CN108539855A - 高速dsp控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，变压器隔离开关和电网检测装置与变压器相连接；负载隔离开关和负载检测装置用于与负载相连接；电网检测装置和负载检测装置将多路电压和电流信号作为电网检测信号数据送入信号采集分析装置；信号采集分析装置分析计算出关于电网谐波与无功有害电力的电网信号数据与参数，并送入主控制器；主控制器计算出电网调压补偿控制器和电网系统保护控制器的控制指令与电网及负载运作状态信号；电网调压补偿控制器和电网系统保护控制器根据控制指令，分别控制驱动电网调压补偿装置和变压器隔离开关与负载隔离开关，执行电网调压与保护操作。本发明实现智能电网监控调压补偿与保护控制。
Description
技术领域
本发明涉及电网智能监测与系统保护控制技术领域，具体地，涉及一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统。
背景技术
随着我国钢铁铝金属冶炼工业与高速电车铁路的高速发展，中国钢铁铝等金属产量已发展为世界产量的50％以上，高速电车铁路发展速度为世界第一。由于金属 冶炼系统采用的电弧炉或高频炉冶炼系统或电解冶炼系统，铁路电车频繁启动与调 相变速运行的特殊性，产生大量的高次谐波与无功有害电力，对电网造成极大的冲 击与干扰，严重的影响电网的安全与稳定性。因此提高电网检测监控与系统安全保 护已成为现代电网中的重要课题。
经过检索发现：
1.公开号为CN102353831A的专利名称为《一种保护电网安全运行的地磁暴检 测预警系统》,包括带中性线的变压器的电网,其特征在于它包括电流传感器、电流 信号调理模块、数据采集卡、计算机、驱动单元、报警装置、保护装置和显示存储 模块；其中所述驱动单元包括保护驱动装置和报警驱动装置；所述电流传感器的输 入端采集变压器中性线上的电流信号,其输出端连接电流信号模块的输入端；所述计 算机与数据采集卡呈双向连接,其输出端与显示存储模块的输入端连接；所述保护驱 动装置和报警驱动装置的输出端分别连接保护装置和报警装置。但不能对高压电网 与负载进行检测与保护。
2.专利编号为201710859922专利名称为《一种直流换流站控保系统CAN总线 报文捕捉装置和方法》,专利技术属于直流输电控制保护设备，涉及一种直流换流站 控保系统CAN总线捕捉装置和方法。目前国内在运的换流站中，采用MACH2系 统的现场通信总线主要有CAN总线和TDM总线两种，故障分析手段主要依靠查阅 软件逻辑、更换故障硬件、测量模拟量与开关量等方法。通过查阅软件逻辑、更换 故障硬件、测量模拟量与开关量等手段仅能发现相关硬件故障或软件逻辑缺陷，在 这些直流工程中，CAN总线故障通常不易确定故障原因，无法发现CAN总线网络 过载或负载突变等缺陷。
3.专利编号为201711128945专利，名称为《一种真双极柔性直流输电工程的单 极故障隔离系统》，其包括送端换流站、受端换流站及其控制保护系统，其特征在 于：其包括一故障隔离装置，所述故障隔离装置包括依次设置在由所述送端换流站 和受端换流站内的极I的MMC下桥臂引出的中性母线上的电流互感器和中性母线 区、由所述送端换流站和受端换流站内的极II的MMC下桥臂引出的另一中性母线 上的另一电流互感器和极II中性母线区、以及设置在与两中性母线出口相连的金属 回线上的中性线差动保护装置；但该专利不能对高压电网与负载进行检测与检测与 保护。
综上所述，钢铁铝金属冶炼系统与高速电车铁路复杂动态瞬时变化电力系统与大电网的远距离检测与监控、电网瞬时突变负荷所产生的冲击与电网电压波动的抑 制与调压补偿、电网在超过极限状态的限定与异常或故障状态评定与电网系统保护， 电网通信系统与控制系统的干扰信号抑制与剔除等问题，已成为电网与高速电车铁 路技术中亟待解决的问题。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种高速DSP控制电网 智能监测调压补偿与保护控制系统，来完善广域电网电压不平衡调节和遥测监控与 保护。本发明基于多DSP控制，根据国家电网、金属冶炼系统与电车铁路牵引电网 的特殊性，采用如下技术方案，实现智能电网监控调压补偿与保护控制。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，设置于电网中，包 括变压器、变压器隔离开关、负载隔离开关、电网检测装置、负载检测装置、信号 采集分析装置、电网调压补偿控制器、电网调压补偿装置、电网系统保护控制器以 及主控制器；其中：
所述变压器隔离开关和所述电网检测装置分别与变压器相连接；所述负载隔离开关和所述负载检测装置用于与负载相连接；
所述电网检测装置、负载检测装置以及调压补偿检测装置分别将检测输出的多路电压和电流信号作为电网检测信号数据送入所述信号采集分析装置；
所述信号采集分析装置根据多路电压和电流信号，分析计算出关于电网谐波与无功有害电力的电网信号数据与参数，并送入所述主控制器；
所述主控制器根据电网信号数据与参数，计算出所述电网调压补偿控制器和所述电网系统保护控制器的控制指令与电网及负载运作状态信号；
所述电网调压补偿控制器和所述电网系统保护控制器根据控制指令，分别控制驱动电网调压补偿装置和变压器隔离开关与负载隔离开关，执行电网保护操作。
优选地，所述关于电网谐波与无功有害电力的电网信号数据与参数包括：电网 电流电压的谐波成分、有功功率、无功功率、功率因数、COSφ、三相电流电压的 不平衡度等。
优选地，当电网电压出现波动时，所述电网调压补偿控制器根据电网电压波动 变化，计算出所述调压补偿装置的操作值，进而控制驱动调压补偿装置，对变压器 输出电压进行调整，对电网电压波动进行抑制与补偿。
优选地，当电网或负载运行状态超过设定范围或超过极限、或出现异常或故障时，所述电网系统保护控制器根据电网检测信号数据、电网及负载运行状态信号以及电 网保护控制规程，计算出电网与负载的调节控制指令，并分别控制驱动所述变压器 隔离开关和所述负载隔离开关执行电网保护操作。
