图如图3所示。具体配置 如下
交流过电压保护； 交流欠电压保护； TCR支路过流保护； TCR角内电流速断保护；
保护逻辑处理单元根据上位机下发的工作模式，来决定运行何种保护算法，并执行相 应的故障处理程序。
因此本发明提出了一种应用于可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统， 该系统为集成式的保护系统，包括数据采集处理单元、保护逻辑处理单元、数字量输入输 出处理单元和上位机处理单元，可工作于静态无功补偿和直流融冰两种工作模式，所述数 据采集处理单元为所有所述保护逻辑处理单元和控制单元共享，所有通道的采样值经过编 码汇总后，通过同步串行总线发送给各单元，各单元根据自身的需要提取相关通道采样值。
所有的所述保护逻辑处理单元的跳闸命令，都通过控制器局部网发送给数字量输入输 出处理单元，由所述数字量输入输出处理单元来完成对断路器、隔离刀闸的直接操作。
所述上位机处理单元具有界面的显示、人机交互、保护定值、工作模式的设定、巡检
和遥控功能。
所述系统还包括局部网1和局部网2，其中所述控制器局部网1为主从网，所述上位 机对各单元进行工作模式、保护定值的设定，各单元的事件记录信息也上传给所述上位机， 所述控制器局部网2为多主网，各单元之间通过该网进行包括通信、完成跳闸请求和故障 录波的功能。
所述保护逻辑处理单元具有16路开关量输入和23路开关量输出，且所有开入开出量 均经过光电隔离，还具有12路指示灯，用以指示装置的不同工作状态。
所述保护逻辑处理单元还具有可编程逻辑芯片、数字信号处理器1和数字信号处理器 2，所述可编程逻辑芯片为所述数字信号处理器1和数字信号处理器2所共用，产生两个 数字信号处理器外设的控制及片选信号，所述数字信号处理器1和数字信号处理器2通过 双口RAM进行通信，且利用中断的方式通知对方访问，避免访问冲突。
本发明的优点
1. 本保护系统可以运行于静态无功补偿(SVC)和直流融冰两种工作模式，通过设定 工作模式，可以选择所配置的保护。
2. 本系统的数据采集部分通过SPI总线发送给所有保护逻辑处理单元和其它控制单 元，各保护逻辑处理单元共享数据采集处理模块，避免了各单元之间功能的重叠，减少硬 件投资，简化二次接线。
3. 各保护逻辑处理单元共享数字量输入输出(DID0)处理模块，跳闸命令通过控制 器局部网(CAN网)发送给数字量输入输出(DID0)处理单元，由数字量输入输出(DID0) 单元完成断路器的操作处理，避免了各保护逻辑处理单元通过硬接线来控制断路器，简化 了系统接线，方便保护逻辑处理单元的扩展。
4. 本系统保护逻辑处理单元扩展方便，其数量可根据需要进行配置。
5. 本系统的工作模式和保护定值，由上位机通过控制器局部网(CAN-bus Network) 来设置。
6. 在直流融冰模式下，故障处理时，除了发出跳闸命令外，还可以控制整流器闭锁旁 通，控制整流器的信号均为光信号输出。
图1是依据本发明的保护系统结构图2是依据本发明的保护系统在直流融冰模式下保护逻辑框图； 图3是依据本发明的保护系统在静态无功补偿(SVC)模式下保护逻辑框图4是依据本发明的保护系统的保护逻辑处理单元结构框图。
具体实施例方式
如附图4所示，给出保护逻辑处理单元的具体实现方法。
保护逻辑处理单元主要由两块数字信号处理器(DSP)和一块可编程逻辑芯片(CPLD) 组成，数字信号处理器l (DSP1)为浮点型数字信号处理器，数字信号处理器2 (DSP2) 为定点型数字信号处理器。数字信号处理器1 (DSP1)主要完成各种保护算法的计算功能， 数字信号处理器l (DSP1)接收数据采集单元送来的数据，根据本单元算法的需要，从接 收缓冲区提取相关通道的采样值，运行保护算法，把运算结果放入双端口随机存储器 (Dual-Port Static RAM)，通过中断方式通知数字信号处理器2 (DSP2)去读取数据。
DSP2通过中断读取双端口随机存储器(Dual-Port Static RAM)的数据，运行保护逻 辑判断算法。外部扩展了电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，用于保存保护定值和工作 模式。外部扩展了一个232维护口，用于修改定值，査询装置内部状态等功能。
