就地化继电保护可靠性控制装置和继电保护方法与流程

本发明涉及就地化继电保护可靠性控制装置和继电保护方法，属于电力系统就地化继电保护技术领域。

背景技术：

继电保护装置是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全运行有着非常重要的作用。它在系统发生故障时切除故障设备、对系统安全运行做出贡献，但继电保护的不正确动作对系统造成的危害也是巨大的。继电保护装置要求可靠性、选择性、灵敏性和快速性的统一，其中可靠性是继电保护装置最为重要的要求。

就地化保护装置直接安装于开关场或与一次设备集成安装，由于直接采用户外无防护安装方式，运行环境条件恶劣，同时由于安装于一次设备附近或直接与一次设备集成安装，对其机械性能的要求相对于常规继电保护装置更高。就地化保护采用即插即用的设计，采用更换式检修方式，能够大大提升变电站的建设施工和运维检修效率，为了便于携带和安装，要求就地化保护装置采用小型化设计。综上，就地化保护装置的要求防护等级高、抗干扰能力强、体积小、装置功耗低、正常工作温度范围宽，因此对就地化保护装置的可靠性设计提出了更高的挑战，但是常规的继电保护方式可靠性较低，无法应用在就地化保护装置中。

技术实现要素：

本发明的目的是提供就地化继电保护可靠性控制装置和继电保护方法，用以解决常规的继电保护方法可靠性较低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种就地化继电保护可靠性控制装置，包括主控制模块、启动控制模块和两个数据采样模块，所述两个数据采样模块用于采集电力系统的相关数据信息，所述两个数据采样模块均输出连接所述主控制模块和所述启动控制模块；所述启动控制模块用于根据接收到的相应数据信息进行启动逻辑判别，所述主控制模块用于根据接收到的相应数据信息进行保护逻辑判别和启动逻辑判别；所述控制装置还包括控制信号出口模块，所述主控制模块和启动控制模块输出连接所述控制信号出口模块，所述控制信号出口模块用于：当启动控制模块和主控制模块进行的启动逻辑判别均动作，且主控制模块进行的保护逻辑判别动作时，输出保护动作信号。

所述主控制模块中的启动逻辑判别为：根据所述两个数据采样模块采集到的相关数据信息分别进行启动逻辑判别，当均动作时，则表示主控制模块的启动逻辑判别动作；所述主控制模块中的保护逻辑判别为：根据任意一个数据采样模块采集到的相关数据信息进行保护逻辑判别，当动作时，则表示主控制模块的保护逻辑判别动作；所述启动控制模块中的启动逻辑判别为：根据所述两个数据采样模块采集到的相关数据信息分别进行启动逻辑判别，当均动作时，则表示启动控制模块的启动逻辑判别动作。

在进行保护逻辑判别和启动逻辑判别之前，主控制模块和启动控制模块中均对各自控制模块中的两个数据采样模块传输的相关数据信息进行误差比较，当至少一个控制模块中的两个数据采样模块传输的相关数据信息之间的误差大于设定误差时，闭锁保护逻辑判别和启动逻辑判别，否则，继续进行保护逻辑判别和启动逻辑判别。

所述启动控制模块与变电站GOOSE网络通信连接，用于收发GOOSE信号。

所述主控制模块与启动控制模块通过以太网连接，主控制模块发出的GOOSE信号通过启动控制模块发送到所述变电站GOOSE网络中。

一种就地化继电保护方法，利用两个数据采样模块采集电力系统的相关数据信息，并均传输给主控制模块和启动控制模块；所述启动控制模块根据接收到的相应数据信息进行启动逻辑判别，主控制模块根据接收到的相应数据信息进行保护逻辑判别和启动逻辑判别；当启动控制模块和主控制模块进行的启动逻辑判别均动作，且保护逻辑判别动作时，输出保护动作信号。