优选地，控制驱动所述变压器隔离开关与所述负载隔离开关执行电网保护的操作，包括如下任意一项或任意多项：
-当电网出现过电压、过电流或三相电压与电流不平衡时：电网系统保护控制器控制负载隔离开关对三相负载进行调节；
-当电网或负载出现过电压、过电流或超过电网规定限定时：电网系统保护控制器根据电网保护控制规程，控制驱动调压补偿装置，调节变压器输出电压；或，电 网系统保护控制器操作所述负载隔离开关进行负载调节，减小负载电流与容量；
-当电网或负载出现异常或故障时：电网系统保护控制器根据电网保护控制规程，控制驱动变压器隔离开关或负载隔离开关断开，切除故障点，使电网、负载以及调 压补偿装置得以保护，使电网安全运行。
优选地，每一台变压器能够向多台负载供电。
优选地，所述主控制器采用高速DSP与运算器，进一步地，采用型号为 TMS320F-DSP的主控制器。
优选地，所述主控制器包括集成的双端口静态RAM运算随机存储区、控制信号 线、VO地址线和数据线端口，并具有双端口存取功能及标志器功能，采用信号标志器 仲裁方式，识别控制双端口的主从DSP读写访问控制时，识别多DSP各自需求的写人 和读出的期望值，解决数据访问冲突问题与对数据访问的逻辑仲裁。
优选地，所述控制信号线为两个，并分别独立。
优选地，还包括如下任意一个或任意多个部件：
-数据显示器，所述数据显示器与主控制器相连接，接收电网及负载运作状态信号，并实时显示电网及负载运作状态；
-通信报警装置，所述通信报警装置分别与主控制器和电网监控系统相连接， 接收电网及负载运作状态信号，并当电网或负载运作状态超过设定范围或超过极限、或 出现异常或故障时，实时向电网监控系统发出报警信号；
-电网监控系统，所述电网监控系统与主控制器相连接，接收电网及负载运作 状态信号，并实时监控电网及负载运作状态。
本发明结构合理、同步并行控制性能好，检测计算控制执行延迟时间小，响应 速度快、动态跟随控制性能好，运行稳定可靠，安全保护性能好，可适用于国家电 网、金属冶炼、电车铁路等各类电力系统，克服了现有技术中的缺点与问题，与现 有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明基于多DSP同步并行控制方式，由TMS320F-DSP主控制器10，控制 多个从DSP执行控制器(信号采集分析装置、电网调压补偿控制器、电网系统保护 控制器)。主从DSP控制器之间的数据通信采用双口RAM-PIO通信接口，电网检测信 号送入信号采集分析装置(DSP-A/D-FFT变换器处理器)6对电网信号进行变换与FFT 处理分析，并通过主控制器(TMS320F-DSP)把电网信号分析数据分别送电网调压补 偿控制器(DSP-VRC调压补偿控制器)7与电网系统保护控制器(DSP-SPC电网系统 保护控制器)9，对电网进行同步高速检测监控调压补偿与电网保护。
2、本发明基于主从DSP控制器之间由双DSP/RAM-PIO通信，由TMS320F-DSP 主控制器10，控制信号采集分析装置(DSP-A/D-FFT变换处理器)6，把电网检测装 置和负载检测装置输出的多路模拟信号变换为数字信号对电网数字信号进行处理与分 析，根据电网操作规程计算出DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC电网系统保 护控制器8的控制指令与参数；
3、DSP-VRC电网调压补偿控制器7与调压补偿装置8对电网电压波动进行调节与抑制和补偿，提高电网稳定性与安全性，提高电网质量；
4、DSP-SPC电网系统保护控制器9对电网进行检测监控与保护，控制电网系统保护操作执行，有效的实现远程广域电网高速遥测遥控操作运行，对于高压电网与多变复 杂的金属冶炼电网与高速电车牵引电网进行监控与保护操作，更具有高速性与实效性。
5、TMS320F-DSP主控制器10计算出DSP-VRC电网调压补偿控制器7指令，对 电网电压变化与负荷瞬时突变所产生的电压波动冲击进行抑制调节与补偿；利用 DSP-SPC电网系统保护控制器9，控制各隔离开关构成系统保护装置，对电网波动冲击 与过电压和过电流状态进行调整、限定与保护，从而提高电网与电力系统的稳定性与安 全性。同时利用通信装置把信号数据传送的远程监控系统进行监控。当系统出现过负荷， 由DSP-SPC电网系统保护控制器9根据电网操作规程进行电网负荷调节；
6、由于在实际钢铁电弧炉与高频炉冶炼系统、电车铁路与高速电车牵引供电变压器各相负荷相差极大，根据现场变电所与变压器及负载的测量的数据表明，变压器在很 多时间处于单相负荷运行状态，各相电压电流波动剧烈，造成电力供电系统严重不平衡。 本发明利用DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC电网系统保护控制器9对三相 不平衡负载进行电压调节与补偿。
7、当电网负荷系统超过设定极限与出现异常或故障，DSP-SPC电网系统保护控制器9控制电网与负载隔离开关对电网、负载进行保护隔离或切除，即时切除故障系统， 使故障点脱离电网，保障电网系统的安全运行，同时发出报警信号。
8、本发明对电网进行电网检测调压补偿与电网系统保护操作执行，对于高压电网与多变复杂的金属冶炼电网，有效的实现高速操作控制，对于远程大电网与高速电车与 牵引电网，利用高速遥测遥控操作控制方式，如对远程控制的检测监控调压补偿与系统 保护操作，利用高速GPS通信技术或采用国际化PROFIBUS总线通信技术与开放式的 通信协议标准，为变电站与远程电网监控系统提供了极其方便的数据通信形式和电网系 统安全保护，更具有高速性与实效性。
9、在实际应用中，由于电网与负载系统所需采集信号数据量大，要求实时性高，为了提高电网信号采集与数据处理速度与电网实时跟踪控制能力，本发明采用多DSP 同步并行运行模式，利用高速双端口RAM-PIO通信接口进行DSP之间的数据传输及状 态同步工作，不仅提高了DSP数据采集能力和处理速度，还克服了传统电网检测控制 方案中多通道缓冲串行数据交换速度慢、同步延时等缺点。
