CN109830931B - 一种适用于直流控制保护系统的嵌入式故障录波装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于直流控制保护系统的嵌入式故障录波装置，该故障录波装置包括：可编程逻辑控制器件、微处理器、差分通信芯片、故障判断组件和第一芯片，可编程逻辑控制器件通过差分通信芯片与外接设备通信连接，通过差分通信芯片获取外接设备的录波数据，并将录波数据写入第一芯片；故障判断组件用于判断外接设备是否发生故障，当发生故障时，确定故障时间点；可编程逻辑控制器件通过第一芯片获取故障时间点和故障时间点前后预设时间内的录波数据得到故障录波数据，将故障录波数据发送至微处理器；微处理器根据故障录波数据生成故障录波文件。本发明的故障录波装置，具有较高的集成度，降低了设备的成本，符合电力系统二次设备轻型化、紧凑化的趋势。

Description

一种适用于直流控制保护系统的嵌入式故障录波装置

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种适用于直流控制保护系统的嵌入式故障录波装置。

背景技术

柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电之后的新一代输电技术，在控制传输电能的同时可独立调节无功功率。柔性直流输电不存在换相失败问题，无需配置滤波及无功补偿设备，易于构建多端直流网络。可以解决目前交直流输电面临的诸多技术瓶颈，可以改善风电接入性能，大大提高低电压穿越能力和系统稳定性，是远距离海上风电并网的唯一技术手段。该技术的出现，为新能源发电并网、大型城市中心负荷供电、孤岛供电、多端直流联网提供了一个崭新的解决方案，是构建智能电网的重要技术手段。

故障录波装置是柔性直流输电系统的核心控制和保护设备，运维人员通过控制系统发出对输电系统的所有控制指令，如控制分断主断路器、解闭锁换流阀等操作，通过保护系统实现在系统故障时对输电设备的及时保护，如单极接地故障、交流过压故障等。

故障录波装置的故障录波功能是用来记录输电系统中的各类重要事件和系统状态的，该功能一般是故障录波装置随时记录系统的各种参数，当预设好的事件发生时则触发数据归集功能，此时将记录触发事件时间点前、后的一部分数据形成COMTRADE格式的波形文件用于操作员进行故障分析时使用。故障录波装置的故障录波功能一般是由专用的故障录波仪实现的，故障录波仪一般是独立设备，可单独于故障录波装置而运行，这种仪器一般具备独立的操作系统和人机界面系统。但由于独立设备需要采用独立的电源和数据存储设备，设备所需屏柜数量较多，设备制造的成本较大。

发明内容

有鉴于此，本发明供一种适用于直流控制保护系统的嵌入式故障录波装置，以解决现有技术中故障录波仪采用独立设备，需要采用独立的电源和数据存储设备，设备所需屏柜数量较多，设备制造的成本较大的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种故障录波装置，其特征在于，包括：可编程逻辑控制器件、微处理器、差分通信芯片、故障判断组件和第一芯片，所述可编程逻辑控制器件通过所述差分通信芯片与外接设备通信连接，通过所述差分通信芯片获取外接设备的录波数据，并将所述录波数据写入所述第一芯片；所述故障判断组件用于判断外接设备是否发生故障，当发生故障时，确定故障时间点；所述可编程逻辑控制器件通过所述第一芯片获取所述故障时间点和故障时间点前后预设时间内的录波数据得到故障录波数据，将所述故障录波数据发送至所述微处理器；所述微处理器根据所述故障录波数据生成故障录波文件。

优选地，所述故障录波装置还包括：第二芯片，与所述微处理器连接，所述微处理器获取所述故障录波数据，将所述故障录波数据写入所述第二芯片。

优选地，所述故障录波装置还包括：以太网芯片，所述微处理器通过所述以太网芯片和上位机进行通信，将所述故障录波文件传输至上位机。

优选地，所述第一芯片包括：多个数据区块，所述可编程逻辑控制器件将所述录波数据从所述多个数据区块的第一个数据区块写入至最后一个数据区块，当所述多个数据区块写满后，所述可编程逻辑控制器件将所述录波数据继续从第一个数据区块写入，覆盖当前数据区块中存储的录波数据。