数字信号处理器2 (DSP2)扩展了两个控制器局部网(CAN-busNetwork),控制器局部 网l(CAN-bus Network l)为数字信号处理器的内部CAN控制器，主要完成与上位机的通 信，包括上位机的广播校时，工作模式设定，定值设定，巡检，上报事件顺序记录(SOE) 等功能，控制器局部网2(CAN-bus Network 2)通过外扩的现场总线控制器(SJA1000)实现， 主要完成与数字量输入输出(DIDO)单元，其它控制单元及保护逻辑处理单元之间的通 信，保护逻辑处理单元的跳闸指令，通过CAN网2发给数字量输入输出(DIDO)单元， 由数字量输入输出(DIDO)单元来完成跳闸操作。发生故障时，数字信号处理器2 (DSP2) 还可以通过控制器局部网2(CAN-busNetwork 2)来启动故障录波。
该处理单元具有16路开关量输入和23路开关量输出，所有开入开出量均经过光电隔 离。同时还具有12路指示灯显示，用于显示装置的工作状态以及保护的动作状态。
可编程逻辑芯片(CPLD)主要为两个数字信号处理器的外设产生片选，控制等信号。 秒脉冲信号(PPS)来自全球卫星定位模块(GPS)，用于数字信号处理器内部的秒计时， 产生系统时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求的保护范围为 准。
权利要求
1.一种应用于可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统，其特征在于该系统为集成式的保护系统，包括数据采集处理单元、保护逻辑处理单元、数字量输入输出处理单元和上位机处理单元，可工作于静态无功补偿和直流融冰两种工作模式，所述数据采集处理单元为所有所述保护逻辑处理单元和控制单元共享，所有通道的采样值经过编码汇总后，通过同步串行总线发送给各单元，各单元根据自身的需要提取相关通道采样值。
2、 如权利要求1所述的可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统，其特征在 于所有的所述保护逻辑处理单元的跳闸命令，都通过控制器局部网发送给数字量输入输 出处理单元，由所述数字量输入输出处理单元来完成对断路器、隔离刀闸的直接操作。3、 如权利要求2所述的可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统，其特征在 于所述上位机处理单元具有界面的显示、人机交互、保护定值、工作模式的设定、巡检 和遥控功能。4、 如权利要求3所述的可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统，其特征在 于所述系统还包括局部网1和局部网2，其中所述控制器局部网1为主从网，所述上位 机对各单元进行工作模式、保护定值的设定，各单元的事件记录信息也上传给所述上位机， 所述控制器局部网2为多主网，各单元之间通过该网进行包括通信、完成跳闸请求和故障 录波的功能。5、 如权利要求4所述的可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统，其特征在于所述保护逻辑处理单元具有16路开关量输入和23路开关量输出，且所有开入开出量 均经过光电隔离，还具有12路指示灯，用以指示装置的不同工作状态。6、 如权利要求5所述的可重构型静态无功补偿/直流融冰复合装置的保护系统，其特征在于所述保护逻辑处理单元还具有可编程逻辑芯片、数字信号处理器1和数字信号处理器2，所述可编程逻辑芯片为所述数字信号处理器1和数字信号处理器2所共用，产生两个 数字信号处理器外设的控制及片选信号，所述数字信号处理器1和数字信号处理器2通过 双口 RAM进行通信，且利用中断的方式通知对方访问，避免访问冲突。
全文摘要
一种应用于可重构型静态无功补偿(SVC)/直流融冰复合装置的保护系统，该系统采用集成式设计，由数据采集处理单元，保护逻辑处理单元，数字量输入输出(DIDO)处理单元和上位机处理单元组成。数据采集处理单元负责采集整个系统的交直流电压电流量，通过同步串行总线发送给所有的保护逻辑处理单元和控制单元；保护逻辑处理单元接收数据采集处理单元的采样数据，运行保护算法，进行保护逻辑的判断；数字量输入输出(DIDO)处理单元通过控制器局部网(CAN-bus Network)接收其它单元发送的命令，执行对断路器或隔离刀闸的操作，以及断路器隔离刀闸辅助接点状态的采集。上位机处理单元完成系统界面的显示，人机交互，遥控、巡检等功能。
文档编号H02G7/16GK101369723SQ20081022358
公开日2009年2月18日 申请日期2008年10月8日 优先权日2008年10月8日
发明者帆 张, 皎 张, 徐丽娟, 徐桂芝, 王明鑫, 平 荆 申请人:中国电力科学研究院;中电普瑞科技有限公司