所述主控制模块中的启动逻辑判别为：根据所述两个数据采样模块采集到的相关数据信息分别进行启动逻辑判别，当均动作时，则表示主控制模块的启动逻辑判别动作；所述主控制模块中的保护逻辑判别为：根据任意一个数据采样模块采集到的相关数据信息进行保护逻辑判别，当动作时，则表示主控制模块的保护逻辑判别动作；所述启动控制模块中的启动逻辑判别为：根据所述两个数据采样模块采集到的相关数据信息分别进行启动逻辑判别，当均动作时，则表示启动控制模块的启动逻辑判别动作。

在进行保护逻辑判别和启动逻辑判别之前，主控制模块和启动控制模块中均对各自控制模块中的两个数据采样模块传输的相关数据信息进行误差比较，当至少一个控制模块中的两个数据采样模块传输的相关数据信息之间的误差大于设定误差时，闭锁保护逻辑判别和启动逻辑判别，否则，继续进行保护逻辑判别和启动逻辑判别。

所述启动控制模块与变电站GOOSE网络通信连接，以收发GOOSE信号。

所述主控制模块与启动控制模块通过以太网连接，主控制模块发出的GOOSE信号通过启动控制模块发送到所述变电站GOOSE网络中。

本发明提供的就地化保护方式中，设置有两个完全独立的控制模块，主控制模块和启动控制模块中均进行相应的逻辑判别，其中，主控制模块和启动控制模块中均进行启动逻辑判别，而且主控制模块中还进行保护逻辑判别，只有两个启动逻辑判别动作、且保护逻辑判别也动作，才输出保护动作信号。该继电保护方式由两层逻辑判断组成，首先需要满足两个启动逻辑判别动作，只有在这两个启动逻辑判别动作之后才会根据保护逻辑判别来输出保护动作信号。相较于直接进行保护逻辑判断这种继电保护方式，本发明提供的继电保护方式降低了就地化保护误动作的可能性，从而可以满足就地化保护在极端恶劣的运行环境中仍可满足继电保护高可靠性的要求。

并且，在逻辑判断时，利用两个数据采样模块的相关数据进行判断，相较于只有一个数据采样模块，逻辑判断的准确性和可靠性得到提高，降低了只有一个数据采样模块造成误判的可能性。

附图说明

图1是就地化继电保护可靠性控制装置的控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的就地化继电保护可靠性控制装置包括两个完全独立的控制模块，针对各自的功能作用，将这两个控制模块分别称为主控制模块和启动控制模块，在本实施例中，这两个控制模块为在一块板卡上设置的两套完全独立的CPU系统，相应地，这两套CPU系统分别称为主CPU和启动CPU。

为节省空间，这两套独立的CPU系统中的CPU为高集成度低功耗的CPU芯片，比如芯片ZYNQ7020，内部均集成有FPGA，各CPU芯片的外设RAM、Flash等设备也均完全独立。采用集成度高的芯片，在满足继电保护高可靠性的基础上，还能够保证整个控制装置具有较小的尺寸。

由于这两个CPU内部均进行相应的逻辑判别，因此，这两个CPU均输入有相应的电力系统数据信息。各CPU根据对应的数据信息进行逻辑判别，因此，该控制装置包括有两个数据采样模块。在本实施例中，电力系统数据信息采集的对象是电子式互感器，数据采样模块检测的是电子式互感器的SV数字量采样信号。

如图1所示，这两个数据采样模块均输出连接主CPU和启动CPU，两个数据采样模块采样到的电子式互感器的两路SV数字量采样信号均输出给主CPU和启动CPU。主CPU和启动CPU对两路SV数字量采样信号分别进行相应地处理。其中，数据采样模块中，采用点对点方式接收采样值报文，对接收到的报文先进行数字量低通滤波，再根据采样值报文的接收时标进行重新采样，完成不同电子式互感器采样数据的同步和采样率变换。由于点对点方式、低通滤波以及重采样等技术手段均属于常规技术，这里就不再具体说明。

