CN102193026A - 用于处理保护继电器的输入数据的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于处理保护继电器的输入数据的装置和方法。即使在存储在保护继电器的累加缓冲器中的数据由于噪声等而遭到破坏的情况下，所述装置和所述方法也能够恢复所述数据并且执行正常的测量。本发明包括数字信号处理部件，所述方法包括：将采样数字数据输入到数字信号处理部件中，对输入数据的频率进行计数和累加，将累加的数值与一个周期的值进行比较，如果计数累加频率等于一个周期的值，则将更新累加缓冲器的值输入到测量累加缓冲器并且初始化更新累加缓冲器；和对输入的数字数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算，以双重地缓冲测量累加缓冲器和更新累加缓冲器。

Description

用于处理保护继电器的输入数据的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种保护继电器，更特别地，涉及一种用于处理保护继电器的输入数据的装置和方法，如果存储在保护继电器中的累加缓冲器中的数据由于噪声而遭到破坏，则所述装置和方法能够恢复数据以允许正常测量。

背景技术

在电力系统中，因为各种电力装置复杂地链接在一起，在该链接电力系统中的某一位置处发生故障的情况下，应当将故障部分与系统迅速地分隔开，而保护继电器就是起到这个作用。在保护继电器迅速操作时，一个重要的因素是精确操作。因此，在由于为获得用来确定保护继电器的操作的标准值而输入到DSP(数字信号处理器)中的外部噪声而测量到无效值的情况下，如果在没有对无效值进行任何校正的情况下来处理无效值，则可能产生错误的操作。因此，需要采取补偿措施。

即，如果作为用于确定保护继电器的标准的测量值无效，则恢复方法是必要的。图1为显示了对保护继电器的模拟输入信号的传统处理程序的流程图。如图所示，通过诸如电力变压器(PT)和变流器(CT)的检测装置而输入的模拟信号通过模拟滤波器和模数转换部件(ADC)而转换为数字信号(S1-S3)。

下文中，在数字信号处理部件(DSP)中，相位运算(phasor operation)算法被执行(S4)。图2显示了如果模拟输入变为0时RMS值的每一个变化。这里，AD采样是通过模数转换部件(ADC)取得的采样数据，RMS是在数字信号处理部件(DSP)中通过RDFT(递归离散傅立叶变换)获得的值。

图3显示了如下情况：由于在时间点A处输入的外部噪声，无效信号被存储在RDFT的累加缓冲器中。

在这种情况下，如图所示，即使模拟信号变为0，但由于RMS值没有下降并且保持一个恒定值，因而在重新启动被执行之前，模拟信号不会被恢复。

这意味着，在测量值变得大于基于输入信号的大小来控制操作的继电器元件中的操作预设值时，错误操作可能发生。该错误操作决不应当发生在保护继电器中。

因此，尽管即使在操作时没有模拟输入的情况下，由于在显示恒定测量值时经常发生错误操作，因此补偿措施是非常有必要的。

发明内容

因此，本发明是用来解决在现有技术中发生的上述问题，并且本发明提出了一种用于处理保护继电器的输入数据的装置和方法，即使在存储在保护继电器的累加缓冲器中的数据由于噪声等而遭到破坏的情况下，所述装置和所述方法也能够恢复数据并且执行正常的测量。

在本发明中实现的技术主题不应当被限制为上述技术主题，并且通过以下详细的描述，本发明不属于的领域的具有普通知识的人员也能够理解这里没有提及的其他技术主题。

根据本发明的另一个方案，提供了一种用于处理保护继电器的输入数据的装置，所述装置包括：电压电流检测部件，其用于检测输电线上的电压和电流；模数转换部件，其以预定的采样频率对通过电压电流检测部件输入的模拟信号进行采样，并且然后将采样的模拟输入信号转换为数字数据；存储器部件，其根据预定控制逐项划分通过电压电流检测部件分别输入的事件数据、故障数据、波形数据和命令数据，并且存储和管理这些数据；数字信号处理部件，其用于控制上述各个部件的各种操作，以对从模数转换部件输入的测量数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算并且在多个累加缓冲器中进行缓冲，然后逐项存储到存储器中。