10、本发明中TMS320F-DSP，采用高速双口静态RAM运算随机存储区，提供两 个独立的控制信号线、VO地址线和数据线端口，具有双端口存取功能及标识器功能， 提供了多种仲裁方式、中断、忙逻辑、信号标志器，来识别控制双端口RAM-PIO的主 从DSP读写访问控制时，识别多DSP各自需求的写入和读出的期望值，解决了数据访 问冲突问题与对数据访问的逻辑仲裁。本发明采用信号标志器仲裁方式，无需插入等待 状态，提高了通信速度，最大限度的解决广域电网的高速通信方式与高速控制能力。
11、本发明电网状态监测与故障判别方式是通过对电网信号检测、数据分析建立故 障模型。利用数理统计、模式识别等技术对电网运行状态进行识别与分析；电网监控与故障判别和保护操作控制是指对电网运行状态进行分类、评估与决策。对电网运行异常 状态做出判断，根据设定参数与历史数据、运行状态与出现的故障特征，根据电网规程 进行判断故障性质和程度，对电网进行决策与系统保护操作。电网监测系统可为电网积 累完整和科学的运行记录资料，为现代电网的科学管理提供技术保证和实施依据。
12、本发明为电网运行状态检测、信号分析与电网控制操作分类、电网负荷监测与电网系统保护，对电网状态进行评估与操作决策，为提供完整和科学的运行记录资料， 为现代电网的科学管理提供技术保证和实施依据。数据终端采集的数据通过高速数据通 信装置向电网与生产系统监控中心实时传送，数据的通信方式采用国际化PROFIBUS 现场总线通信技术与开放式的通信协议标准，为变电站与远程电网监控系统提供了极其 方便的数据通信形式和快速的电网安全保护，同时也使系统构成更为简洁。
13、本发明经多次实验应用，电网监控系统通过对电网信号检测、数据分析建立故障模型。利用数理统计、模式识别等技术对电网运行状态与故障进行判别与监控。据故 障统计，电力系统故障约有48％是各种不同的短路故障，约10％为断路故障，12％为干 扰信号引起，15％因系统波动冲击引起，约10％为过负荷造成的过电流线路烧损或断路 器跳闸事故等。本发明为变电站与远程电网检测与监控系统提供了极其方便的数据检测 通信形式和高速电网安全保护控制方式，同时也使系统构成更为简洁安全与可靠。
实施本发明的产品不一定需要同时达到上述所有优点，可以是达到其中优点之一。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统结 构示意图；
图1中：1为电网、2为变压器、3为负载、4-1为变压器隔离开关、4-2为负载 隔离开关、5-1为电网检测装置、6为DSP-A/D-FFT信号采集分析装置、7为DSP-VRC 电网调压补偿控制器、8为调压补偿装置、9为DSP-SPC电网系统保护控制器，10 为TMS320F-DSP主控制器、11为数据显示器、12为通信报警装置、13为电网监控 系统；
图2为本发明一实施例DSP-A/D-FFT信号采集分析装置结构示意图；
图2中：5-1为电网检测装置、5-2为负载检测装置、5-3调压补偿检测装置、6-1 为DSP-A/D模数信号变换器，6-2为DSP-FFT信号处理器；
图3为本发明一实施例DSP-SPC电网系统保护控制器结构示意图；
图3中：4-1为变压器隔离开关、4-2为负载隔离开关、9为DSP-SPC电网系统 保护控制器、10为TMS320F-DSP主控制器；
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实 施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发 明的保护范围。
实施例
本实施例提供了一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，如 图1所示，设置于电网1中，包括：变压器2，每台变压器可给多台负载3供电， 每台变压器配置电网检测装置5-1与变压器隔离开关4-1，每个输出负载配置负载检 测装置5-2与负载隔离开关4-2；本实施例还包含DSP-A/D-FFT信号采集分析装置 6、DSP-VRC电网调压补偿控制器7、电网调压补偿装置8、DSP-SPC电网系统保 护控制器9；GJ-TSM320F-DSP主控制器10。进一步地，还包括数据显示装置11； 通信装置12与电网监控系统(远程)13；由TMS320F-DSP主控制器10控制多台 DSP执行控制器(DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6、DSP-VRC电网调压补偿控制 器7和DSP-SPC电网系统保护控制器9)，构成大电网智能检测监控调压补偿与保 护系统；检测装置5包含：电网检测装置5-1、负载检测装置5-2、调压补偿检测装 置5-3；每个检测装置均包含三相电压电流信号检测装置；DSP-A/D-FFT信号采集 分析装置6包含：DSP-A/D模数信号变换器6-1与DSP-FFT信号处理器6-2，构成 电网信号保护与分析装置，配置DSP-VRC电网调压补偿控制器7与调压补偿装置8； DSP-SPC电网系统保护控制器9(DSP-systemprotection controller)与隔离开关(变 压器隔离开关4-1、负载隔离开关4-2)构成系统保护装置。本实施例由检测装置与 DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6构成电网信号检测与数据采集装置、DSP-VRC 电网调压补偿控制器7与调压补偿装置8构成电网监控调压系统、由DSP-SPC电网 系统保护控制器9与隔离开关(变压器隔离开关4-1、负载隔离开关4-2)构成系统 保护装置，最终构成广域电网智能检测监控调压补偿与保护控制系统。
还包括数据显示器11、通信报警装置12、电网监控系统13。
