专利名称：基于双cpu的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护装置领域，特别是一种能够正确区分振荡和故障状态以保证继电保护装置正确动作的基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法。
背景技术：
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全运行的重要措施之一。在现代化的电力系统中它是维持系统正常工作不可缺少的部分，它的正确动作，对电力设备的安全运行以及电网的稳定有着重要的意义。电力系统振荡是指并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象，它属于电力系统的一种不正常工作情况。发生振荡后系统可继续运行，保护不必动作。但是由于振荡时电压电流会发生周期性变化，若在某一点电流大于保护的动作值，且持续时间大于保护的动作时间，保护就会动作，这种动作属于误动情况，应该避免，因此对继电保护应装设专门的振荡闭锁装置，且该振荡闭锁装置应有严密的测试系统以保证在振荡时将保护可靠闭锁。目前，国内的振荡闭锁装置的测试系统大多采用单片机进行数学运算，由于受其运算速度的影响，使得检测装置计算得到的数据量比较少或虽然数据量多但不能进行复杂的数学运算。因此为了提高测试装置的小信号输出精度，改善输出信号的幅频特性以及能对电力系统进行较为复杂的模拟，有必要采用一种高速数字信号处理器以进行快速的数字计算和数据传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法及其区分方法，采用双CPU结构，把数据处理和通信分开处理。它利用DSP的快速性实现计算和部分控制任务，而利用单片机作为通信、显示和键盘输入控制DSP，便于远方实行实时监控，用这样的系统来区分出电力系统的故障与振荡状态，并可以获得高精度的检测效果，从最大程度上减小电力系统继电保护装置在不正常运行状态下的误动机率。
本发明的技术方案一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于由数据采集模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块、开关控制模块和通信及显示模块组成，所说的数据采集模块输出端连接A/D转换模块输入端，A/D转换输出信号连接DSP信号处理模块，DSP信号处理模块输出两路信号，其中一路输出与开关控制模块输入端连接，开关控制模块输出控制信号控制振荡闭锁装置动作；另一路输出与通信及显示模块连接实现远程控制及显示器显示。
上述所说的数据采集模块由电流互感器采集系统电量连接运算放大器输出一个幅值与采集量成比例的电量，输出电量接入A/D转换模块。
上述所说的A/D转换模块以AD转换芯片MAX125为核心，MAX125为2×4通道、14位的A/D转换器，每次转换4通道，转换出的数字信号存于内部寄存器14×4RAM中，则转换完成，输出端接入DSP信号处理模块。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制，DSP信号处理模块输出两路信号，其中一路输出与通信及显示模块连接；另一路与开关控制模块输入端连接。
上述所说的通信及显示模块由单片机、显示器和通信接口组成，单片机输出两路信号，其中一路信号与显示器连接，显示系统工作状态；另一路连接外部通信接口，实现单片机的远程控制。
上述所说的开关控制模块通过可编程逻辑控制器PLC来实现对振荡闭锁装置动作的控制，它采用的可编程逻辑控制器是日本OMRON公司CV系列控制器，输出端连接实现其控制的继电保护振荡闭锁装置。
一种继电保护装置中的故障与振荡区分方法，其特征在于它由以下步骤所构成(1)把DSP信号处理模块控制软件控制的输出作为输入信号；(2)计算故障分量两个模值Δi(1)(k)＝|i(k)-i(k-N)|Δi(2)(k)=||i(k)+i(k-N2)|-|i(k-N2)+i(k-N)||,]]>N为每工频周期的采样点数；(3)对系统各变换状态下两种测量值进行比较分析如果i(k-N2)=-i(k-N),]]>有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＝0，则表明系统正常运行；如果i(k-N2)=-i(k-N),]]>且Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＞ε，则表明系统在正常运行下发生故障；如果i(k-N)与 的振荡幅值差为ε1， 与i(k)的振荡幅值差为ε2，有Δi(1)(k)＝ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ε2-ε1，则表明系统处于振荡状态；如果故障产生的幅值差为ig，有Δi(1)(k)＝ig+ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ig+ε2-ε1，即Δi(1)(k)≈Δi(2)(k)＞ε，则表明系统在振荡时发生故障。这样就区分出了振荡与故障的各种状态。
上述步骤(1)所说的DSP信号处理模块的控制软件包括数据处理与数据比较两部分，数据处理部分主要是对外采集信号作相应处理，数据比较部分主要是将处理后的采集信号与预设计的数据进行比较并向系统输出处理信号，通过可编程控制器控制开关的开合，从而控制振荡闭锁装置的动作情况。所说的区分振荡与故障的软件包括数字滤波子程序、故障分量的计算、对系统各变换状态下两种测量值进行比较，输出比较结果，控制振荡闭锁装置动作。
