CN101350519B

CN101350519B - 一种实时同步的光纤纵差保护装置及方法

Info

Publication number: CN101350519B
Application number: CN2008101961496A
Authority: CN
Inventors: 张杭; 王道军; 毛庆
Original assignee: NANJING INTELLIGENT APPARATUS CO Ltd
Current assignee: NANJING INTELLIGENT APPARATUS CO Ltd
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: CN101350519A

Abstract

本发明创造涉及一种基于实时同步方法的光纤纵差保护装置，为了解决同步后由于晶振偏差、采样零点偏差导致的失步问题，其技术方案：装置包括电压电流采样模件、数字滤波校准模件、开关量输入输出模件、控制模件、HMI模件、电源模件。上述的电压电流采样模件采用传感器将高压模拟信号变成计算机所能识别的数字信号，数字滤波校准模件包括FPGA等；控制模件包括coldfire处理器、SRAM存储器、非易失存储器、光纤接口器件、CPLD控制器；HMI模件包括液晶显示器、四向导航键、指示LED。本发明创造在保护装置上电后，只需进行一次同步校准，在以后的采样中实时微调，而不是等到失步后再进行同步校准。

Description

一种实时同步的光纤纵差保护装置及方法

技术领域

本发明创造涉及电力系统自动化技术，特别涉及一种基于实时同步方法的光纤纵差保护装置。

背景技术

随着光纤数字通信技术的日益发展及其在电力系统中的逐步应用，光纤纵差保护以其原理简单、性能可靠的优点在输电线路中逐步得到广泛的应用。与传统的电流保护和距离保护相比，输电线路电流差动保护比较线路两侧电流量，具有免除负荷电流影响、不反应系统振荡、选择性好和灵敏度高等特点。与其它数据通道相比，光纤通道具有抗电磁干扰能力强、误码率低、工作稳定等优点。

光纤纵差保护的动作原理与模拟式相同，其特点是将各端电流波形数字化，用脉码通信方式进行传送，然后利用微处理器进行动作判定，但要求参与比较的各端电流量必须同步采样或采样同步化处理。综合国内外现有资料，电力系统光纤纵差采样典型的同步方法有三种：基于数据通道的同步法(采样数据修正法、采样时刻调整法、时钟较正法)，基于参考相量的同步法，基于GPS同步法。

基于数据通道的同步法，容易受晶振偏差和电网频率的影响失步，且由于调整时间太长，不利于快速恢复同步。

基于参考相量的同步法，受电力线路参数模型的准确性和相量估计精度的影响，同时还有考虑CT、PT、时钟漂移等误差因素。

基于GPS的同步法，需要安装专门的GPS接收机，工程上不易推广。

发明或实用新型内容

针对现有的同步方法，为了解决数据通道同步法中的失步后不能快速恢复同步的问题，本发明创造提出如下一个新的技术方案。

本发明公开了一种实现光纤纵差保护的实时同步方法，其步骤在于：

步骤一、向对侧发送主机探测命令，如有相同数据回应，则本侧为从机，否则为主机；步骤二、基于数据通道的乒乓同步算法，推算出通道的延时；步骤三、根据通道延时，从机推算得到采样同步误差时间；步骤四、从机根据采样同步误差时间，在下一次采样前调整采样时间，这样仅需要一次调整即可满足要求，保证了差动保护能迅速起作用；步骤五、主机、从机相互发送带有各自采样时标信息的采样数据帧；同时从机申请一个采样时标缓冲区，记录最近的采样时标；步骤六、从机根据收到的带有采样时标信息的采样数据帧，在采样时标缓冲区内找到对应主机发送时刻的从机采样时标；比较主机采样时标和从机采样时标，以不大于0.5度的范围进行采样调整。

