专利名称：一种串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统灵活交流输电(FACTS)领域的暂态录波回放系统，具体涉及一种串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统。
背景技术：
交流输电系统的串联电容器补偿技术(简称串补)是将电力电容器串联于交流输电线路中，补偿交流输电线路的部分感性阻抗，从而达到增加线路输送容量、提高系统稳定性、降低网损、节约投资等目的。在远距离、大容量输电系统中，随着输电距离的增加，其输送能力受到越来越多的限制，而串补是解决这个问题、提高超/特高压输电线路送电能力的重要手段之一，具有非常巨大的经济价值，目前在世界各国电力系统中获到了广泛的应用。晶闸管控制串联电容器补偿装置(简称可控串补)通过改变晶闸管的触发角来调节可控串补的等值基波阻抗，实现对等值基波阻抗的动态控制，从而可进一步提高电力系统稳定性，增加输电线路的输送容量，抑制电力系统低频振荡和次同步谐振。当超/特高压输电线路发生短路故障时，可控串补立即转入晶闸管旁路串联电容器模式，可降低系统的短路电流，提高电力系统的稳定性。另一方面，电力系统的迅速发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心的负荷和负荷密度的继续增加，以及电力系统之间的互联，导致现代大电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加。短路电流超标已成为威胁现代电力系统安全运行的重要问题之一。除改变电网结构之外，故障电流限制器装置是解决短路电流超标问题的新思路和新途径。目前，超高压故障电流限制器装置已在华东电网500kV系统挂网运行。控制保护系统是串补装置或故障电流限制器的重要组成部分，其主要作用为检测运行中各种对装置不利的故障情况，正确动作相关保护，及时准确地隔离或切除故障，保证串补装置的安全稳定运行，并配合线路保护来保护系统中的其他设备。除此之外，控制保护系统还能够实现电气量测量和汇总、运行状态监测、录波、人机交互等功能。在串补站内能够实现对旁路断路器、隔离刀间、接地刀间等所有关键设备状态的监视与控制，在调度所内能通过远动设备实现对关键设备状态的监视。控制、保护、监视等主要设备在站控小室内组屏，主站(即站控层)通常设在主控制室，人机界面采用高级语言编程，用图形显示模拟接线图、各功能模块以及采集电气量的数值等。在串补系统或故障电流限制器系统运行过程中，由于许多未知因素的存在，会出现暂态状况，如电流电压越限，频率越限，保护动作或误动、开关动作等故障或异常。要分析这些故障或异常的原因往往需利用暂态录波装置。这种录波装置常被称为电力系统的“黑匣子”，担负着系统故障监测和记录的重任，在发生故障时所记录下的波形无论是对现场在线诊断还是事后分析，都是十分有用的原始资料。其功能包括记录串补装置或故障电流限制器装置各个电气量的变化情况，传输、存储和显示暂态录波回放数据及相关内容，以及查询分析故障事件和系统状态。
目前，国内外其他串补装等装置的暂态录波系统均存在以下缺陷1、缺少回放功能的录波系统功能很不完整，有些甚至没有录波功能，给运行维护和调试分析等工作造成很大困难；2、一般只有独立的、变电站用暂态录波装置，而没有嵌入式的分布式应用的暂态录波装置，使得整个录波系统功能不够强大，架构也不够灵活；3、通信功能较弱，不能满足数字化变电站和IEC61850标准的实施条件；4、分布式存储功能较弱或缺乏；5、处理器的数据采集和处理速度以及可实现的功能不能满足日益增长的用户需求。基于此，迫切需要本领域技术人员开发出一种带有回放功能、满足分布式录波应用需求、有较强通信能力、符合现代数字化变电站实施要求、带有较强的分布式存储功能、 数据处理能力优异、管理功能强大的暂态录波回放系统。该暂态录波回放系统主要针对串补装置的各种工况设计，同时兼顾故障电流限制器的要求，也可拓展到整个灵活交流输电装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有回放功能、通信功能强大、符合现代数字化变电站实施要求、具有较强的分布式录波和存储功能的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，该系统也可用于其它灵活交流输电装置。