优选地，所述可编程逻辑控制器件包括FPGA芯片，所述微处理器包括PowerPC芯片。

本发明实施例第二方面提供一种控制保护系统，包括：上位机、外接设备及如本发明实施例第一方面中任一项所述的故障录波装置。

优选地，所述上位机包括：以太网接口，所述上位机通过所述以太网接口获取所述微处理器传输的所述故障录波文件。

优选地，所述控制保护系统还包括：PCB板卡，所述故障录波装置设置在所述PCB板卡上。

优选地，所述PCB板卡包括：卡槽接口，所述卡槽接口与外接设备连接，所述差分通信芯片通过所述卡槽接口获取所述录波数据。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的故障录波装置，通过可编程逻辑控制器件、微处理器、差分通信芯片、故障判断组件和第一芯片就可以实现故障录波功能，可以将这些芯片集成在一个硬件板卡上，可以方便地插到控制、保护主机中，不额外占用屏柜空间，不需要单独的故障录波设备，具有较高的集成度，省去了设备所需的屏柜，降低了设备的成本，符合电力系统二次设备轻型化、紧凑化的趋势。该故障录波装置设置第一芯片和可编程逻辑控制器件通信连接，可以用于存储录波数据，当故障判断组件判断发生故障时，可编程逻辑控制器件再将故障录波数据传输至微处理器，减少了总线开销，节约成本。

2.本发明实施例提供的控制保护系统，可以是柔性直流输电中的控制保护系统，它不仅具备控制保护系统自身具有的设备保护、系统保护和其他自动控制功能，还可以实现故障录波功能，该故障录波功能被集成在一块PCB板卡上，而这块板卡不仅仅具备故障录波的功能，还同时具备其他各种功能，如可编程逻辑控制器件具有的分发数据的功能。此外，PCB板卡的外形尺寸与控制保护系统的外接设备的其他板卡一致，可以方便地插到控制、保护主机中，不额外占用屏柜空间，提高了系统的集成度和轻型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明故障录波装置的一个具体实施方式的结构框图；

图2为本发明故障录波装置的一个具体实施方式的示意图；

图3为本发明故障录波装置的另一个具体实施方式的结构框图；

图4为本发明故障录波装置的另一个具体实施方式的示意图；

图5为本发明控制保护系统的一个具体实施方式的结构框图。

附图标记说明：

1－可逻辑编程控制器；2－微处理器；3－差分通信芯片；4－故障判断组件；5－第一芯片；6－第二芯片；7－第三芯片；8－以太网芯片；9－外接设备；10－故障录波装置；11－上位机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种故障录波装置，如图1所示，该故障录波装置包括：可编程逻辑控制器件1、微处理器2、差分通信芯片3、故障判断组件4和第一芯片5，可编程逻辑控制器件1通过差分通信芯片2与外接设备通信连接，通过差分通信芯片2获取外接设备的录波数据，并将录波数据写入第一芯片5；故障判断组件4用于判断外接设备是否发生故障，当发生故障时，确定故障时间点；可编程逻辑控制器件1通过第一芯片5获取故障时间点和故障时间点前后预设时间内的录波数据得到故障录波数据，将故障录波数据发送至微处理器2；微处理器2根据故障录波数据生成故障录波文件。

本发明实施例中，如图2所示，可编程逻辑控制器件1获取的故障时间点和故障时间点前后预设时间内的录波数据可以表示为图中的三个时间段，分别用thetime beforetrigger(故障发生时间点前一段时间)、the trigger time(故障发生时间点)和the timeafter trigger(故障发生时间点后一段时间)表示。故障录波时获取上述三个时间点的数据，可以为进一步诊断提供基础，掌握故障时和故障前后的波形变化，可以正确地分析判断电力系统、线路和设备故障发生的确切地点、发展过程和故障类型，以便迅速排除故障和制定防止对策。