本发明的优越性和技术成果在于①利用高性能数字信号处理芯片实现故障与振荡状态的区分，很大程度上提高检测的速度和精度，减少普通单片机处理速度限制而引起的时间滞后和精度缺陷；②本装置运用了一种新型的故障与振荡区分方法，不仅能区分出故障与振荡状态，还能区分出在振荡期间发生故障的情况；③本装置可以完整区分出系统各种状态，在系统振荡时无论周期多么短都不会误启动，在系统发生单纯的振荡和振荡中再故障时又能正确启动，有效地防止了保护在振荡中的误动作，具有广泛的应用前景；④本装置采用DSP和单片机把数据处理和通信分开处理，满足实时性要求，经通信单片机可以实现远方实时控制，提高电网可靠性，减少经济损失。
附图1为本发明所涉“基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法及其区分方法“中的总体结构示意图。
附图2为本发明所设计的“基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法及其区分方法”的数据采集转换部分的电路结构图。
附图3为本发明所设计的“基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法及其区分方法”的A/D转换模块结构图。
附图4为本发明所设计的“基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法及其区分方法”的开关控制模块结构图。
附图5为本发明所设计的“基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统及其区分方法及其区分方法”中的DSP信号处理模块的软件设计流程图。
具体实施例方式实施方法一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统(见图1)，其特征在于由数据采集模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块、开关控制模块和通信及显示模块组成，所说的数据采集模块输出端连接A/D转换模块输入端，A/D转换输出信号连接DSP信号处理模块，DSP信号处理模块输出两路信号，其中一路输出与开关控制模块输入端连接，开关控制模块输出控制信号控制振荡闭锁装置动作；另一路输出与通信及显示模块连接实现远程控制及显示器显示。
上述所说的数据采集模块(见图2)由电流互感器采集系统电量连接运算放大器输出一个幅值与采集量成比例的电量，输出电量接入A/D转换模块。
上述所说的A/D转换模块(见图3)以AD转换芯片MAX125为核心，MAX125为2×4通道、14位的A/D转换器，每次转换4通道，转换出的数字信号存于内部寄存器14×4RAM中，则转换完成，输出端接入DSP信号处理模块。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器(TMS320C5402)作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制。DSP信号处理模块输出两路信号，其中一路输出与通信及显示模块连接；另一路与开关控制模块输入端连接。
上述所说的通信及显示模块(见图1)由单片机、显示器和通信接口组成，单片机输出两路信号，其中一路信号与显示器连接，显示系统工作状态；另一路连接外部通信接口，实现单片机的远程控制。
上述所说的开关控制模块(见图4)通过可编程逻辑控制器PLC来实现对振荡闭锁装置动作的控制，它采用的可编程逻辑控制器是日本OMRON公司CV系列控制器，输出端连接继电保护振荡闭锁装置，实现其控制。
一种继电保护装置中的故障与振荡区分方法，其特征在于它由以下步骤所构成(1)把DSP信号处理模块控制软件控制的输出作为输入信号；(2)计算故障分量两个模值Δi(1)(k)＝|i(k)-i(k-N)|Δi(2)(k)=||i(k)+i(k-N2)|-|i(k-N2)+i(k-N)||,]]>N为每工频周期的采样点数；(3)对系统各变换状态下两种测量值进行比较分析如果i(k-N2)=-i(k-N),]]>有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＝0，则表明系统正常运行；如果i(k-N2)=-i(k-N),]]>且Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＞ε，则表明系统在正常运行下发生故障；如果i(k-N)与 的振荡幅值差为ε1， 与i(k)的振荡幅值差为ε2，有Δi(1)(k)＝ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ε2-ε1，则表明系统处于振荡状态；如果故障产生的幅值差为ig，有Δi(1)(k)＝ig+ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ig+ε2-ε1，即Δi(1)(k)≈Δi(2)(k)＞ε，则表明系统在振荡时发生故障。这样就区分出了振荡与故障的各种状态。
