CN112117737B - 一种保护装置采样容错重组方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保护装置采样容错重组方法，包括以下步骤：S1：设置FPGA至保护装置中，所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出；S2：所述FPGA将采集的信号发送给CPU；S3：CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态；S4：若是，则FPGA加载第一FPGA代码，由所述AD采样芯片完成AD采样；若不是，则FPGA加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成AD采样。本发明通过当AD采样芯片出现硬件故障，FPGA通过重新启动和加载，把之前的部分优先级不高的资源释放，腾出来的资源用于实现AD采样功能，从而提高保护装置的采样的冗余性和可靠性，从而保障了变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的安全生产和运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及配电保护技术领域，更具体地，涉及一种保护装置采样容错重组方法和系统。
背景技术
线路保护装置是指主要用于各电压等级的间隔单元的保护测控，具备完善的保护、测量、控制、备用电源自投及通信监视功能，为变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的保护与控制提供了完整的解决方案，可有力地保障高低压电网及厂用电系统的安全稳定运行的装置。
公开日为2020年01月24号，公开号为CN110726936A的中国专利公开了一种电压采样故障和电压极值故障的判定和处理方法，包括：步骤一：判断单体电压高于ViHref、单体电压低于ViLref和单体电池间压差大于△Viref中至少一种情况发生；步骤二：采集板执行断线检测命令；步骤三：若断线检测结果显示发生断线故障，则判定是单体电压采样故障；否则排除单体电压采样故障；步骤四：在步骤三中排除单体电压采样故障后对单体电压做持续监测：若步骤一中的情况仍然持续发生，则判定是电压极值故障。
现阶段线路保护装置一般采用AD采样芯片作为电流和电压的采样，并通过逻辑判断执行相应的保护功能。一旦出现AD采样芯片硬件故障，线路保护装置无法实现AD采样和保护功能，需要进行装置的替换和维修，从而影响变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的安全生产。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种保护装置采样容错重组方法，保障了变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的安全生产和运行安全。
本发明的进一步目的是提供一种保护装置采样容错重组系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种保护装置采样容错重组方法，包括以下步骤：
S1：设置FPGA至保护装置中，所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出；
S2：所述FPGA将采集的信号发送给CPU；
S3：CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态；
S4：若是，则FPGA加载第一FPGA代码，由所述AD采样芯片完成AD采样；若不是，则FPGA加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成 AD采样。
优选地，所述AD采样芯片的输入为电流采样信号，所述AD采样芯片的输出为电流采样信号的数字信号。
优选地，步骤S3中CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态，具体为：
设置电流最大值Imax，CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值是否超过电流最大值Imax。
优选地，步骤S4中，当CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片处于正常工作状态，设置AD故障状态为0，CPU的过流保护信号输出为1，则FPGA加载第一FPGA代码；当 CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片不处于正常工作状态，设置AD故障状态为1，CPU的过流保护信号输出为0，则FPGA加载第二FPGA代码。
优选地，步骤S4中FPGA加载第一FPGA代码后，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护和网络安全过滤。
优选地，步骤S4中FPGA加载第二FPGA代码后，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护和AD采样。
一种保护装置采样容错重组系统，如图3，包括FPGA、AD采样芯片、CPU 和存储器，其中：
所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出，所述FPGA将采集的信号发送给CPU，所述CPU与存储器连接，所述存储器与FPGA连接，所述存储器内存储有第一FPGA代码和第二FPGA代码，当CPU判断所述AD采样芯片处于正常工作状态时，则FPGA从存储器中加载第一FPGA代码，由所述 AD采样芯片完成AD采样；若CPU判断所述AD采样芯片不处于正常工作状态时，则FPGA从存储器中加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成AD采样。
优选地，所述存储器为EEPROM。
优选地，所述AD采样芯片的输入为电流采样信号，所述AD采样芯片的输出为电流采样信号的数字信号。
优选地，CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态，具体为：
设置电流最大值Imax，CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值是否超过电流最大值Imax；
当CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片处于正常工作状态，设置AD故障状态为0，CPU的过流保护信号输出为1，则FPGA加载第一FPGA代码；当CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片不处于正常工作状态，设置AD故障状态为1，CPU的过流保护信号输出为0，则FPGA 加载第二FPGA代码。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过当AD采样芯片出现硬件故障，FPGA通过重新启动和加载，把之前的部分优先级不高的资源释放，腾出来的资源用于实现AD采样功能，从而提高保护装置的采样的冗余性和可靠性，虽然AD采样芯片硬件故障，通过采样容错重组技术实现了线路保护装置的采样功能和保护功能的恢复，从而保障了变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的安全生产和运行安全。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明步骤S4得到流程示意图。
图3为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种一种保护装置采样容错重组方法，如图1，包括以下步骤：
S1：设置FPGA至保护装置中，所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出；
S2：所述FPGA将采集的信号发送给CPU；
S3：CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态；
S4：若是，则FPGA加载第一FPGA代码，由所述AD采样芯片完成AD采样；若不是，则FPGA加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成 AD采样。