本发明实施例中，通过可编程逻辑控制器件1、微处理器2、差分通信芯片3、故障判断组件4和第一芯5片就可以实现故障录波功能，其中可编程逻辑控制器件1通过差分通信芯片3获取录波数据，写入第一芯片中，当故障判断组件4判断需要录波时，可编程逻辑控制器件1读取第一芯片获取录波数据通信传输至微处理器2生成故障录波文件，使用时，可以将这些芯片集成在一个硬件板卡上，可以方便地插到控制、保护主机中，不额外占用屏柜空间，不需要单独的故障录波设备，具有较高的集成度，省去了设备所需的屏柜，降低了设备的成本，符合电力系统二次设备轻型化、紧凑化的趋势。该故障录波装置设置第一芯片5和可编程逻辑控制器件1通信连接，可以用于存储录波数据，当故障判断组件4判断发生故障时，可编程逻辑控制器件1再将故障录波数据传输至微处理器2，减少了总线开销，节约成本。

本发明实施例中，可编程逻辑控制器件1可以是FPGA芯片，微处理器2可以是PowerPC芯片，第一芯片5可以是Dual Data Rate RAM(DDR＿RAM)芯片，差分通信芯片3可以是低压差分通信(LVDS)芯片，微处理器2可以按照COMTRADE格式生成故障录波文件，可编程逻辑控制器件1通过差分通信芯片3与外接设备通信连接获取外接设备的录波数据时，可以通过增强型时分复用(eTDM)通信实现，而采用通信连接获取数据，相比现有技术使用传感器等方法，通信连接不仅可以获取模拟量数据，还可以获取数字量数据，不需要对数据形式进行转换，更加简便灵活。

本发明实施例中，可编程逻辑控制器件1通过差分通信芯片3与外接设备通信连接不仅可以获取录波数据，还可以获取外接设备的遥信数据、遥测数据、指令数据等，并将这些数据通过不同路的eTDM线路分发给相应装置，使得该故障录波装置不仅可以起到故障录波的功能，还可以起到分发数据的功能。

在一较佳实施例中，如图3所示，故障录波装置还包括：第二芯片6，与微处理器2连接，微处理器2获取故障录波数据，将故障录波数据写入第二芯片6。本发明实施例中，第二芯片6可以是FLASH芯片，设置第二芯片6和微处理器2连接，故障录波时，微处理器2可以将故障录波数据写入第二芯片6，以备掉电恢复时使用。

微处理器2内部可以使用Linux操作系统，Linux系统自带TCP/IP协议栈，如图3所示，可以设置第三芯片7和微处理器通信连接，为微处理器内操作系统运行提供内存，第三芯片7可以是DDR＿RAM芯片，本发明不以此为限。

在一较佳实施例中，如图3所示，故障录波装置还可包括：以太网芯片8，微处理器2通过以太网芯片8和上位机进行通信，将故障录波文件传输至上位机，在上位机中可以以符合规范的任意第三方阅读器打开查阅。

在一较佳实施例中，第一芯片5包括：多个数据区块，可编程逻辑控制器件1将录波数据从多个数据区块的第一个数据区块写入至最后一个数据区块，当多个数据区块写满后，可编程逻辑控制器件1将录波数据继续从第一个数据区块写入，覆盖当前数据区块中存储的录波数据。

本发明实施例中，如图4所示，多个数据区块可以以DAT＿x作为示意，每个数据区块以地址作为计数方式，图中的Address＿Ptr为可编程逻辑控制器件1写入数据时的地址指针，由于第一芯片5内存空间有限，所以数据循环写入其中，当Address＿Ptr指针累计到DAT＿n时内存空间存满，则下一时刻则将指针归零，新到的数据写入到DAT0区块中，以此类推。当在某时刻DAT＿x时发生故障录波需求，则可编程逻辑控制器件1读取DAT＿x－1的数据作为故障前录波数据，这些数据与DAT＿x及DAT＿x+1的数据合成为完整的故障录波记录。当在DAT＿x+1时刻后，本次故障录波的时间段内尚未完成录波时，系统又发生了一次或多次录波需求，此时为避免短时间内重复生成录波文件，可编程逻辑控制器件1将这些录波请求记录下来，写入到第一芯片中，当完成本次录波后自动生成第二个录波操作。