本发明提供的暂态录波回放系统的回放功能可实现对实际录波文件进行回放，将所记录的电压、电流等电气量的波形经转换后重新输到控制保护装置，以考察控制保护装置在故障和异常过程中的动作行为，从而找出故障和异常的原因，暂态录波回放系统的录波功能包括记录串补装置或故障电流限制器装置的各个电气量的变化情况，传输、存储和显示暂态录波数据及相关内容，以及查询分析故障事件和系统状态。本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统采用下述方案予以实施一种串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其改进之处在于，所述系统包括暂态录波回放卡和暂态录波回放管理机；所述暂态录波回放卡包括DSP处理器、嵌入式处理器、通信接口和录波以太网；所述DSP处理器和嵌入式处理器通过通信接口连接；所述嵌入式处理器连接到录波以太网中；所述暂态录波回放卡采用嵌入式操作系统；所述暂态录波回放管理机包括间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机；所述间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机分别与录波以太网相连接。本发明提供的一种优选的技术方案是所述暂态录波回放系统的输入信号来自于一次设备或一次设备的智能单元，或来自于输出历史录波、仿真和自定义数据的其他记录分析设备；所述设备通过导线和光纤各种物理介质将输入信号输出给所述暂态录波回放系统。本发明提供的第二优选的技术方案是所述暂态录波回放卡配置大容量的分布式存储设备，所述大容量的分布式存储设备为CF卡。本发明提供的第三优选的技术方案是所述暂态录波管理机上安装有暂态录波监控软件和暂态录波显示软件；所述暂态录波监控软件接收暂态录波回放卡上传的录波文件，手动启动单个系统录波或广播启动录波；所述暂态录波显示软件对串补装置或故障电流限制器装置的包含有多种电气量及变化情况、系统状态信息的录波文件进行查看和分析。 本发明提供的第四优选的技术方案是所述录波部分的录波过程包括下述三个步骤①预录波所述暂态录波回放卡将接收到的模拟量数据和IO数据以循环缓存模式存入预录波缓冲区，不管启动录波与否；②启动录波，录波文件写入FLASH:在接收到启动录波命令后，DSP从所述预录波区当前采样点前推预录波点数处开始将数据写入FLASH录波数据区，形成FLASH录波文件；③所述FLASH录波文件上传在录波结束后或空闲时，查询是否有未上传的录波文件，如有，将所述未上传的录波文件上传到所述嵌入式处理器侧。本发明提供的第五优选的技术方案是所述回放部分的回放过程包括下述五个步骤①回放数据下载及存储到FLASH ；②启动回放，每隔大约Ims读取FLASH数据，并缓存到回放数据区；③启动回放时，将所述回放数据缓冲区的数据定时发送到其它板卡，同时更新所述预录波循环缓冲区内的模拟量数据和IO数据；④启动录波，录波文件写入FLASH ；⑤所述FLASH录波文件上传。本发明提供的第六优选的技术方案是所述暂态录波回放卡的录波过程和回放过程同时进行。与现有技术相比，本发明达到的有益效果是1、本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，对于系统调试、日常运行维护检修和故障异常分析等工作十分有利；2、本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，采用控保机箱内置式的暂态录波装置，分布式录波功能强大；可有效地降低了设备成本。还可以和其他独立的、变电站用的录波设备配合使用，可大大增加了录波系统架构的灵活性；3、本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，通信功能较强暂态录波回放卡具有对外以太网通信接口，使其所在的系统结构更加开放、灵活，为数字化变电站和IEC61850标准的实施提供了必要条件；4、本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，带有较强的分布式存储功能，即使不安装暂态录波回放管理机，也可以在当地存储大量录波历史数据文件；分布式存储功能强大，使用方便；5、本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，采用高性能的DSP处理器和嵌入式处理器，数据处理和管理能力优越；6、DSP处理器采用DSP/BI0S作为实时操作系统和软件开发平台，具有实时线程调度和通信、多任务管理和实时监测的功能，程序通用性强，升级维护灵活；嵌入式处理器采用嵌入式操作系统，具有管理功能强大，外设硬件接口和驱动程序均十分丰富，可扩展性强，网络通信功能强大成熟的特点。
