CN103336476A - 暂态特性测试系统的智能选相控制系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种暂态特性测试系统的智能选相控制系统及其实现方法，该系统包括通过电流环双向连接的上位机系统和DSP数字信号处理器，还包括模拟信号采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器和暂态特性试验回路；该方法包括预试验和正式试验。该系统及其实现方法用来控制暂态特性测试系统，监测试验各项状态，对直流和交流电流进行选相合成，利用较小的容量，实现大电流开断的试验能力；同时，该系统可推广至包括开断试验等多个试验范畴。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统的装置和方法，具体讲涉及一种采用DSP和labview组成的暂态特性测试系统的智能选相控制系统及其实现方法。
背景技术
电磁式电流互感器的暂态特性对继电保护，特别是电流差动保护的动作特性有重要的影响。对此，几十年前已开始进行研究。电磁式电流互感器的暂态试验分为直接法和间接法，直接法试验需要一个容量足够大具备选相合闸功能的电流源且满足一次回路时间常数要求。满足如此长时间的具有暂态功能的电流互感器制造难度加大，而且国内尚不具备如此长时间的大电流暂态试验设施。世界上最大的大电流开断试验室的能力也无法满足特高压电网电流互感器的暂态误差试验要求。
暂态特性测试系统是系统采用直流和交流源叠加的方式利用较小容量的电流源解决大功率试验的问题，但试验波形的合成取决于合成时交流电流的相位，因此需要智能控制系统进行监测及合成。而现有技术中，在对系统进行监测及合成时容易受到外届干扰，同时由于操作复杂，系统容易出错，且都是小范围的试验，无法满足大电流的暂态试验的场合。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种采用DSP和labview组成的智能选相控制装置及其方法，用来控制暂态特性测试系统，监测试验各项状态，对直流和交流电流进行选相合成，利用较小的容量，实现大电流开断的试验能力。此系统可推广至包括开断试验等多个试验范畴。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种暂态特性测试系统的智能选相控制方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：
I、上位机系统通过采集卡控制暂态电流和工频电流，完成预试验；
II、采集电压与电流信号；
III、DSP数字信号处理器获得电压与电流信号的零点；
IV、上位机系统发出动作指令；
V、DSP数字信号处理器调整开关动作时间的补偿参数；
VI、DSP数字信号处理器获得到达最佳动作相位所需的延时，延时结束后向电流环发出可控开关的操作指令，实现暂态特性试验系统工频选相，完成工频分量和暂态分量的波形合成；
VII、暂态特性试验回路完成试验信息并通过电流环传值DSP。
进一步的，所述步骤I获得正式试验所需的峰值点电流上升时间和调压器电压值。
进一步的，所述步骤II包括：智模拟信号采集单元采集电流和电压信号；经模拟信号调理单元和A/D转换器传输至DSP数字信号处理器。
进一步的，DSP数字信号处理器根据所述步骤II中的信号获得所述步骤III中的电压与电流信号的零点。
进一步的，所述步骤V包括：DSP数字信号处理器根据检测的工频电压与电流信号的零点，按通讯协议，根据信号通路传送的上位机系统采集的暂态系统状态信息调整开关动作时间的补偿参数。
一种应用于上述智能选相控制方法的系统，其改进之处在于：所述系统包括通过电流环双向连接的上位机系统和DSP数字信号处理器；暂态特性试验回路、模拟信号采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器和所述DSP数字信号处理器依次连接；所述DSP数字信号处理器的输入端和输出端分别连接系统工作电源和故障报警单元。
进一步的，上位机包括labview组成的上位机系统、数据采集卡和波形记录单元；
所述数据采集卡分别与波形记录单元、所述故障报警单元和所述系统工作电源连接；所述上位机系统与所述数据采集卡双向连接；
所述数据采集卡用于采集所述系统的状态信息，所述状态信息包括试验设备的电流电压状态、交流回路及直流回路的开关状态、电流电压状态和传感器状态。
进一步的，所述暂态特性试验回路包括工频分量回路、直流分量回路和试品回路；
所述工频回路包括依次连接的交流电源、调压器、接补偿电容组和PT/CT监测单元，所述PT/CT监测单元通过可控开关与试品回路连接；
所述直流分量回路包括依次连接的直流电源、充放电器件单元和PT/CT监测单元，所述PT/CT监测单元通过可控开关与所述试品回路连接。