主CPU的功能包括有启动逻辑判别、保护逻辑判别和与站控层设备通信等，启动CPU的功能包括有启动逻辑判别和与过程层设备通信等。

以下对主CPU和启动CPU的逻辑判别的功能进行详细描述。

主CPU根据接收到的两路SV数字量采样信号分别进行保护逻辑判别和启动逻辑判别，启动CPU根据接收到的两路SV数字量采样信号进行启动逻辑判别。

本实施例中，在启动逻辑判别和保护逻辑判别之前，主CPU和启动CPU还可以首先对各自的两路SV数字量采样信号进行比对，即进行误差比较，当这两个CPU中的至少一个CPU中的两路SV数字量采样信号之间的误差较大时，即大于一个设定误差时，就没有启动逻辑判别和保护逻辑判别的必要，则直接闭锁这两个CPU中的保护逻辑判别和启动逻辑判别，否则，继续进行保护逻辑判别和启动逻辑判别。误差具体为两路数字量采样信号中相应数据的误差。两个数据采样模块会对同一数据信息进行两次采样，那就会产生两个采样值，所以，误差比较的是同一数据信息进行的两次采样的采样值的误差，比如：同一电压数据信息的两次采样值。而且，在误差比较时，是对同一CPU中的两路数字量采样信号进行比较，而主CPU和启动CPU之间是不进行误差比较的。另外，如果某一个CPU中的两路数字量采样信号中涉及多种数据，比如：同时包括电压数据和电流数据，那么，在误差判断时，当至少一种数据的误差大于对应的设定误差时，比如：电压数据的误差较大和/或电流数据的误差较大时，那么就表示这两路数字量采样信号的误差大于设定误差，即该CPU中的两路SV数字量采样信号之间的误差较大时，就没有启动逻辑判别和保护逻辑判别的必要，则直接闭锁这两个CPU中的保护逻辑判别和启动逻辑判别。

经过上述判断后，如果误差较小，那么，主CPU根据接收到的相应数字量采样信号分别进行保护逻辑判别和启动逻辑判别，同时，启动CPU根据接收到的相应数字量采样信号进行启动逻辑判别；当主CPU和启动CPU进行的启动逻辑判别均动作，且主CPU进行的保护逻辑判别动作时，输出保护动作信号。也就是说，只有在两路启动逻辑判别均动作的基础上，如果保护逻辑判别也动作，那就输出保护动作信号。所以，有如下情况时是不输出保护动作信号的，比如：至少一路启动逻辑判别没有动作；或者保护逻辑判别不动作。

其中，主CPU中的启动逻辑判别为：根据两路SV数字量采样信号进行启动逻辑判别，每路采样信号均进行一次启动逻辑判别，那么当这两次启动逻辑判别均动作时，则表示主CPU的启动逻辑判别动作。主CPU中的保护逻辑判别为：根据两路SV数字量采样信号中的任意一路数据进行一次保护逻辑判别，当该次保护逻辑判别动作时，则表示主CPU的保护逻辑判别动作。启动CPU中的启动逻辑判别为：根据两路SV数字量采样信号分别进行启动逻辑判别，每路采样信号均进行一次启动逻辑判别，那么当这两次启动逻辑判别均动作时，则表示启动CPU的启动逻辑判别动作。

其中，保护逻辑判别为常规的继电保护动作判断，继电保护的种类为现有技术，比如有：差动保护、距离保护、过流保护等，关于这些继电保护的判定策略同样属于常规技术，这里就不再具体描述，而该主CPU中进行的继电保护的种类视具体的应用对象而定。启动逻辑判别具体为判别运行状态是否发生突变，比如：根据采集到的电流信息判断电流是否发生突变，或者根据采集到的电压信息判断是否存在尖峰电压。另外，不同的保护逻辑判别和启动逻辑判别需要的参数可能是不同的，但是，由于保护逻辑判别和启动逻辑判别属于常规技术，那么根据相应的数字量采样信号进行相应的保护逻辑判别或者启动逻辑判别也属于常规技术，本实施例就不再具体说明。