优选地，数字信号处理部件包括用于双重RDFT运算的测量累加缓冲器和更新累加缓冲器，其中，数据信号处理器在每一个周期中将更新累加缓冲器中的值输入到测量累加缓冲器中，然后将更新累加缓冲器的值初始化为‘0’。

根据本发明的另一个方案，提供了一种用于处理保护继电器的输入数据的方法，所述方法包括：将采样数字数据输入到数字信号处理部件中；对输入数据的频率进行计数和累加，将计数累加频率与一个周期的值进行比较；如果计数累加频率等于一个周期的值，则将更新累加缓冲器的值输入到测量累加缓冲器中并且初始化更新累加缓冲器；和对输入的数字数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算，以双重地缓冲测量累加缓冲器和更新累加缓冲器。

优选地，所述方法进一步包括，初始化更新累加缓冲器和计数累加频率，其中，在计数累加频率等于一个周期的值(采样的数量)的每一个周期，初始化更新累加缓冲器。

优选地，所述方法包括，如果计数累加频率小于一个周期的值，则对输入的数字数据执行RDFT运算，以双重地缓冲测量累加缓冲器和更新累加缓冲器。

本发明的效果

本发明具有如下优点：当执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算时，即使累加缓冲器的值被外部噪声的流入破坏，对于累加缓冲器值的破坏也能够被恢复，以使得能正常测量并且确保稳定测量运算的性能，RDFT运算是数字保护继电器的相位运算的一种方法。

附图说明

图1为显示了根据现有技术的用于保护继电器的模拟输入信号的传统处理程序的流程图。

图2和图3为显示了根据现有技术的RMS值根据模拟输入信号的每一个变化的波形图。

图4为显示了根据本发明的一个示例性实施例的保护继电器的原理图。

图5为用于解释根据本发明的使用双重结构累加缓冲器的数字处理方法的图。

图6为显示了用于根据本发明的一个示例性实施例的保护继电器的输入数据的处理程序的流程图。

具体实施方式

下文中，将参考附图对本发明的优选实施例进行说明。在图中相同的构成元件在任何可能的位置使用相同的附图标记，对于可能使本发明的要点不清楚的公知功能和结构的说明将被省略。

图4为显示了根据本发明的一个示例性实施例的保护继电器的原理图。这里，保护继电器100包括电压电流检测部件110和模数转换部件120、键盘输入部件130、显示部件140、存储器部件150和数字信号处理部件160。

本发明应用的保护继电器通常被称为智能电子装置(IED，IntelligentElectronic Device)。电压电流检测部件110由电压互感器(PT，PotentialTransformer)和电流互感器(CT，Current Transformer)构成，所述电压互感器将线路上的高电压变成恒定比率的低电压，所述电流互感器将线路上的大电流变成恒定比率的小电流。

模数转换部件120(ADC)以预定采样频率对通过电压电流检测部件110输入的模拟输入信号进行采样并且将采样的模拟信号转换为数字数据。

键盘输入部件130被构造成根据预定操作程序来输入并设定各种测量和操作模式的用户设定信息、或保护继电器的备份周期等。

显示部件140由LCD构成，其以字符或图形等来显示通过电压电流检测部件110检测到的各种电源状态或通过键盘输入部件130输入的各种设定命令。

存储器部件150被构造成根据预定控制逐项划分、存储和管理分别通过电压电流检测部件110和键盘输入部件130输入的故障数据、波形数据、命令数据和键盘处理数据。

数字信号处理部件160控制上述各个部件的全部操作，并且对通过模数转换部件120输入的测量数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算，然后进行缓冲，接着逐项存储在存储器部件140中。