图1是暂态录波回放卡录波过程示意图；图2是暂态录波回放卡回放过程示意图；图3是本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的暂态录波回放系统作进一步详细的描述。如图3所示，图3是本发明提供的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统结构图。本发明的暂态录波回放系统由暂态录波回放卡和暂态录波回放管理机组成；暂态录波回放卡包括DSP处理器、嵌入式处理器、通信接口和录波以太网；DSP处理器和嵌入式处理器通过通信接口连接；嵌入式处理器连接到录波以太网中；所述暂态录波回放卡采用嵌入式操作系统。暂态录波回放卡插在间隔层控制保护装置中，其录波功能如下可记录串补装置或故障电流限制器装置各个电气量的变化情况，传输、存储暂态录波数据及相关内容，提供分析故障事件和系统状态的原始数据。其回放功能可实现对实际录波文件进行回放，将所记录的电压、电流等电气量的波形经转换后重新输到保护装置，以考察保护装置在故障和异常过程中的动作行为，从而找出故障和异常的原因。暂态录波回放卡具有对外以太网通信接口，使其所在的系统结构更加开放、灵活，为数字化变电站和IEC61850标准的实施提供了必要条件。暂态录波回放卡配置大容量的分布式存储设备，即使不安装暂态录波回放管理机，也可以在当地存储大量录波历史数据文件，分布式存储功能强大。录波数据可存储在当地大容量移动存储设备CF卡上，取出后可以在所有安装暂态录波管理分析软件的电脑上查看和分析。暂态录波回放卡将DSP处理器运行快速稳定、处理时间确定的数据处理特性和嵌入式处理器出色的通信管理能力及接口丰富的优点结合起来，采用嵌入式操作系统。具有较好的实时性和适用性，集成度高，分布式功能强大，可以满足当前一定时期不断增长的暂态录波回放装置的分布式功能需求和数据采集速度的需求。暂态录波回放卡相关配置情况DSP处理器采用高工作频率、高性能浮点运算芯片，配置FLASH用于暂存录波数据，配置SRAM用作预录波区。嵌入式处理器采用高工作频率、高性能处理器，配置SDRAM和FLASH存储录波数据；可配置大容量的CF卡用于分布式存储录波数据。DSP处理器程序使用DSP/BI0S开发，DSP/BI0S是一个简易的嵌入式操作系统，主要是为需要实时调度、同步以及主机一目标系统通信和实时监测的应用而设计的。在DSP/ BIOS基础上开发暂态录波回放程序，可高效地调试实时应用程序，而且DSP/BI0S是构建于已被证实为有效的技术之上，因此，创建的暂态录波回放程序稳定性好，软件标准化程度
尚ο嵌入式处理器的型号为PXA270，嵌入式处理器程序则采用嵌入式操作系统，具有管理功能强大，外设硬件接口和驱动程序均十分丰富，可扩展性强，网络通信功能强大成熟的特点。暂态录波回放管理机包括间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机；所述间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机分别与录波以太网相连接。暂态录波管理机上安装有暂态录波监控软件和暂态录波显示软件，暂态录波监控软件的功能主要是，接收暂态录波回放卡上传的录波文件，手动启动单个系统录波或广播启动录波，暂态录波显示软件的功能是对串补装置或故障电流限制器装置的包含有多种电气量及变化情况、系统状态等信息的录波文件进行查看和分析。
下面对暂态录波回放卡的录波和回放过程作进一步详细描述录波过程如图1所示。录波过程分为以下3个步骤 ①预录波暂态录波回放卡将接收到的模拟量数据和IO数据以循环缓存模式存入预录波缓冲区，不管启动录波与否；②启动录波，录波文件写入FLASH 在接收到启动录波命令后，DSP从预录波区当前采样点前推预录波点数处开始将数据写入FLASH录波数据区，形成FLASH录波文件；③FLASH录波文件上传在录波结束后或空闲时，查询是否有未上传的录波文件， 如有，将未上传的录波文件上传到嵌入式处理器侧。回放过程如图2所示，回放过程和录波过程同时进行，分为以下5个步骤①回放数据下载及存储到FLASH ；②启动回放，每隔大约Ims读取FLASH数据，并缓存到回放数据区；③启动回放时，将回放数据缓冲区的数据定时发送到其它板卡(装置的其他功能的板卡)，同时更新预录波循环缓冲区内的模拟量数据和IO数据；④启动录波，录波文件写入FLASH ；⑤FLASH录波文件上传。本实施例的暂态录波回放系统，可适用于所有的超高压、特高压串补装置或故障电流限制器装置。