上述控制策略还可以通过一个控制信号出口模块来实现，该控制信号出口模块接收主CPU和启动CPU输出的判别结果，并对这些判别结果进行处理，处理过程就为上述控制策略，即当主CPU和启动CPU进行的启动逻辑判别均动作，且主CPU进行的保护逻辑判别也动作时，控制信号出口模块输出保护动作信号。

该控制信号出口模块可以是控制芯片，内部加载有根据上述控制策略转换的软件程序，根据该软件程序对主CPU和启动CPU的输出信号进行处理。当然，该控制信号出口模块还可以是具体的硬件结构，在本实施例中，给出一个该硬件结构的具体实施方式。该硬件结构包括一条线路，该线路上串设有两个控制开关，一个出口控制元件的驱动回路通过由这两个控制开关构成的串联线路连接至出口正电源。其中，出口控制元件为出口继电器，由主CPU控制，两个控制开关分别由主CPU和启动CPU独立控制。当启动逻辑判别判定为动作时，控制相应地控制开关闭合，所以，这两个控制开关可以是电控型开关器件，比如IGBT，还可以是继电器的触点。本实施例中，这两个控制开关为继电器的触点，相应地，该硬件结构还包括两个启动控制元件，这两个启动控制元件为两个继电器的控制线圈，分别与上述两个触点相对应。这两个启动控制元件分别由主CPU和启动CPU独立控制，如图1所示，这两个继电器的触点用于开放出口控制元件的驱动信号。

主CPU和启动CPU分别进行启动逻辑判别，当满足动作条件时，驱动启动控制元件，使对应的触点闭合；主CPU进行保护逻辑判别，当满足动作条件时，驱动出口控制元件。所以，当主CPU和启动CPU进行的启动逻辑判别均符合动作条件时，对应的两个触点闭合。这时，如果主CPU进行的保护逻辑判别也符合动作条件，在两个触点闭合的基础上，出口控制元件的驱动线圈才得电，出口控制元件才可以出口，即才能够输出继电保护动作信号。也就是说，只有主CPU和启动CPU进行的启动逻辑判别均动作的基础上，如果主CPU进行的保护逻辑判别也动作，那么，才输出继电保护动作信号。

另外，主CPU和启动CPU之间通过以太网通信连接，实现动作信号以及其他的信号的交互。并且，启动CPU与变电站的GOOSE网络之间也进行通信连接。主CPU发出的动作信号可以分为多路，在本实施例中，分为两路，一路用于正常的继电保护的跳闸动作控制，另一路通过以太网传输至启动CPU，启动CPU用于将动作信号传输到变电站的GOOSE的网络中。

而且，本实施例中，启动CPU根据启动判别逻辑结果决定是否将主CPU发送来的动作信号发送到GOOSE网络中，具体如下：主CPU上电初始化期间通过通信命令向启动CPU下发出口位掩码，如果启动CPU的启动逻辑启动，那么将主CPU的动作信号与出口位掩码相与后进行出口；如果启动CPU启动逻辑未启动，那么将出口位掩码取反，然后将主CPU的动作信号与取反后的出口位掩码相与后进行出口。

上述实施例中，给出了主CPU中的启动逻辑判别和保护逻辑判别、以及启动CPU中的启动逻辑判别的具体方式，当然，本发明并不局限于上述实施方式，作为其他的实施方式，主CPU中的启动逻辑判别和保护逻辑判别、以及启动CPU中的启动逻辑判别均还可以根据两路SV数字量采样信号中的任意一路数据进行判别；或者均根据两路SV数字量采样信号进行判别，当同时动作时，则相应的逻辑判别动作。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述继电保护的基本控制策略，对本领域普通技术人员而言，基于该基本控制策略，针对相关的技术特征，给出优化地实施方式，并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。