本发明实施例提供的上述可编程逻辑控制器件1的写入方法，利用第一芯片5存储录波数据，当在故障录波时间内需要再次进行故障录波时，可编程逻辑控制器件1可以将这些录波请求记录下来，完成本次录波后自动生成第二个录波操作，采用该方法实现故障录波，保证了故障录波数据的完整性和连续性，可靠性更高。

本发明实施例还提供一种控制保护系统，如图5所示，该控制保护系统包括：上位机11、外接设备9及如上述本发明实施例提供的故障录波装置10，该故障录波装置10可以集成在一块PCB板卡上。

在一较佳实施例中，PCB板卡包括：卡槽接口，卡槽接口与外接设备连接，差分通信芯片通过卡槽接口获取录波数据，该卡槽接口和外接设备9的信号背板进行连接，可以同时实现电气连接和机械固定，其中电气连接是为本发明的板卡提供电源和与其他板卡通信的通信线路。

在一较佳实施例中，上位机11包括：以太网接口，上位机11通过以太网接口和以太网芯片8进行通信获取微处理器2传输的故障录波文件。

本发明实施例中的控制保护系统，可以是柔性直流输电中的控制保护系统，它不仅具备控制保护系统自身具有的设备保护、系统保护和其他自动控制功能，还可以实现故障录波功能，该故障录波功能被集成在一块PCB板卡上，而这块板卡不仅仅具备故障录波的功能，还同时具备其他各种功能，如可编程逻辑控制器件具有的分发数据的功能。此外，PCB板卡的外形尺寸与控制保护系统的外接设备的其他板卡一致，可以方便地插到控制、保护主机中，不额外占用屏柜空间，提高了系统的集成度和轻型化。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种控制保护系统，其特征在于，包括：PCB板卡和故障录波装置，所述故障录波装置设置在所述PCB板卡上，所述PCB板卡包括卡槽接口，所述故障录波装置包括可编程逻辑控制器件、微处理器、差分通信芯片、故障判断组件和第一芯片，

所述可编程逻辑控制器件通过所述差分通信芯片与外接设备通信连接，通过所述差分通信芯片获取外接设备的录波数据，并将所述录波数据写入所述第一芯片；

所述故障判断组件用于判断外接设备是否发生故障，当发生故障时，确定故障时间点；

所述可编程逻辑控制器件通过所述第一芯片获取所述故障时间点和故障时间点前后预设时间内的录波数据得到故障录波数据，将所述故障录波数据发送至所述微处理器；

所述微处理器根据所述故障录波数据生成故障录波文件；

所述卡槽接口与外接设备连接，所述差分通信芯片通过所述卡槽接口获取所述录波数据。

2.根据权利要求1所述的控制保护系统，其特征在于，还包括：第二芯片，与所述微处理器连接，所述微处理器获取所述故障录波数据，将所述故障录波数据写入所述第二芯片。

3.根据权利要求1所述的控制保护系统，其特征在于，还包括：以太网芯片，所述微处理器通过所述以太网芯片和上位机进行通信，将所述故障录波文件传输至上位机。

4.根据权利要求1所述的控制保护系统，其特征在于，所述第一芯片包括：多个数据区块，所述可编程逻辑控制器件将所述录波数据从所述多个数据区块的第一个数据区块写入至最后一个数据区块，当所述多个数据区块写满后，所述可编程逻辑控制器件将所述录波数据继续从第一个数据区块写入，覆盖当前数据区块中存储的录波数据。

5.根据权利要求1所述的控制保护系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器件包括FPGA芯片，所述微处理器包括PowerPC芯片。

6.根据权利要求1所述的控制保护系统，其特征在于，还包括：上位机。

7.根据权利要求6所述的控制保护系统，其特征在于，所述上位机包括：以太网接口，所述上位机通过所述以太网接口获取所述微处理器传输的所述故障录波文件。

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