数字信号处理部件160设有两个累加缓冲器，即，用于测量的第一累加缓冲器(测量累加缓冲器)161和用于更新的第二累加缓冲器(更新累加缓冲器)165，以便双重地运算RDFT。

测量数据包括事件数据、故障数据、波形数据、命令数据和键盘处理数据等。

在本发明中，数据信号处理部件160双重地运算RDFT，以便采用清除RDFT的累加缓冲器的方法。

在数字信号处理部件160中，当对被转换为数字的数据进行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算时，双重地运行累加缓冲器(第一累加缓冲器、第二累加缓冲器)的方法如图5被应用。

即，图5表示一种用于RDFT的用于测量的第一累加缓冲器(测量累加缓冲器)161和用于更新的第二累加缓冲器(更新累加缓冲器)165的管理方法，并且在每一个周期中，用于更新的第二累加缓冲器165的值被替换到用于测量的第一累加缓冲器161中以更新，并且随后用于更新的第二累加缓冲器165被初始化为‘0’。

在全DFT方法的情况下，由于每次都对累加缓冲器进行初始化，即使累加缓冲器的数据被外部干扰破坏，在下一个周期中，累加缓冲器的数据能够自动地被恢复成有效的数据。而由于在RDFT方法下，在累加缓冲器的数据被破坏的情况下，该数据不能被自动恢复，因此累加缓冲器将准备用于测量和更新。

如下所示的公式1表示全DFT(离散傅立叶变换)的数字公式，该傅立叶变换是用于从模拟信号(电压、电流)的瞬时值获取大小和相位的相位运算算法中的一个典型方法。

公式1

$X=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}K}$

$X_{\mathrm{Real}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k{\cos }^{\frac{2\mathrm{\π}}{N}K}$

$X_{\mathrm{Imag}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_k{\sin }^{\frac{2\mathrm{\π}}{N}K}$

其中，N为采样窗口的尺寸(一个周期的采样时间)，X_Real为模拟信号(电压、电流)的基波的实数部分，X_Imag为模拟信号(电压、电流)的基波的虚数部分。

在公式1的全DFT的情况下，因为采用每次对作为采样数的Cos、Sin乘方数进行乘积和累加的方法，运算量很大，并且相应地实时信号处理的运算负担很大。据此，通过应用一种作为全DFT方法的变形的RDFT(递归离散傅立叶变换)方法，能够减少运算负担，并且同时进行相位运算。

图6为显示了在数字信号处理部件中RDFT的运算程序的流程图。

首先，为数字信号处理部件160提供来自模数转换部件120的数字信号(S11)。

随后，数字信号处理部件160对从模数转换部件120输入的数据的频率进行计数和累加，并且然后将计数累加频率与一个周期的值进行比较以判定它们是否相同(S12、S13)。

在上文中，如果计数累加频率低于一个周期的值，则数字信号处理部件160对从模数转换部件120输入的数字数据进行RDFT运算，并且临时且双重地存储在用于测量的第一累加缓冲器161和用于更新的第二缓冲累加器165中(S14)。

如果在步骤S13中，计数累加频率和一个周期的值相同，则数字信号处理部件160将用于更新的第二累加缓冲器165的值替换至用于测量的第一累加缓冲器161，然后初始化用于更新的第二累加缓冲器165(S15)。即，在本发明中，当计数累加频率开始等于一个周期的采样数时，使用如下方法：将用于更新的第二累加缓冲器165的值替换到用于测量的第一累加缓冲器161，然后输入用于更新的第二累加缓冲器165。

接下来，数字信号处理部件160也开始输入计数累加频率为‘0’(S16)。

在将用于更新的第二累加缓冲器165和计数累加频率中的每一个输入为‘0’之后，数字信号处理部件160对输入的数字数据进行RDFT运算，然后临时且双重地存储在用于测量的第一累加缓冲器161和用于更新的第二累加缓冲器165中(S14)。