上述步骤(1)所说的DSP信号处理模块的控制软件(见图5)包括数据处理与数据比较两部分，数据处理部分主要是对外采集信号作相应处理，数据比较部分主要是将处理后的采集信号与预设计的数据进行比较并向系统输出处理信号，通过可编程控制器控制开关的开合，从而控制振荡闭锁装置的动作情况。所说的区分振荡与故障的软件包括数字滤波子程序、故障分量的计算、对系统各变换状态下两种测量值进行比较，输出比较结果，控制振荡闭锁装置动作。
权利要求
1.一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于由数据采集模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块、开关控制模块和通信及显示模块组成，所说的数据采集模块输出端连接A/D转换模块输入端，A/D转换输出信号连接DSP信号处理模块，DSP信号处理模块输出两路信号，其中一路输出与开关控制模块输入端连接，开关控制模块输出控制信号控制振荡闭锁装置动作；另一路输出与通信及显示模块连接实现远程控制及显示器显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于所说的数据采集模块由电流互感器采集系统电量连接运算放大器输出一个幅值与采集量成比例的电量，输出电量接入A/D转换模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于所说的A/D转换模块以AD转换芯片MAX125为核心，MAX125为2×4通道、14位的A/D转换器，每次转换4通道，转换出的数字信号存于内部寄存器14×4RAM中，则转换完成，输出端接入DSP信号处理模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于所说的DSP信号处理模块采用信号处理器作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制，DSP信号处理模块输出两路信号，其中一路输出与通信及显示模块连接；另一路与开关控制模块输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于所说的通信及显示模块由单片机、显示器和通信接口组成，单片机输出两路信号，其中一路信号与显示器连接，显示系统工作状态；另一路连接外部通信接口，实现单片机的远程控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于所说的开关控制模块通过可编程逻辑控制器PLC来实现对振荡闭锁装置动作的控制，它采用的可编程逻辑控制器是日本OMRON公司CV系列控制器，输出端连接实现其控制的继电保护振荡闭锁装置。
7.一种继电保护装置中的故障与振荡区分方法，其特征在于它由以下步骤所构成(1)把DSP信号处理模块控制软件控制的输出作为输入信号；(2)计算故障分量两个模值Δi(1)(k)＝|i(k)-i(k-N)|Δi(2)(k)=||i(k)+i(k-N2)|-|i(k-N2)+i(k-N)||,]]>N为每工频周期的采样点数；(3)对系统各变换状态下两种测量值进行比较分析如果i(k-N2)=-i(k-N),]]>有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＝0，则表明系统正常运行；如果i(k-N2)=-i(k-N),]]>且Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＞ε，则表明系统在正常运行下发生故障；如果i(k-N)与 的振荡幅值差为ε1， 与i(k)的振荡幅值差为ε2，有Δi(1)(k)＝ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ε2-ε1，则表明系统处于振荡状态；如果故障产生的幅值差为ig，有Δi(1)(k)＝ig+ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ig+ε2-ε1，即Δi(1)(k)≈Δi(2)(k)＞ε，则表明系统在振荡时发生故障。这样就区分出了振荡与故障的各种状态。
8.根据权利要求7所述的一种继电保护装置中的故障与振荡区分方法，其特征在于所说的DSP信号处理模块的控制软件包括数据处理与数据比较两部分，数据处理部分主要是对外采集信号作相应处理，数据比较部分主要是将处理后的采集信号与预设计的数据进行比较并向系统输出处理信号，通过可编程控制器控制开关的开合，从而控制振荡闭锁装置的动作情况。所说的区分振荡与故障的软件包括数字滤波子程序、故障分量的计算、对系统各变换状态下两种测量值进行比较，输出比较结果，控制振荡闭锁装置动作。
全文摘要
一种基于双CPU的继电保护故障与振荡检测系统，其特征在于由数据采集模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块、开关控制模块和通信及显示模块组成，其振荡与故障的区分方法为通过模值计算和对测量值的分析比较来实现，不仅能区分出故障与振荡状态，还能区分出在振荡期间发生故障的情况，有效的防止了继电保护装置在振荡过程中的误动作，具有广泛的应用前景。
文档编号G01R19/25GK1945913SQ20061001634
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月26日 优先权日2006年10月26日
发明者马幼捷, 顾亚琴, 周雪松, 王新志, 张继东, 李显冰 申请人:天津理工大学