本实施例提供的一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其中：
所述检测装置(电网检测装置5-1、负载检测装置5-2、调压补偿检测装置5-3) 分别与DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6连接；DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6 的输出与TMS320F-DSP主控制器10的输入端连接，TMS320F-DSP主控制器10的 输出端分别与DSP-VRC电网调压补偿控制器7和DSP-SPC电网系统保护控制器9 输入端连接，DSP-VRC电网调压补偿控制器7输出端与调压补偿装置8连接， DSP-SPC电网系统保护控制器9输出端连接到变压器隔离开关4-1与负载隔离开关 4-2的控制驱动输入端。
检测装置包括：电网检测装置5-1、负载检测装置5-2、调压补偿检测装置5-3；DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6包括：DSP-A/D模数信号变换器6-1、DSP-FFT 信号处理器6-2；
系统保护装置包括：DSP-SPC电网系统保护控制器9与变压器隔离开关4-1、 负载隔离开关4-2；
本发明由电网检测装置5-1、负载检测装置5-2以及调压补偿检测装置5-3检测 输出的多路电压与电流信号送入DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6，分析计算出电 网谐波与无功有害电力等电网信号数据与参数；
DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6输出数据输入到TMS320F-DSP主控制器10， 计算出DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC电网系统保护控制器9的控制 指令与参数；
DSP-VRC电网调压补偿控制器7，根据电网电压波动变化计算出调压补偿装置 8的操作值；
DSP-SPC电网系统保护控制器9，根据电网检测信号数据与TMS320F-DSP主 控制器10的控制指令、电网及负载运行状态信号以及电网保护控制规程计算出电 网与负载的调节控制指令，控制驱动保护变压器隔离开关4-1、负载隔离开关4-2 执行电网保护操作；
当电网出现过电压或过电流，或三相电压与电流不平衡，DSP-SPC电网系统保 护控制器9，控制负载隔离开关4-2对三相负载进行调节。
当电网或负荷系统出现过电压或过电流或超过电网规定限定，DSP-SPC电网系 统保护控制器9根据电网规定与操作规程，控制驱动调压补偿装置8，使变压器输 出电压调整，或操作负载隔离开关4-2进行负荷调节，减小负荷电流与容量；
当电网或负荷系统出现异常或故障，DSP-SPC电网系统保护控制器9根据电网 规定与操作规程，控制驱动变压器隔离开关4-1或负载隔离开关4-2断开，切除故 障点，使电网与负荷和补偿装置得以保护，使电网安全运行。
本实施例基于DSP主控制器同步并行控制多个DSP执行控制器构成电网智能监测调压补偿与电网系统保护的多层控制拓扑结构，由DSP主控制器对多个DSP执行控制 装置进行实时选择、承担各DSP同步时序、优先权控制、各总线的选择控制，由DSP 执行控制器完成对电网信号检测与分析，电网调压补偿装置、电网保护隔离开关与电网 保护控制器构成；如图1所示，TMS320F-DSP主控制器10控制电网、负载检测装置多 路输出信号按时序送入DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6、DSP-VRC电网调压补偿控 制器7、调压补偿装置8、DSP-SPC电网系统保护控制器9，并与隔离开关，共同构成 电网监控调压补偿与电网保护系统；由TMS320F-DSP主控制器10对各DSP执行控制 器与各驱动执行操作装置进行实时选择、承担各DSP同步时序、优先权控制、各总线 的选择控制；由电网检测装置5-1与负载检测装置5-2以及调压补偿检测装置5-3输出 的多路电压电流等物理信号输入到DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6进行A/D模数变 换与FFT分析，计算分析出电网参数与数据，把电网信息数据送到GJ-TMS320F-DSP 主控制器10，计算出各从DSP执行控制器的参数与控制指令；由各从DSP执行控制器 执行电网检测监控调压与电网保护操作执行。
检测装置包括：电网检测装置5-1、负载检测装置5-2、调压补偿检测装置5-3；每一个检测装置均包括：电网三相电压与电流信号检测变换装置，检测变换装置输出多路 信号输入到DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6；
各检测装置与DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6连接；DSP-A/D-FFT信号采集分 析装置6如图2所示，包括：DSP-A/D模数信号变换器6-1、DSP-FFT(高速)信号处 理器6-2；电网、负载检测装置5-1与5-2输出信号送人DSP-A/D-FFT信号采集分析装 置6，即由DSP-A/D模数信号变换器6-1，把电网电流电压等模拟信号变换为数字信号 输入到DSP-FFT信号处理器6-2进行信号数据分析，计算出电网电流电压的谐波成分、 有功、无功、功率因数、COSΦ、三相电流电压的不平衡度等电网物理参数与数据，送 到TMS320F-DSP主控制器10计算出DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC电 网系统保护控制器9的参数与控制指令，同时把电网运作状态信号数据送数据显示器11 与远程电网监控系统13。