上述缓冲区的长度不小于传输时间发生的采样点数。

本发明同时公开了一种基于如上述实时同步方法的光纤纵差保护装置，包括电压电流采样模件、数字滤波校准模件、开关量输入输出模件、控制模件、HMI模件、电源模件。其特征在于：所述电压电流采样模件采用传感器将高压模拟信号变成计算机所能识别的数字信号，所述数字滤波校准模件包括FPGA，根据要求进行滤波和采样值检出，将信息发给所述控制模件；所述开关量输入输出模件接收外界强电的数字量信息，通过光隔变为0或3.3V电平供coldfire处理器使用，同时通过继电器提供所述保护装置的对外出口；所述控制模件包括所述coldfire处理器、SRAM存储器、非易失存储器、光纤接口器件和CPLD控制器；所述HMI模件包括液晶显示器、四向导航键和指示LED；所述电源模件输入交直流电源，其输出直流供各模件使用；所述保护装置采用如上述的实时同步方法；所述电压电流采样模件采用互感器和霍尔传感器将高压信号变为0-10V的模拟量，经过24位A/D转换器后通过HDLC协议发送给各个需要采样数据的所述模件；所述数字滤波校准模件采用数字滤波和校准，将有用的和真实的信息发给所述控制模件；所述HMI模件采用ARM7处理器，同时所述HMI模件提供以太网总线和串口总线，可单独作为其它设备的显示终端。

前述的基于实时同步方法的光纤纵差保护装置，其特征在于：采用CAN2.0总线作为所述HMI模件和控制模件的通信。

前述的基于实时同步方法的光纤纵差保护装置，其特征在于：采用所述CPLD控制器作为所述控制模件和开关量输入输出模件的接口；同时，所述CPLD控制器负责对外有CAN总线、以太网总线、串口总线和光纤接口，便于各种SCADA软件的接入。

本发明创造的有益效果：

本发明创造不受晶振偏差和电网频率的影响，减少了同步校准所占用时间，提高了保护动作的速度和精度。

附图说明

图1是本发明创造装置总体结构图；

图2是本发明创造控制模件的结构框图；

图3是本发明创造HMI模件的结构框图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

以下结合附图对本发明创造进行具体介绍如下：

本发明创造的设计包括算法设计、软件设计、硬件设计部分。

1.算法设计

本发明创造的核心算法为实时同步算法。

(1)向对侧发送主机探测命令(本装置中定义为0xaa 0x55 0x55 0xaa)，如有相同数据回应，则本侧为从机，否则为主机；

(2)基于数据通道的乒乓同步算法，推算出通道的延时；

(3)根据通道延时，从机推算得到采样同步误差时间；

(4)从机根据采样同步误差时间，在下一次采样前调整采样时间，这样仅需要一次调整即可满足要求，保证了差动保护能迅速起作用；

(5)主机、从机相互发送带有各自采样时标信息的采样数据帧；同时从机申请一个采样时标缓冲区(缓冲区的长度不小于传输时间发生的采样点数)，记录最近的采样时标；

(6)从机根据收到的带有采样时标信息的采样数据帧，在采样时标缓冲区内找到对应主机发送时刻的从机采样时标；比较主机采样时标和从机采样时标，以不大约0.5度的范围进行采样调整；

经过以上步骤，就上电时需要同步帧计算一下通道延时，一旦同步后，即使晶振有偏差或电网频率波动，从机也能迅速调整，而不是等到失步后再同步，影响了保护动作的时间。

2.软件设计

本发明创造的软件从功能上分为三大部分：底层驱动程序、实时调度程序、应用程序。从应用对象上分为：控制程序(控制模件)、HMI显示程序(HMI模件)。

底层驱动程序完成对CPU外围电路的驱动。包括非易失存储器、串口、以太网、模拟量的驱动，该程序对实时调度程序和应用程序提供了统一的UNIX的I/O设备标准接口，完成了读、写和其它命令功能。基于底层驱动程序上其它模块能适合于不同平台，而仅仅是更换驱动即可。

实时调度程序完成对CPU中断的管理、多任务调度的管理，根据用户的优先级进行抢占式调度，确保了紧急任务的正常运行。

应用程序实时调度系统，上述控制程序、LCD显示程序都属于应用程序。

控制程序软件包括定时采样、采样数据处理、光纤同步管理、开入开出管理、事件记录、故障录波、保护算法和SCADA通信管理。

HMI显示程序软件包括CAN中断数据处理、串口中断数据处理、网口数据处理、命令解释程序、显示控制程序、键盘扫描处理、指示灯控制。

控制模件和HMI模件之间按照一定的协议通过CAN协议进行通讯。主控模件发送到HMI模件的内容为显示命令、显示数据、指示灯状态控制；HMI模件发送到主控模件的内容为设定值修改、键盘值、报文的确定或否定。

