专利名称：多功能测控装置的智能选相系统及方法
技术领域：
本发明涉及电力系统自动化测量和控制技术领域，具体涉及一种应用于具有选相和智能终端功能的多功能测控装置的高精度智能选相技术及方法。
背景技术：
断路器任意相位进行分合闸操作时，会产生过电压及涌流，危及电力设备的绝缘性和电力系统的稳定性，还会干扰回路上或附近回路灵敏度高的电气设备正常工作，所以在最佳相角实现断路器的分合闸，能够使得分合闸对电力设备和系统冲击最小，对延长电力设备寿命，提高电网稳定性，具有重要意义。目前，选相技术的实现方法，包括两类，具体介绍如下
I)在一次开关设备中通过增加微处理器和外围硬件回路实现选相功能，如中国专利申请号为200920023808. 6的智能选相开关、中国专利申请号为201020279116. O的低压智能选相开关，这类实现方式的问题在于微处理器及外围硬件回路等电子部件经常受到现场恶劣环境和大电流开断而引起的高强度电磁干扰，会影响寿命和可靠性；
2 )专用的智能选相装置，如中国专利申请号为87211356. 6的选相合闸装置、中国专利申请号为200820205799. 8的新型选相合闸控制装置以及中国专利申请号为201120315469. 6的一种选相分闸装置，这类智能选相装置的问题是需要专门的选相装置，硬件成本高，增加了二次回路设计复杂性，而且不具备样本学习、智能学习、智能成长等智能选相辅助功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，不增加额外的硬件装置，在多功能测控装置中实现智能选相功能，提供的多功能测控装置的智能选相系统及方法，采用高精度频率测量、高精度过零检测、断路器参量补偿等一系列软硬件结合的综合选相技术，结合独特的智能选相辅助方法，达到高精度的智能选相功能，实现了选相功能的智能化，从而使得分合闸对电力设备和系统冲击最小，延长电力设备的使用寿命，提高电网稳定性，具有良好的应用前景。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案
一种多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于包括微处理器模块、FPGA、模拟量采集电路、AD采样电路、过零检测电路、遥信采集电路、断路器参量接口电路、跳合闸出口电路和以太网接口电路，所述模拟量采集电路设有两路输出端，一路输出端通过过零检测电路、FPGA与微处理器模块相连接，另一输出端通过AD采样电路与微处理器模块相连接，所述微处理器模块还分别与遥信采集电路、断路器参量接口电路、跳合闸出口电路、以太网接口电路相连接。前述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述微处理器模块包括，逻辑运算中枢，用于测控运算和智能选相逻辑运算；
智能学习中枢，用于实现样本学习、智能学习、智能成长、智能选相的辅助功能；
所述逻辑运算中枢为DSP处理器、智能学习中枢为PowerPC处理器，DSP处理器与PowerPC处理器通过双口 RAM完成数据信息交互。前述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述FPGA为数据同步采样中枢，用于产生与GPS同步的采样脉冲信号，并通过逻辑运算中枢控制AD采样电路的采集速率，以及检测过零检测电路的过零方波信号，记录三相电压、三相电流的精确过零时刻，并传送给逻辑运算中枢。前述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述过零检测电路采样电压、电流信号，输出过零时刻同步的方波信号。前述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述断路器参量接口电路包括断路器环境温度接口、操作电压接口、SF6气体压力接口和分合闸电流接口，DSP处理器通过断路器参量接口电路对断路器状态进行在线监测，通过实时在线监测的参量及断路器样本曲线实现对断路器分合闸时间的精确补偿。 前述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述智能学习中枢，对于每次断路器的分合闸操作，通过遥信采集电路回采的断路器位置信号及AD采样电路采集的电压、电流实际分合闸相角，记录并保存动作轨迹完成智能学习。前述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述智能学习中枢，包括，样本学习，对断路器分合闸样本数据进行抽取形成样本曲线，并且能根据实时在线监