进一步的，所述暂态特性试验回路的交流电源、调压器、补偿电容组、可控开关、PT/CT监控单元、直流电源、充放电器件分别连接所述上位机系统和所述DSP数字信号处理器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的智能选相算法灵活可靠，能快速、准确地计算出试验交流电流的最佳投切相位并进行可靠操作。
（2）本发明采用电流环传递控制信号和传感器信息，隔离了外界干扰，实现了可靠的数据传输。
（3）本发明的暂态特性测试系统智能控制器采用包括无线通讯和串口通讯在内的通讯技术，便于实现与电站计算机系统的实时信息交换。
（4）本发明的方法先进行预试然后进行正式试验，确保试验参数的正确和试验的可靠运行。
（5）本发明对选相和系统控制采用上位机系统和DSP数字信号处理器2种处理器分别进行试验控制和选相控制，分工更加明确，防止系统出错，增加系统稳定性，同时满足大电流的暂态试验的场合。
（6）本发明采用包括无线通讯和串口通讯等在内的多种通讯技术，实现与试验站计算机通讯，并且可实现与试验站计算机系统的实时信息交换。
附图说明
图1为暂态特性测试系统智能选相控制系统的结构图；
图2为暂态特性试验回路与上位机和DSP数字信号处理器的连接图；
图3为暂态特性测试系统智能选相控制系统大电流端控制器DSP主程序流程图；
图4为labview通过采集卡控制暂态电流产生的预试验流程；
图5为labview通过采集卡控制工频电流预试验流程图；
图6为labview通过采集卡控制完整的暂态特性试验流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，图1为暂态特性测试系统智能选相控制系统的结构图；
一种暂态特性测试系统的智能选相控制系统，包括模拟信号采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器、DSP数字信号处理器（包括位于高电位和低电位的DSP数字信号处理器）、系统工作电源、故障报警单元、暂态特性试验回路、上位机和由电流环组成的信号传输装置；还包括检测设备运行状态、控制电压和环境温度等信号的各种传感器，及串口和以太网口等在内的多种通讯接口，所述通讯接口用于设备连接及扩展系统；
所述上位机包括labview组成的上位机系统、波形记录单元和控制端的数据采集卡；所述波形记录单元为系统参数与波形记录单元；所述数据采集卡分别与波形记录单元、所述故障报警单元和所述系统工作电源连接；所述上位机系统与所述数据采集卡双向连接。
模拟信号采集单元连接模拟信号调理单元，模拟信号调理单元连接A/D转换器，A/D转换器连接DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器与多种通讯接口双向连接，DSP数字信号处理器分别与波形记录单元和故障报警单元连接，系统工作电源连接DSP数字信号处理器为其供电，上位机通过电流环与DSP数字信号处理器双向连接，暂态特性试验回路信号被模拟信号采集单元采集后，经过模拟信号调理单元、A/D转换器通过电流环分别与DSP数字信号处理器和上位机连接在一起，并且电流环均为双向连接，暂态特性试验回路分别与各种传感器和DSP数字信号处理器的实时时钟双向连接；上位机向DSP数字信号处理器输入操作指令，DSP数字信号处理器返回状态信息。
如图2所示，图2为智能选相控制系统的暂态特性试验回路与上位机和DSP数字信号处理器的连接图；
暂态特性试验回路包括工频分量回路、直流分量回路和试品回路；其中，
工频分量回路包括交流电源、调压器、接补偿电容组、PT/CT监测单元和可控开关，其连接如下：交流电源连接调压器，调压器连接补偿电容组，补偿电容组通过PT/CT监测单元连接可控开关，可控开关连接试品回路；上位机通过控制交流电源和调压器来控制电源大小和补偿电容量，以满足试验需求；
直流分量回路包括：直流电源、充放电器件单元、PT/CT监测单元和可控开关，其连接如下：直流电源单元连接充放电器件单元，充放电单元通过PT/CT监测单元连接可控开关，可控开关连接试品回路；可控开关控制试品回路，对试品回路施加电压；
所述交流电源、调压器、接补偿电容组、PT/CT监测单元、可控开关、直流电源、充放电器件单元和试品回路分别连接上位机系统和DSP数字信号处理器，所述上位机系统和DSP数字信号处理器通过电流环双向连接；所述可控开关为晶闸管开关。
所述工频分量回路和直流分量回路均由CT/PT监测单元监测回路电流和电压，分别传入上位机和DSP数字信号处理器，上位机和DSP数字信号处理器之间用电流环进行连接，由上位机显示给试验人员监测试验状态，并控制充放电单元，利用充放电单元得到系统所需直流分量后，由DSP控制工频分量回路和直流分量回路的可控开关进行试品回路的加压或者停止。
所述DSP数字信号处理器用于选相控制；所述上位机系统用于系统试验控制。
暂态特性测试系统智能选相控制系统的装置及其方法，采用先进行预试（如图4、5所示）再进行正式试验（如图6所示）的方法，确保试验参数的正常和正确；采用包括无线通讯和串口通讯等在内的多种通讯技术，实现与试验站计算机通讯，并且可实现与试验站计算机系统的实时信息交换；采用DSP数字信号处理器和控制技术，判断出电流的最佳投切相位并进行可靠操作；采用电流环来进行控制信号和传感器信号传输，防止外界干扰；分别通过DSP数字信号处理器和上位机系统2种处理器进行对选相控制和系统试验控制，分工更加明确，防止系统出错，增加系统稳定性。