由于数字信号处理部件160利用用于测量的第一累加缓冲器161和用于更新的第二累加缓冲器165来执行RDFT运算，即使在中间阶段无效的值被输入到累加缓冲器，在下一个周期中也可使用有效的数据来测量。即，数字信号处理部件160双重地执行RDFT运算，以便采用清除RDFT的累加缓冲器的方法。

如下所示的公式2表示本发明所应用至其上的RDFT(递归离散傅立叶变换)。

公式2

$X=X_{\mathrm{pre}}+\frac{2}{N}(x_k-x_{k\_\mathrm{pre}})e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}k}$

$X_{\mathrm{Real}}=X_{\mathrm{Real}\_\mathrm{pre}}-\frac{2}{N}(x_k-x_{k\_\mathrm{pre}}){\cos }^{\frac{2\mathrm{\π}}{N}k}$

$X_{\mathrm{Imag}}=X_{\mathrm{Imag}\_\mathrm{pre}}+(x_k-x_{k\_\mathrm{pre}}){\sin }^{\frac{2\mathrm{\π}}{N}k}$

其中，N为采样窗口的尺寸(一个周期的采样时间)，X_Real为模拟信号(电压、电流)的基波的实数部分，X_Imag为模拟信号(电压、电流)的基波的虚数部分，X_pre为累加缓冲器的前值，x_k为第k个周期的采样数据，以及x_{k_pre}为第k个周期之前的一个周期的采样数据。

相应地，在本发明中，即使在应用不初始化RDFT(递归离散傅立叶变换)的相位运算算法以及累加缓冲器的值由于噪声干扰等而被破坏的情况下，也可以自动恢复。这就意味着，通过提高运算的可靠性能够更加确保系统保护功能，运算的可靠性是保护继电器的重要要求的一个因素。

尽管已经参考示例性实施例显示和描述了本发明，本领域技术人员应当理解的是，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对本发明进行各种改变。

Claims (7)

1.一种用于处理保护继电器的输入数据的装置，所述装置包括：

电压电流检测部件，其用于检测输电线上的电压和电流；

模数转换部件，其以预定采样频率对通过所述电压电流检测部件输入的模拟信号进行采样，并且然后将采样的模拟输入信号转换成数字数据；

存储器部件，其根据预定控制逐项划分通过所述电压电流检测部件分别输入的事件数据、故障数据、波形数据和命令数据，并且然后存储和管理这些数据；和

数字信号处理部件，其用于控制上述各个部件的各种操作，以对从所述模数转换部件输入的测量数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算，并且在多个累加缓冲器中进行缓冲，然后逐项存储在所述存储器中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述数字信号处理部件包括用于双重RDFT运算的测量累加缓冲器和更新累加缓冲器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述数字信号处理部件在每一个周期将所述更新累加缓冲器的值输入到所述测量累加缓冲器中，并且然后将所述更新累加缓冲器的值更新为‘0’。

4.一种用于处理保护继电器的输入数据的方法，所述方法包括：

将采样的数字数据输入到数字信号处理部件中；

对输入数据的频率进行计数和累加，将计数累加频率与一个周期的值进行比较；

如果所述计数累加频率等于一个周期的值，则将更新累加缓冲器的值输入到测量累加缓冲器中并且初始化所述更新累加缓冲器；和

对输入的数字数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算，以双重地缓冲所述测量累加缓冲器和所述更新累加缓冲器。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括，初始化所述更新累加缓冲器和所述计数累加频率。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，初始化所述更新累加缓冲器的步骤在所述计数累加频率等于一个周期的值(采样的数量)的每一个周期初始化所述更新累加缓冲器。

7.根据权利要求4所述的方法，进一步包括，如果所述计数累加频率小于一个周期的所述值，则对输入的数字数据执行RDFT(递归离散傅立叶变换)运算，以双重地缓冲所述测量累加缓冲器和所述更新累加缓冲器。

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