测的断路器参量对样本曲线进行抽取和拟合，获得准确的断路器分合闸时间参量补偿量；智能学习，对于每次断路器分合闸操作，通过回采断路器位置信号及电压、电流分合闸时刻相角，记录断路器实际动作轨迹完成智能学习，智能学习记录的动作轨迹可以为人工分析提供数据，也可以通过智能成长对样本曲线进行修正和补偿；
智能成长，根据智能学习记录的轨迹，计算样本数据的误差及补偿量，对样本数据进行自动补偿，形成新的修正后样本曲线。基于权利要求1多功能测控装置的智能选相方法，其特征在于包括以下步骤，步骤(I)当多功能测控装置接收到遥控或来自保护的跳合闸命令信号后，判断过零点
分合闸类型，若为电流过零点分合闸，则得到A、B、C三相电流过零点时刻，若为电压过零点分合闸，则得到A、B、C三相电压过零点时刻；
步骤(2)根据DSP处理器计算的频率及断路器固有分合闸时间计算A、B、C三相的固定分合闸延时时间；
步骤(3)获得断路器分合闸时间参量及补偿量；具体实现如下DSP处理器将通过断路器参量接口电路获得的断路器在线监测量通过双口 RAM传送到智能中枢PowerPC处理器，智能中枢根据实时在线监测量对断路器参量样本曲线进行抽取和拟合，得到断路器参量及补偿量，并将参量及补偿量回传给DSP处理器；
步骤(4) DSP处理器对断路器参量进行补偿；
步骤(5)计算A、B、C三相补偿后的分合闸延时时间；
步骤(6)在步骤(I)得到的过零点时刻后，等待步骤(5)计算的A、B、C三相的分合闸延时，若A相延时时间到，触发断路器的A相分合闸，若B相延时时间到，触发断路器的B相分合闸，若C相延时时间到，触发断路器的C相分合闸。本发明的有益之处在于本发明的多功能测控装置的智能选相系统及方法，对影响选相精度的三要素，频率测量精度、过零时刻检测精度以及断路器分合闸时间参量精度，进行综合分析和研究，采用一系列综合选相和独特的智能选相辅助技术，不仅实现了高精度的智能选相，而且实现了选相功能的智能化，具有以下优点
1)本发明的智能选相系统，不需要增加额外的硬件设备，在不增加硬件成本的同时，在多功能测控装置中实现了在断路器的最佳位置选相分合闸功能；
2)对影响选相精度的三要素，包括频率测量精度、过零时刻检测精度、断路器分合闸时间参量精度，进行综合分析和研究，采用高精度频率测量、高精度过零检测电路、断路器参量实时补偿技术等一系列软硬件结合的综合技术进行选相，实现高精度的选相；
3)本发明具有智能选相辅助功能，实现对影响选相精度要素的断路器分合闸时间的精确补偿，从而提高选相精度，实现选相的智能化。本发明能够在不增加硬件成本的同时，使得断路器分合闸的操作过程对电力设备和系统冲击最小，对延长电力设备寿命，提高电网稳定性，具有良好的应用前景。
图1是本发明的多功能测控装置的智能选相系统的系统框图。图2本发明的多功能测控装置的智能选相系统逻辑实现的流程图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。如图1所示，多功能测控装置的智能选相系统，包括微处理器模块、FPGA、模拟量采集电路、AD采样电路、过零检测电路、遥信量采集电路、跳合闸出口电路和以太网接口电路，模拟量采集电路设有两路输出端，一路输出端通过过零检测电路、FPGA与微处理器模块相连接，另一输出端通过AD采样电路与微处理器模块相连接，微处理器模块还分别与遥信采集电路、断路器参量接口电路、跳合闸出口电路、以太网接口电路相连接。所述微处理器模块包括
逻辑运算中枢，用于测控运算和智能选相逻辑运算；
智能学习中枢，用于样本学习、智能学习、智能成长的选相的智能辅助功能，其中样本学习，对断路器分合闸样本数据进行抽取形成样本曲线，并且能根据实时在线监测的断路器参量对样本曲线进行抽取和拟合，获得准确的断路器分合闸时间参量补偿量；智能学习，对于每次断路器分合闸操作，通过回采断路器位置信号及电压、电流分合闸时刻相角，记录断路器实际动作轨迹完成智能学习，智能学习记录的动作轨迹可以为人工分析提供数据，也可以通过智能成长对样本曲线进行修正和补偿；