由TMS320F-DSP主控制器10输出连接到DSP-VRC电网调压补偿控制器7与 DSP-SPC电网系统保护控制器9；当电网电压出现变化与波动，由TMS320F-DSP主控 制器10把电网与负载信息数据与控制指令送入到DSP-VRC调压补偿控制器7，由 DSP-VRC电网调压补偿控制器7控制调压补偿装置8，对电网波动电压进行抑制与调压 补偿；
当电网负载运行状态超过设定范围或超过极限、或出现异常或故障，DSP-SPC电网系统保护控制器9根据电网规范对电网与负载运行状态与数据进行分类与判断，判别电 网运行异常与电网故障类别，根据电网调节负载规程，对生产负载进行调载操作或负载 平衡调节操作；如电网或负载出现异常或故障，DSP-SPC电网系统保护控制器9根据故 障点与类别，驱动保护隔离开关4断开，使故障点切离电网或变压器，达到对电网或变 压器保护目的；同时由通信报警装置12向远程电网监控系统13发出报警信号。
本实施例适用于由电网、变压器与负载构成生产系统，也适应于多台变压器与负荷 构成广域大电网检测监控调压补偿与电网保护系统；在大电网系统中包括多台变压器与 多台负荷装置，每台变压器与负载装置配置检测装置与隔离开关；多个电网负载检测装置输出信号由到送入DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6，对电网信号进行数据分析，分 析数据输入到TMS320F-DSP主控制器10，计算出电网与负载各点的DSP-VRC电网调 压补偿控制器7和DSP-SPC电网系统保护控制器9的控制参数与指令，由DSP-VRC电 网调压补偿控制器7与DSP-SPC电网系统保护控制器9根据各点电网设定规范进行运 行状态判断与决策，控制驱动各隔离开关执行对电网进行保护操作。以此保证电网与各 变压器和生产负荷的电压调节补偿控制与安全保护。
本实施例中为了保证通信装置的高速性，可根据各电网与负载检测装置与控制装置 的距离，设置通信接口与通信方式，近距离可采用DSP-RAM-PIO随机存储器PIO接口， 中距离可采用RS485、RS486或CAN总线通信方式，远距离电网可采用无线或卫星GPS 数据通信方式，或采用国际化PROFIBUS现场总线通信技术与开放式的通信协议标准， 把数据终端采集的数据通过高速数据通信装置向电网与生产系统监控中心实时传送，或 由监控中心向DSP主控制器实时传送各指令与数据，为变电站与远程电网监控系统提 供了极其方便的数据通信形式和电网安全系统保护，同时也使系统构成更为简洁，以确 保本发明对提高对电网实时监控与安全保护能力，提升对电网遥测遥控与远程电网保护 操作的高速实效性。
为了提高电网信号检测与分析的高速性与兼容性，本实施例采用高速高精度TMS320F-DSP(比如TMS320F28335-DSP)作为主从控制器，也可以采用具有同等与 类型功能的其他型号DSP芯片或单片机作为主从控制器，也可根据本系统控制与构成 原理也可作若干改变与扩展，但都属于本发明技术的覆盖范围之内，均属于本发明保护 权限范围之内。
下面结合附图及具体应用实例，对本实施例的技术方案进一步详细描述。
本实施例提供的一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其中包括：电网1、变压器2、负载3、变压器隔离开关4-1、负载隔离开关4-2、电网检 测装置5-1、负载监测装置5-2、调压补偿检测装置5-3、DSP-A/D-FFT信号采集分析 装置6、DSP-VRC电网调压补偿控制器7、调压补偿装置8、DSP-SPC电网系统保护 控制器9、TMS320F-DSP主控制器10、数据显示器11、通信报警装置12、电网监控系 统13；
所述电网1经变压器隔离开关4-1与变压器2连接、变压器2经负载隔离开关 4-2与负载3连接，由变压器2向负载3供电；所述电网检测装置5-1设置在电网1 与变压器2之间；负载检测装置5-2设置在变压器2与负载3之间；
电网检测装置5-1与负载检测装置5-2的输出多路电压电流等信号经由与 DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6连接，所述DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6包 括：DSP-A/D数模信号变换器6-1与DSP-FFT信号处理器6-2构成；
所述电网、负载信号由电网、负载检测装置把多路电网电压电流等信号输入到DSP-A/D模数信号变换器6-1把模拟信号变换为数字信号，在由DSP-FFT信号处理 器6-2，计算出电网各检测点的电压电流与电网运行参数与数据，计算分析出电网 谐波、功率及功率因数、COSΦ及三相不平衡度等数据与参数；DSP-A/D-FFT信号 采集分析装置6输出端与GJ-TMS320F-DSP主控制器10连接，把电网分析数据参数 送入到DSP-VRC电网调压补偿控制器7根据电网信号与参数及电网操作规范计算 出调压补偿装置8控制指令；同时输出DSP-SPC电网系统保护控制器9的控制指令 与参数；
所述电网出现过电压或过电流、或负荷过载时，则由DSP-SPC电网系统保护控 制器9根据TMS320F-DSP主控制器10控制指令与电网操作规程，计算出电网与负 载隔离开关4-1、4-2控制指令，对电网、负载进行电压调节或断开操作，对电网、 负载进行调节操作；
当电网电压电流与负荷超过限定值，或出现异常与故障，则由DSP-SPC电网系 统保护控制器9根据电网操作规程，判别异常与故障的种类与级别，根据电网操作 规程驱动电网、负载隔离开关4-1、4-2，切离故障点，对电网进行保护；同时发出 报警信号。
在本实施例中：