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可对申请的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本申请精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述系统包括暂态录波回放卡和暂态录波回放管理机；所述暂态录波回放卡包括DSP处理器、嵌入式处理器、通信接口和录波以太网；所述DSP处理器和嵌入式处理器通过通信接口连接；所述嵌入式处理器连接到录波以太网中；所述暂态录波回放卡采用嵌入式操作系统；所述暂态录波回放管理机包括间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机；所述间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机分别与录波以太网相连接。
2.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述暂态录波回放系统的输入信号来自于一次设备或一次设备的智能单元，或来自于输出历史录波、仿真和自定义数据的其他记录分析设备；所述设备通过导线和光纤各种物理介质将输入信号输出给所述暂态录波回放系统。
3.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述暂态录波回放卡配置大容量的分布式存储设备，所述大容量的分布式存储设备为CF卡。
4.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述暂态录波管理机上安装有暂态录波监控软件和暂态录波显示软件；所述暂态录波监控软件接收暂态录波回放卡上传的录波文件，手动启动单个系统录波或广播启动录波；所述暂态录波显示软件对串补装置或故障电流限制器装置的包含有多种电气量及变化情况、系统状态信息的录波文件进行查看和分析。
5.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述录波部分的录波过程包括下述三个步骤①预录波所述暂态录波回放卡将接收到的模拟量数据和IO数据以循环缓存模式存入预录波缓冲区，不管启动录波与否；②启动录波，录波文件写入FLASH 在接收到启动录波命令后，DSP从所述预录波区当前采样点前推预录波点数处开始将数据写入FLASH录波数据区，形成FLASH录波文件；③所述FLASH 录波文件上传在录波结束后或空闲时，查询是否有未上传的录波文件，如有，将所述未上传的录波文件上传到所述嵌入式处理器侧。
6.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述回放部分的回放过程包括下述五个步骤①回放数据下载及存储到FLASH ；②启动回放，每隔大约Ims读取FLASH数据，并缓存到回放数据区；③启动回放时，将所述回放数据缓冲区的数据定时发送到其它板卡，同时更新所述预录波循环缓冲区内的模拟量数据和 IO数据；④启动录波，录波文件写入FLASH ；⑤所述FLASH录波文件上传。
7.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，其特征在于，所述暂态录波回放卡的录波过程和回放过程同时进行。
全文摘要
本发明涉及一种串补装置或故障电流限制器装置的暂态录波回放系统，该系统包括暂态录波回放卡和暂态录波回放管理机；暂态录波回放卡包括DSP处理器、嵌入式处理器、通信接口和录波以太网；DSP处理器和嵌入式处理器通过通信接口连接；嵌入式处理器连接到录波以太网中；暂态录波回放卡采用嵌入式操作系统；暂态录波回放管理机包括间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机；间隔层暂态录波管理机和站控层暂态录波管理机分别与录波以太网相连接；本发明提供的系统带有回放功能、通信功能强大、符合现代数字化变电站实施要求、具有较强的分布式录波和存储功能，该系统也可用于其它灵活交流输电装置。
文档编号H02J13/00GK102222980SQ20111016052
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者刘慧文, 吴倩, 戴朝波, 王伟, 王爱华, 詹雄 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司