所述逻辑运算中枢为DSP处理器、智能学习中枢为PowerPC处理器，DSP处理器与PowerPC处理器通过双口 RAM完成数据信息交互。所述FPGA为数据同步采样中枢，用于产生与GPS同步的采样脉冲信号，并通过逻辑运算中枢控制AD采样电路的采集速率，以及检测过零检测电路的过零方波信号，记录三相电压、三相电流的精确过零时刻，并传送给逻辑运算中枢。
所述过零检测电路采样电压、电流信号，输出过零时刻同步的电压、电流过零方波信号。所述断路器参量接口电路包括断路器环境温度接口、操作电压接口、SF6气体压力接口和分合闸电流接口，DSP处理器通过断路器参量接口电路对断路器参量进行在线监测，通过实时在线监测的参量及断路器样本曲线实现对断路器分合闸时间的精确补偿。所述智能学习中枢，对于每次断路器的分合闸操作，逻辑中枢通过遥信采集电路回采断路器位置信号，通过AD采样电路采集电压、电流得到实际分合闸相角，并通过双口RAM传送到智能学习中枢，智能学习中枢记录每次学习轨迹完成智能学习。本发明的多功能测控装置的智能选相系统，对于影响选相精度的三要素，频率测量的精度、过零时刻检测的精度、断路器分合闸时间的参量精度采用软硬件结合的综合技术实现高精度选相，包括
DSP处理器对频率进行高精度测量，频率误差优于O. OOlHz,对应相位误差优于O. 0072，具体实现如下智能选相系统的交流信号输入回路采用新型毫安级精密互感器，体积小、精度高、温度特性好。交流信号经互感器变换后经过模拟抗混叠低通滤波器输入本发明的AD采样电路，AD采样电路采用16位高精度A/D转换芯片，交流信号采样率最高可到10kHz，并由FPGA控制数据同步采样，FPGA能够产生与对时信号精确同步的同时满足等间隔整周期采样的采样脉冲信号，直接通过DSP处理器控制AD采样电路采集交流信号，DSP处理器的软件设计为每周波80点采样、采用64点拉格朗日插值重采样技术、64点FFT算法、软件频率跟踪技术等实现了高精度频率测量。过零检测电路连接FPGA，FPGA判断精确过零时刻的误差优于I微秒，对应相位误差优于O. 018度、PowerPC处理器能够实现对断路器分合闸时间参量的实时补偿，满足选相的高精度要求。所述跳合闸出口电路设有两组分相跳合闸出口，可实现A相、B相、C相分相控制，还具有分相跳合闸电流保持回路，能够保证断路器定相分合闸可靠动作。如图2所示，运行在上述的智能选相系统上的智能选相逻辑的实现流程，包括以下步骤，
第一步，当多功能测控装置接收到遥控或来自保护的跳合闸命令信号后，判断过零点分合闸类型，若为电流过零点分合闸，则通过FPGA实时过零检测电路得到A、B、C三相电流过零点时刻，若为电压过零点分合闸，则通过FPGA实时过零检测电路得到A、B、C三相电压过零点时刻。第二步，根据第一步测量的过零点时刻、DSP处理器计算的频率及断路器固有分合闸时间得到A相、B相、C相的固定的分合闸延时。第三步，获得断路器分合闸时间参量及补偿量；具体实现如下
DSP处理器将通过断路器参量接口电路获得的断路器在线监测量通过双口 RAM传送到智能中枢PowerPC处理器，智能中枢根据实际在线监测量对断路器参量样本曲线进行抽取和拟合，得到断路器参量及补偿量，并将参量及补偿量回传给DSP处理器；
第四步，DSP处理器对断路器参量进行补偿；
第五步，计算A、B、C三相补偿后的分合闸延时时间；
第六步，在第一步得到的过零点时刻后，等待第五步计算的A、B、C三相的分合闸延时,若A相延时时间到，触发断路器的A相分合闸，若B相延时时间到，触发断路器的B相分合闸，若C相延时时间到，触发断路器的C相分合闸。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用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.多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于包括微处理器模块、FPGA、模拟量采集电路、AD采样电路、过零检测电路、遥信采集电路、断路器参量接口电路、跳合闸出口电路和以太网接口电路，所述模拟量采集电路设有两路输出端，一路输出端通过过零检测电路、 FPGA与微处理器模块相连接，另一输出端通过AD采样电路与微处理器模块相连接，所述微处理器模块还分别与遥信采集电路、断路器参量接口电路、跳合闸出口电路、以太网接口电路相连接。