所述电网1经由变压器隔离开关4-1与变压器2相连接，变压器2输出经由负 载隔离开关4-2与负载3相连接；电网检测装置5-1安装在变压器2的高压输入侧， 负载检测装置5-2安装在负载3的输入端，调压补偿检测装置5-3安装在调压补偿装 置8与变压器检测绕组之间；电网、负载检测装置5-1与5-2输出连接DSP-A/D-FFT 信号采集分析装置6；DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6包括：DSP-A/D模数信号变 换器6-1与DSP-FFT信号处理器6-2；由电网、负载检测装置5-1、5-2多路电压电流 信号输入到DSP-A/D模数信号变换器6-1把模拟信号变换为数字信号输入到DSP-FFT 信号处理器6-2，计算分析出电网谐波与无功有害电力与电网运行各类参数，送入 TMS320F-DSP主控制器10计算出各DSP执行控制器的各类参数与控制指令，送到 DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC电网系统保护控制器9，由DSP-VRC 电网调压补偿控制器7控制调压补偿装置8对电网电压进行调压补偿，由DSP-SPC电网系统保护控制器9控制各隔离开关对电网进行补偿与保护，同时送数据显示器11 与电网监控系统13，对电网数据与运行状态进行显示与监控。
下面结合附图对本实施例进一步详细说明。
本具体应用实例提供了一种由多DSP构成的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统；本具体应用实例由高速TMS320F-DSP主控制器10同步并行控制多 个从DSP执行控制器进行实时选择、承担各DSP同步时序、优先权控制、各总线的选 择控制，构成电网智能监控调压补偿与系统保护的多层控制拓扑结构，其中：高速 TMS320F-DSP主控制器10，检测装置5、DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6，构成多 通道电网负载信号采集处理部分，由DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6解析出电网电 压电流的瞬时动态变化数据，由高速TMS320F-DSP主控制器10根据电网规程计算出 各控制指令；由DSP-VRC电网调压补偿控制器7与调压补偿装置8对电网进行调压 补偿，对电网电压波动进行抑制与电压调节和补偿，由DSP-SPC电网系统保护控制 器9控制各隔离开关对电网系统进行保护，构成多DSP同步并行控制电网远程检测监 控与保护系统；本具体应用实例增强对电网实时监控与安全保护能力，提高电网远程检 测监控与保护操作的高速实效性，有效提高了电网操作灵活性、稳定性与电网系统安 全性。
图1所示为本实施例高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统结构示意图；
图2所示为本实施例DSP-A/D-FFT信号采集分析装置结构示意图；
图3所示为本实施例DSP-SPC电网系统保护控制器结构示意图。
本实施例中，TMS320F-DSP主控制器10输出控制DSP-SPC电网系统保护控制器 9，DSP-SPC电网系统保护控制器9输出端分别连接变压器隔离开关4-1和负荷隔离开 关4-2，根据电网操作规程对电网系统进行保护控制操作。
本实施例，由TMS320F-DSP主控制器10，同步并行控制多个从DSP执行控制器 的实时选择、承担各DSP控制器的同步控制时序、优先权控制、各总线的选择控制， 构成大电网智能监控与系统保护的多层控制拓扑结构；由高速TMS320F-DSP主控制器 10控制检测装置把电网电压电流等信号送入DSP-A/D-FFT信号采集分析装置6，由检 测装置5输出信号送入DSP-AD模数信号变换器6-1，把电网模拟信号变换数字信号， 再由DSP-FFT信号处理器6-2解析出电网电压电流的瞬时动态变化数据，根据电网规程 计算出各控制指令；DSP-VRC电网调压补偿控制器7与调压补偿装置8对电网电压 波动抑制调节与补偿，由DSP-SPC电网系统保护控制器9对电网进行安全保护，构成 多DSP同步并行的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统；本实施例增 强对电网实时监控与安全保护能力，提高电网远程检测与保护操作的高速实效性，提高 电网稳定性与安全性。
本实施例结构合理、同步并行控制性能好，检测计算控制执行延迟时间小，响 应速度快、动态跟随控制性能好，运行稳定可靠，安全保护性能好，可适用于国家 电网、金属冶炼、电车铁路等各类电力系统，克服了现有技术中的缺点与问题。
本发明实施例基于多DSP同步并行控制方式，由TMS320F-DSP主控制器10，控 制多个从DSP执行控制器(信号采集分析装置、电网调压补偿控制器、电网系统保 护控制器)。主从DSP控制器之间的数据通信采用双口RAM-PIO通信接口，电网检测 信号送入信号采集分析装置(DSP-A/D-FFT变换器处理器)6对电网信号进行变换与 FFT处理分析，并通过主控制器(TMS320F-DSP)把电网信号分析数据分别送电网调 压补偿控制器(DSP-VRC调压补偿控制器)7与电网系统保护控制器(DSP-SPC电网 系统保护控制器)9，对电网进行同步高速检测监控调压补偿与电网保护。
本发明实施例基于主从DSP控制器之间由双DSP/RAM-PIO通信，由 TMS320F-DSP主控制器10，控制信号采集分析装置(DSP-A/D-FFT变换处理器)6， 把电网检测装置和负载检测装置输出的多路模拟信号变换为数字信号对电网数字信号 进行处理与分析，根据电网操作规程计算出DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC 电网系统保护控制器8的控制指令与参数；
本发明实施例中DSP-VRC电网调压补偿控制器7与调压补偿装置8对电网电压波动进行抑制，对电网电压变化进行调压控制，对无功和有害电力进行补偿，提高电网稳 定性与安全性，提高电网质量；
本发明实施例中DSP-SPC电网系统保护控制器9对电网进行检测监控与保护，控制电网系统保护操作执行，有效的实现远程广域电网高速遥测遥控操作运行，对于高压 电网与多变复杂的金属冶炼电网与高速电车牵引电网进行监控与保护操作，更具有高速 性与实效性。