3.硬件设计

本装置的开发基于实时同步算法，能利用数据帧的传输进行实时采样同步，保证采样同步不受其它因素的影响。

本装置包括电压电流采样模件、数字滤波校准模件、开入开出模件、控制模件、电源模件、HMI模件六个部分，其总体结构如图1所示。

控制模件是本装置的核心模件，完成采样数据存储、保护算法计算、人机接口控制、光纤通道管理等。其结构框图如图2所示，基于coldfire处理器、512K的SRAM、4M的非易失存储器，确保了大容量数据的存储和快速的运算；CPLD负责对外有CAN总线、以太网总线、串口总线、光纤接口，使装置具有丰富的对外接口，便于各种SCADA软件的接入。

电压电流采样模件采用互感器和霍尔传感器将高压信号变为0-10V的模拟量，经过24位A/D转换器后通过HDLC协议发送给各个需要采样数据的模件。

数字滤波校准模件根据主程序的要求进行滤波和采样值检出，将有用的和真实的信息发个主控模件。

开入开出模件接收外界强电的数字量信息，通过光隔变为0或3.3V电平供coldfire使用；同时通过继电器提供保护装置的对外出口，以便控制断路器和其它信号等。

电源模件的输入为85V-265V的交直流电源，其输出提供一个24V直流供各模件使用。

HMI模件采用ARM7处理器，提供人机界面、按键输入和显示等功能，同时HMI提供了以太网总线和串口总线，可以单独作为其它设备的显示终端。

本装置采用实时同步算法，消除了晶振偏差、电网频率波动对同步的影响。装置上电经过一次同步后，能一直保持在同步状态，减少了失步对整个保护动作时间的延迟，提高了光纤纵差保护的速度和精度。另外本装置的HMI模件可以作为其它设备的超级终端使用，体现组件设计的思想。

虽然本实用新型已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本实用新型的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims

1.一种实现光纤纵差保护的实时同步方法，其步骤在于：

步骤一、向对侧发送主机探测命令，如有相同数据回应，则本侧为从机，否则为主机；

步骤二、基于数据通道的乒乓同步算法，推算出通道的延时；

步骤三、根据通道延时，从机推算得到采样同步误差时间；

步骤四、从机根据采样同步误差时间，在下一次采样前调整采样时间，这样仅需要一次调整即可满足要求，保证了差动保护能迅速起作用；

步骤五、主机、从机相互发送带有各自采样时标信息的采样数据帧；同时从机申请一个采样时标缓冲区，记录最近的采样时标；

步骤六、从机根据收到的带有采样时标信息的采样数据帧，在采样时标缓冲区内找到对应主机发送时刻的从机采样时标；比较主机采样时标和从机采样时标，以不大于0.5度的范围进行采样调整。

2.根据权利要求1所述的实时同步方法，其特征在于：所述缓冲区的长度不小于传输时间发生的采样点数。

3.一种基于如权利要求1所述的实时同步方法的光纤纵差保护装置，包括电压电流采样模件、数字滤波校准模件、开关量输入输出模件、控制模件、HMI模件和电源模件，其特征在于：所述电压电流采样模件采用传感器将高压模拟信号变成计算机所能识别的数字信号；所述数字滤波校准模件包括FPGA，根据要求进行滤波和采样值检出，将信息发给所述控制模件；所述开关量输入输出模件接收外界强电的数字量信息，通过光隔变为0或3.3V电平供coldfire处理器使用，同时通过继电器提供所述保护装置的对外出口；所述控制模件包括所述coldfire处理器、SRAM存储器、非易失存储器、光纤接口器件和CPLD控制器；所述HMI模件包括液晶显示器、四向导航键和指示LED；所述电源模件输入交直流电源，其输出直流供各模件使用；所述保护装置采用如权利要求1所述的实时同步方法；所述电压电流采样模件采用互感器和霍尔传感器将高压信号变为0-10V的模拟量，经过24位A/D转换器后通过HDLC协议发送给各个需要采样数据的所述模件；所述数字滤波校准模件采用数字滤波和校准，将有用的和真实的信息发给所述控制模件；所述HMI模件采用ARM7处理器，同时所述HMI模件提供以太网总线和串口总线，可单独作为其它设备的显示终端。

4.根据权利要求3所述的光纤纵差保护装置，其特征在于：采用CAN2.0总线作为所述HMI模件和控制模件的通信。

5.根据权利要求3所述的光纤纵差保护装置，其特征在于：采用所述CPLD控制器作为所述控制模件和开关量输入输出模件的接口；同时，所述CPLD控制器负责对外有CAN总线、以太网总线、串口总线和光纤接口，便于各种SCADA软件的接入。