2.根据权利要求书I所述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述微处理器模块包括，逻辑运算中枢，用于测控运算和智能选相逻辑运算；智能学习中枢，用于实现样本学习、智能学习、智能成长、智能选相的辅助功能；所述逻辑运算中枢为DSP处理器、智能学习中枢为PowerPC处理器，DSP处理器与 PowerPC处理器通过双口 RAM完成数据信息交互。
3.根据权利要求书I所述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述FPGA 为数据同步采样中枢，用于产生与GPS同步的采样脉冲信号，并通过逻辑运算中枢控制AD 采样电路的采集速率，以及检测过零检测电路的过零方波信号，记录三相电压、三相电流的精确过零时刻，并传送给逻辑运算中枢。
4.根据权利要求书I所述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述过零检测电路采样电压、电流信号，输出过零时刻同步的方波信号。
5.根据权利要求书I所述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述断路器参量接口电路包括断路器环境温度接口、操作电压接口、SF6气体压力接口和分合闸电流接口，DSP处理器通过断路器参量接口电路对断路器状态进行在线监测，通过实时在线监测的参量及断路器样本曲线实现对断路器分合闸时间的精确补偿。
6.根据权利要求书I或2所述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述智能学习中枢，对于每次断路器的分合闸操作，通过遥信采集电路回采的断路器位置信号及AD采样电路采集的电压、电流实际分合闸相角，记录并保存动作轨迹完成智能学习。
7.根据权利要求书6所述的多功能测控装置的智能选相系统，其特征在于所述智能学习中枢，包括，样本学习，对断路器分合闸样本数据进行抽取形成样本曲线，并且能根据实时在线监测的断路器参量对样本曲线进行抽取和拟合，获得准确的断路器分合闸时间参量补偿量；智能学习，对于每次断路器分合闸操作，通过回采断路器位置信号及电压、电流分合闸时刻相角，记录断路器实际动作轨迹完成智能学习，智能学习记录的动作轨迹可以为人工分析提供数据，也可以通过智能成长对样本曲线进行修正和补偿；智能成长，根据智能学习记录的轨迹，计算样本数据的误差及补偿量，对样本数据进行自动补偿，形成新的修正后样本曲线。
8.基于权利要求1的多功能测控装置的智能选相方法，其特征在于包括以下步骤，步骤(I)当多功能测控装置接收到遥控或来自保护的跳合闸命令信号后，判断过零点分合闸类型，若为电流过零点分合闸，则得到A、B、C三相电流过零点时刻，若为电压过零点分合闸，则得到A、B、C三相电压过零点时刻；步骤(2)根据DSP处理器计算的频率及断路器固有分合闸时间计算A、B、C三相的固定分合闸延时时间；步骤(3)获得断路器分合闸时间参量及补偿量；具体实现如下DSP处理器将通过断路器参量接口电路获得的断路器在线监测量通过双口 RAM传送到智能中枢PowerPC处理器， 智能中枢根据实时在线监测量对断路器参量样本曲线进行抽取和拟合，得到断路器参量及补偿量，并将参量及补偿量回传给DSP处理器；步骤( 4) DSP处理器对断路器参量进行补偿；步骤(5)计算A、B、C三相补偿后的分合闸延时时间；步骤(6)在步骤(I)得到的过零点时刻后，等待步骤(5)计算的A、B、C三相的分合闸延时，若A相延时时间到，触发断路器的A相分合闸，若B相延时时间到，触发断路器的B相分合闸，若C相延时时间到，触发断路器的C相分合闸。
全文摘要
本发明公开了一种多功能测控装置的智能选相系统及方法，对影响选相精度的三要素，包括频率测量精度、过零时刻检测精度以及断路器分合闸时间参量精度进行综合分析和研究，采用高精度频率测量、高精度过零检测、断路器参量补偿一系列软硬件结合的综合选相技术，结合独特的选相智能辅助功能，不仅实现高精度的智能选相，还实现了选相功能的智能化，本发明能够使得断路器分合闸对电力设备和系统冲击最小，延长电力设备的使用寿命，提高电网稳定性，具有良好的应用前景。
文档编号H02J13/00GK103051062SQ201210578850
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者唐成虹, 黄国方, 沈健, 庄莹, 殷垚, 阎承志, 张敏, 谭阔, 彭奇 申请人:国电南瑞科技股份有限公司