本实施例如图1所示，电网1经由变压器隔离开关4-1与变压器2连接，在电 网1与变压器2之间配置有电网检测装置5-1；变压器2输出经由负载隔离开关4-2 连接负载3，变压器2与负载3之间设置有负载检测装置5-2；电网检测装置5-1、 负载检测装置5-2以及调压补偿检测装置5-3的输出多路信号，连接到DSP-A/D-FFT 信号采集分析装置6，把电网、负载检测装置输出信号输入到DSP-A/D模数信号变 换器6-1，把电网物理模拟信号变换为数字信号输入到DSP-FFT信号处理器6-2， 计算分析出电网的参数与数据，此参数与数据送到TMS320F-DSP主控制器10，计 算出各电网各从DSP执行控制器控制指令，由多个从DSP执行控制器实现电网检测分 析、电网调压补偿、电网监控与保护控制。主从DSP控制器之间的数据通信采用双口 RAM-PIO通信接口；检测装置输出信号电网多路电压电流与电网运行状态信号分别送 入DSP-A/D模数信号变换器6-1与DSP-FFT信号处理器6-2对电网信号进行分析，电 网分析数据送入TMS320F-DSP主控制器10，根据电网操作规程计算出各执行控制器操作控制指令；
本发明实施例中，TMS320F-DSP主控制器10计算出DSP-VRC电网调压补偿控制 器7指令，对电网与瞬时突变负荷所产生的电压冲击进行抑制与调压补偿，利用 DSP-SPC电网系统保护控制器9，控制各隔离开关构成系统保护装置，对电网波动电网 冲击与过电压和过电流状态进行调整、限定与保护，从而提高电网与电力系统的稳定性 与安全性。同时利用通信装置把信号数据传送的远程监控系统进行监控。当系统出现过 负荷，由DSP-SPC电网系统保护控制器9根据电网操作规程进行电网负荷调节；
本发明实施例中，由于在实际钢铁电弧炉与高频炉冶炼系统、电车铁路与高速电车 牵引供电变压器各相负荷相差极大，根据现场变电所与变压器及负载的测量的数据表明， 变压器在很多时间处于单相负荷运行状态，各相电压电流波动剧烈，造成电力供电系统 严重不平衡。本发明利用DSP-VRC电网调压补偿控制器7与DSP-SPC电网系统保护控 制器9对三相不平衡负载进行调节与补偿。
本发明实施例中，当电网负荷系统超过设定极限与出现异常或故障，DSP-SPC系统保护控制器9控制电网与负载隔离开关4-2对电网、负载进行保护隔离或切除，即时 切除故障系统，使故障点脱离电网，保障电网系统的安全运行，同时发出报警信号，。
本发明实施例中，对电网进行电网检测调压补偿与电网系统保护操作执行，对于高 压电网与多变复杂的金属冶炼电网，有效的实现高速操作控制，对于远程大电网与高速电车与牵引电网，利用高速遥测遥控操作控制方式，如对远程控制的检测监控调压补偿 与系统保护操作，利用高速GPS通信技术或采用国际化PROFIBUS总线通信技术与开 放式的通信协议标准，为变电站与远程电网监控系统提供了极其方便的数据通信形式和 电网系统安全保护，更具有高速性与实效性。
在实际应用中，由于电网与负载系统所需采集信号数据量大，要求实时性高，为了提高电网信号采集与数据处理速度与电网实时跟踪控制能力，本发明实施例中采用多 DSP同步并行运行模式，利用高速双口RAM-PIO通信接口进行DSP之间的数据传输及 状态同步工作，不仅提高了DSP数据采集能力和处理速度，还克服了传统电网检测控 制方案中多通道缓冲串行数据交换速度慢、同步延时等缺点。
本发明实施例中，提供高速TMS320F28335-DSP，采用高速双口静态RAM运算 随机存储区,提供两个独立的控制信号线、VO地址线和数据线端口，具有双端口存取功 能及标识器功能，提供了多种仲裁方式、中断、忙逻辑、信号标志器，来识别控制双端 口RAM-PIO的主从DSP读写访问控制时，识别多DSP各自需求的写入和读出的期望 值，解决了数据访问冲突问题与对数据访问的逻辑仲裁。本实施例采用信号标志器仲裁 方式，无需插入等待状态，提高了通信速度，最大限度的解决广域电网的高速通信方式 与高速控制能力。
本发明实施例中，电网状态监测与故障判别方式是通过对电网信号检测、数据分析 建立故障判断与识别模型。利用数理统计、模式识别等技术对电网运行状态进行识别分析与判断；电网监控与故障判别和保护操作控制是指对电网运行状态进行分类、评估与 决策。高速的对电网运行异常状态做出判断，根据设定参数与历史数据、运行状态与出 现的故障特征，根据电网规程进行判断故障性质和程度，对电网进行决策与系统保护操 作，高速处理与避免于事故发展过程中。电网监测系统可为电网积累完整和科学的运行 记录资料，为现代电网的科学管理提供技术保证和实施依据。
本发明实施例为电网运行状态检测、信号分析与电网控制操作分类、电网负荷监测 与电网系统保护，对电网状态进行评估与操作决策，为提供完整和科学的运行记录资料， 为现代电网的科学管理提供技术保证和实施依据。数据终端采集的数据通过高速数据通 信装置向电网与生产系统监控中心实时传送，数据的通信方式采用国际化PROFIBUS 现场总线通信技术与开放式的通信协议标准，为变电站与远程电网监控系统提供了极其 方便的数据通信形式和快速的电网安全保护，同时也使系统构成更为简洁。
本发明实施例提供的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，经多次实验应用，电网监控系统通过对电网信号检测、数据分析建立故障模型。利用数理统 计、模式识别等技术对电网运行状态与故障进行判别与监控。据故障统计，电力系统故 障约有48％是各种不同的短路故障，约10％为断路故障，11％为干扰信号引起，13％因 系统波动冲击引起，约10％为过负荷造成的过电流线路烧损或断路器跳闸事故等。本控 制方式与系统为变电站与远程电网检测与监控系统提供了极其方便的数据检测通信形 式和高速电网安全保护控制方式，同时也使系统构成更为简洁安全与可靠。