暂态特性测试系统智能选相控制系统的实现方法包括以下步骤：
Labview上位机系统通过采集卡控制暂态电流和工频电流，进行预实验，获得完整的暂态特性试验中所需的回路补偿电感、补偿电阻、充电电压和容量后，进行正式试验。其中预试验过程如图4、5所示，图4、5分别为labview通过采集卡控制暂态电流产生的预试验流程和labview通过采集卡控制工频电流预试验流程图；正式试验过程如图6所示，图6为labview通过采集卡控制完整的暂态特性试验流程，步骤包括：
智能选相控制系统低电位部分通过模拟信号采集单元从PT/CT同步采集电压与电流信号，通过DSP数字信号处理器快速数学运算实时检测出电压与电流信号的零点；当试验室labview上位机系统或上位机系统的就地动作按钮、保护装置发出动作指令后，DSP数字信号处理器根据实时检测到的作为参考点的工频电压和电流信号的零点，同时根据以一定通讯协议由电流环等信号通路传送来的通过上位机采集到的暂态系统状态信息来自适应调整开关动作时间的补偿参数，计算出到达最佳动作相位所需要的延时，延时结束后向电流环发出分、合操作指令，电流环控制可控开关，实现暂态特性试验系统工频的选相，完成工频分量和暂态分量的波形合成；试验结束后，暂态特性试验回路将完成试验信息（所述试验信息包括暂态回路回传的实际分合闸时间，实际相位等，方便下次试验）通过电流环回传给DSP数字信号处理器，便于系统诊断分析。
labview上位机通过采集卡控制完整的暂态特性试验中所有选相操作的控制环节如图3；如图3所示，图3为暂态特性测试系统智能选相控制系统大电流端控制器DSP主程序流程图。
如图4所示，图4为labview上位机通过采集卡控制暂态电流产生的预试验流程；
Labview上位机通过采集卡控制暂态电流产生的预试验如下：labview上位机计算回路调压器的补偿电感、补偿电阻和暂态需要的充放电器件的充电单元的电压和容量；调节可调电感和储能器件；控制各开关复位；开关置于充电位置，开始充电；直流充电电源上电；根据计算得到的值（计算所得到的值包括试品本身的性质，试品呈感性还是容性，试品电阻多少，试品达到试验要求电压需要多大的充电电压和充电电流）设定充电电压和充电电流；控制充电；判断充电单元是否充电完毕，若否，继续充电，若完毕，控制储能器件放电；监控放电电流的大小和时间常数，判断电流峰值和时间常数是否均满足要求，若不满足，则根据得到的电流重新计算补偿电感和补偿电阻，重新设定电压继续试验，直到满足试验需求，记录此时充电电压和电流，计算峰值点电流上升时间，试验完成暂态电流产生的预试。
如图5所示，图5为labview上位机通过采集卡控制工频电流预试验流程图；
Labview上位机通过采集卡控制工频电流预试验流程如下：根据预测的工频回路电感、直流电阻和试品参数计算调压器输出电压值和无功补偿量；然后调整无功补偿量；工频电源上电；调节调压器的输出电压；向DSP发送合闸命令和相位；合闸后记录合闸相位，监测工频电流，判断工频电流是否稳定，不稳定则返回监测，直至稳定并记录稳定时间；判断电流稳定时间和幅值是否满足试验要求，若不满足，调节调压器电压重新进行预试直到满足为止，然后记录此时调压器电压值，用于正式试验备用，降低调压器的输出电压至零，对各开关进行复位，完成工频电流预试。
如图6所示，图6为labview上位机通过采集卡控制完整的暂态特性试验流程；
labview上位机通过采集卡控制完整的暂态特性试验流如下：根据暂态电流预试得到的各项参数，所述参数包括图4、5流程中分别确定的峰值点电流上升时间和调压器电压值，对试验回路进行设定，选择工作方式C-0/C-O-C-O（C-0/C-O-C-O表示合闸－分闸/合闸－分闸－合闸－分闸）；根据工频电流预试获得无功补偿量，调整工频回路无功补偿量，调节调压器输出工频大电流直到满足工频电流要求，向DSP数字信号处理器发送试验命令和选相角度开始试验，若选择的是C-O工作方式，则在一次合闸后即完成试验，若选择的是C-O-C-0工作方式，则合闸后断开回路延迟一段时间进行重合闸，即向DSP数字信号处理器发送命令断开试验回路，延迟一段时间（重合闸时间），再次向DSP数字信号处理器发送命令开始进行直流和交流电流的选相合成，整个过程中labview上位机监控系统工作状态并记录试验波形，然后复位各开关，完成对试品的正式暂态特性试验过程。
上述labview通过采集卡控制工频电流预试验流程中向DSP发送试验命令和合闸相位，及为labview通过采集卡控制完整的暂态特性试验流程中向DSP发送命令开始进行选相合成的DSP选相操作均通过DSP数字信号处理器完成，步骤如图3所示，图3为暂态特性测试系统智能选相控制系统大电流端控制器DSP主程序流程图，完成试验中的选相控制；