综上，本发明实施例提供的一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控 制系统，由高速DSP主控器同步并行控制多个DSP执行控制器进行实时选择、承 担各DSP同步时序、优先权控制、各总线的选择控制，构成DSP控制电网智能监 测调压补偿与保护控制系统的主从多层控制拓扑结构；由检测装置(电网监测装置、 负载监测装置以及调压补偿检测装置)检测出电网电压电流理信号，由DSP-A/D-FFT 信号采集分析装置解析出电网电压电流的瞬时动态变化数据，由高速TMS320F-DSP 主控制器根据电网数据计算出各DSP执行控制器(DSP-VRC电网调压补偿控制器、 DSP-SPC电网系统保护控制器)的控制指令；再由各DSP执行控制器，控制各电网 变压器与各隔离开关，构成多DSP同步并行控制电网高速智能监测与调压补偿和保 护控制系统；增强对电网实时监控调压补偿与安全保护能力，运行稳定可靠，提高 电网监控与保护操作的高速实效性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，设置于电网中，其特征在于，包括变压器、变压器隔离开关、负载隔离开关、电网检测装置、负载检测装置、信号采集分析装置、电网调压补偿控制器、电网调压补偿装置、电网系统保护控制器以及主控制器；其中：
所述变压器隔离开关和所述电网检测装置分别与变压器相连接；所述负载隔离开关和所述负载检测装置用于与负载相连接；
所述电网检测装置、负载检测装置以及调压补偿检测装置分别将检测输出的多路电压和电流信号作为电网检测信号数据送入所述信号采集分析装置；所述信号采集分析装置根据多路电压和电流信号，分析计算出关于电网谐波与无功有害电力的电网信号数据与参数，并送入所述主控制器；
所述主控制器根据电网信号数据与参数，计算出所述电网调压补偿控制器和所述电网系统保护控制器的控制指令与电网及负载运作状态信号；
所述电网调压补偿控制器和所述电网系统保护控制器根据控制指令，分别控制驱动电网调压补偿装置和变压器隔离开关与负载隔离开关，执行电网保护操作。
2.根据权利要求1所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，所述关于电网谐波与无功有害电力的电网信号数据与参数包括：电网电流电压的谐波成分、有功功率、无功功率、功率因数、COSφ、三相电流电压的不平衡度。
3.根据权利要求1所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，当电网电压出现波动与变化时，所述电网调压补偿控制器根据电网电压波动变化，计算出所述调压补偿装置的操作值，进而控制驱动调压补偿装置，对变压器输出电压进行调整，对电网电压波动进行抑制与补偿。
4.根据权利要求1所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，当电网或负载运行状态超过设定范围或超过极限、或出现异常或故障时，所述电网系统保护控制器根据电网检测信号数据、电网及负载运行状态信号以及电网保护控制规程，计算出电网与负载的调节控制指令，并分别控制驱动所述变压器隔离开关和所述负载隔离开关执行电网保护操作。
5.根据权利要求4所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，控制驱动所述变压器隔离开关和所述负载隔离开关执行电网保护的操作，包括如下任意一项或任意多项：
-当电网出现过电压、过电流或三相电压与电流不平衡时：电网系统保护控制器控制负载隔离开关对三相负载进行调节；
-当电网或负载出现过电压、过电流或超过电网规定限定时：电网系统保护控制器根据电网保护控制规程，控制驱动调压补偿装置，调节变压器输出电压；或，电网系统保护控制器操作所述负载隔离开关进行负载调节，减小负载电流与容量；
-当电网或负载出现异常或故障时：电网系统保护控制器根据电网保护控制规程，控制驱动变压器隔离开关或负载隔离开关断开，切除故障点，使电网、负载以及调压补偿装置得以保护，使电网安全运行。
6.根据权利要求1所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，每一台变压器能够向多台负载供电。
7.根据权利要求1所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，所述主控制器采用型号为TMS320F-DSP的主控制器。
8.根据权利要求7所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，所述主控制器包括集成的双端口静态RAM运算随机存储区、控制信号线、VO地址线和数据线端口，并具有双端口存取功能及标志器功能，采用信号标志器仲裁方式，识别控制双端口的主从DSP读写访问控制时，识别多DSP各自需求的写人和读出的期望值，解决数据访问冲突问题与对数据访问的逻辑仲裁。
9.根据权利要求8所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，所述控制信号线为两个，并分别独立。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的高速DSP控制电网智能监测调压补偿与保护控制系统，其特征在于，还包括如下任意一个或任意多个部件：
-数据显示器，所述数据显示器与主控制器相连接，接收电网及负载运作状态信号，并实时显示电网及负载运作状态；
-通信报警装置，所述通信报警装置分别与主控制器和电网监控系统相连接，接收电网及负载运作状态信号，并当电网或负载运作状态超过设定范围或超过极限、或出现异常或故障时，实时向电网监控系统发出报警信号；
-电网监控系统，所述电网监控系统与主控制器相连接，接收电网及负载运作状态信号，并实时监控电网及负载运作状态。
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