DSP数字信号处理器的处理过程包括：为保证控制系统正常工作，启动时自检；自检不正常，记录故障并上报；自检正常，系统自检通过，程序进入初始化阶段；判断是否中断，没有收到中断信息时，系统循环等待；所述初始化包括DSP控制寄存器设置，定时器、内部数据存储器的初始化；当收到中断信息后，根据中断内容，系统判断是否来自AD（所述AD为AD采样芯片，AD采样芯片具有采样完成的信号提示，模拟信号采集单元包括AD采样芯片）；若是，则系统采集数据，完成电网电压与电流信号同步采集、电压与电流信号零点检测等功能，自动进行周期计算和选相的准备。当收到运动指令时，根据与上位机通信的指令内容判断要进行试验还是停止试验，当收到停止试验指令时，DSP断开所有开关，结束试验；当收到进行试验指令时，DSP根据之前调整得到开关器件延时的时间，收到上位机选相的相位、数据采集后计算出的电流信号零点、电流频率计算最终延时，并根据延时控制直流和工频分量进行选相叠加，完成暂态特性合成试验。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,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:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种暂态特性测试系统的智能选相控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
I、上位机系统通过采集卡控制暂态电流和工频电流，完成预试验；
II、采集电压与电流信号；
III、DSP数字信号处理器获得电压与电流信号的零点；
IV、上位机系统发出动作指令；
V、DSP数字信号处理器调整开关动作时间的补偿参数；
VI、DSP数字信号处理器获得到达最佳动作相位所需的延时，延时结束后向电流环发出可控开关的操作指令，实现暂态特性试验系统工频选相，完成工频分量和暂态分量的波形合成；
VII、暂态特性试验回路完成试验信息并通过电流环传值DSP。
2.如权利要求1所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制方法，其特征在于：所述步骤I获得正式试验所需的峰值点电流上升时间和调压器电压值。
3.如权利要求1所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制方法，其特征在于：所述步骤II包括：智模拟信号采集单元采集电流和电压信号；经模拟信号调理单元和A/D转换器传输至DSP数字信号处理器。
4.如权利要求1所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制方法，其特征在于：DSP数字信号处理器根据所述步骤II中的信号获得所述步骤III中的电压与电流信号的零点。
5.如权利要求1所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制方法，其特征在于：所述步骤V包括：DSP数字信号处理器根据检测的工频电压与电流信号的零点，按通讯协议，根据信号通路传送的上位机系统采集的暂态系统状态信息调整开关动作时间的补偿参数。
6.一种应用于上述智能选相控制方法的系统，其特征在于：所述系统包括通过电流环双向连接的上位机系统和DSP数字信号处理器；暂态特性试验回路、模拟信号采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器和所述DSP数字信号处理器依次连接；所述DSP数字信号处理器的输入端和输出端分别连接系统工作电源和故障报警单元。
7.如权利要求6所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制系统，其特征在于：上位机包括labview组成的上位机系统、数据采集卡和波形记录单元；
所述数据采集卡分别与波形记录单元、所述故障报警单元和所述系统工作电源连接；所述上位机系统与所述数据采集卡双向连接；
所述数据采集卡用于采集所述系统的状态信息，所述状态信息包括试验设备的电流电压状态、交流回路及直流回路的开关状态、电流电压状态和传感器状态。
8.如权利要求6所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制系统，其特征在于：所述暂态特性试验回路包括工频分量回路、直流分量回路和试品回路；
所述工频回路包括依次连接的交流电源、调压器、接补偿电容组和PT/CT监测单元，所述PT/CT监测单元通过可控开关与试品回路连接；
所述直流分量回路包括依次连接的直流电源、充放电器件单元和PT/CT监测单元，所述PT/CT监测单元通过可控开关与所述试品回路连接。
9.如权利要求8所述的一种暂态特性测试系统的智能选相控制系统，其特征在于：所述暂态特性试验回路的交流电源、调压器、补偿电容组、可控开关、PT/CT监控单元、直流电源、充放电器件分别连接所述上位机系统和所述DSP数字信号处理器。
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