所述AD采样芯片的输入为电流采样信号，所述AD采样芯片的输出为电流采样信号的数字信号。
步骤S3中CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态，具体为：
设置电流最大值Imax，CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值是否超过电流最大值Imax。
如图2，步骤S4中，当CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片处于正常工作状态，设置AD故障状态为0，CPU的过流保护信号输出为1，则FPGA加载第一FPGA代码；当 CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片不处于正常工作状态，设置AD故障状态为1，CPU的过流保护信号输出为0，则FPGA加载第二FPGA代码。
步骤S4中FPGA加载第一FPGA代码后，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护和网络安全过滤，CPU负责后台通讯、保护信号输出和系统管理功能。
步骤S4中FPGA加载第二FPGA代码后，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护和AD采样，CPU负责后台通讯、保护信号输出和系统管理功能。
在具体实施例中，当AD采样芯片硬件正常工作时，如图所示电流信号通过管脚H和管脚K进入AD采样芯片，AD采样芯片把转换的数字信号发送给FPGA，通过FPGA处理和判断，把保护信息发送给CPU。当电流采样信号的峰值超过最大值Imax，CPU的过流保护信号通过管脚P输出为1。其中FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护、网络安全过滤等功能，CPU负责后台通讯、保护信号输出和系统管理功能。
当AD采样芯片硬件故障时，FPGA通过释放网络安全过滤功能的FPGA资源来实现AD采样功能。如图所示电流信号通过管脚N和管脚M进入FPGA， FPGA在管脚N和管脚M实现AD采样功能，FPGA将采样的数据处理和判断后把保护信息发送给CPU。当电流采样信号的峰值超过最大值Imax，CPU的过流保护信号通过管脚P输出为1。其中FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护、AD采用功能，CPU负责后台通讯、保护信号输出和系统管理功能。
流程如图2所示，线路保护装置启动，AD故障状态位是0，则FPGA加载第一FPGA代码，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护、网络安全过滤等功能。同时判断AD采样芯片是否故障，如果故障，则将AD故障状态位置为1，并重启装置。
线路保护装置启动，AD故障状态位是1，则FPGA加载第二FPGA代码，通过释放网络安全过滤功能的FPGA资源来实现AD采样功能。FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护，AD采样功能。虽然AD采样芯片硬件故障，通过采样容错重组技术实现了线路保护装置的采样功能和保护功能的恢复，从而保障了变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的安全生产和运行安全。
实施例2
本实施例提供一种保护装置采样容错重组系统，如图3，包括FPGA、AD 采样芯片、CPU和存储器，其中：
所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出，所述FPGA将采集的信号发送给CPU，所述CPU与存储器连接，所述存储器与FPGA连接，所述存储器内存储有第一FPGA代码和第二FPGA代码，当CPU判断所述AD采样芯片处于正常工作状态时，则FPGA从存储器中加载第一FPGA代码，由所述 AD采样芯片完成AD采样；若CPU判断所述AD采样芯片不处于正常工作状态时，则FPGA从存储器中加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成AD采样。
所述存储器为EEPROM。
所述AD采样芯片的输入为电流采样信号，所述AD采样芯片的输出为电流采样信号的数字信号。
CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态，具体为：
设置电流最大值Imax，CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值是否超过电流最大值Imax；
当CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片处于正常工作状态，设置AD故障状态为0，CPU的过流保护信号输出为1，则FPGA加载第一FPGA代码；当CPU根据到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片不处于正常工作状态，设置AD故障状态为1，CPU的过流保护信号输出为0，则FPGA 加载第二FPGA代码。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种保护装置采样容错重组方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置FPGA至保护装置中，所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出；
S2：所述FPGA将采集的信号发送给CPU；
S3：CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态；
S4：若是，则FPGA加载第一FPGA代码，由所述AD采样芯片完成AD采样；若不是，则FPGA加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成AD采样；
步骤S4中FPGA加载第一FPGA代码后，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护和网络安全过滤；
步骤S4中FPGA加载第二FPGA代码后，FPGA实现短路故障保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低频减载保护、零序电流保护、欠压保护、过压保护和AD采样；
所述AD采样芯片的输入为电流采样信号，所述AD采样芯片的输出为电流采样信号的数字信号；
步骤S3中CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态，具体为：
设置电流最大值Imax，CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值是否超过电流最大值Imax；
步骤S4中，当CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片处于正常工作状态，设置AD故障状态为0，CPU的过流保护信号输出为1，则FPGA加载第一FPGA代码；当CPU根据接收 到的信号，计算电流采样信号的峰值超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片不处于正常工作状态，设置AD故障状态为1，CPU的过流保护信号输出为0，则FPGA加载第二FPGA代码。
2.一种保护装置采样容错重组系统，其特征在于，包括FPGA、AD采样芯片、CPU和存储器，其中：
所述FPGA分别采集保护装置中AD采样芯片的输入和输出，所述FPGA将采集的信号发送给CPU，所述CPU与存储器连接，所述存储器与FPGA连接，所述存储器内存储有第一FPGA代码和第二FPGA代码，当CPU判断所述AD采样芯片处于正常工作状态时，则FPGA从存储器中加载第一FPGA代码，由所述AD采样芯片完成AD采样；若CPU判断所述AD采样芯片不处于正常工作状态时，则FPGA从存储器中加载第二FPGA代码，FPGA重组，由重组后FPGA完成AD采样；
所述AD采样芯片的输入为电流采样信号，所述AD采样芯片的输出为电流采样信号的数字信号；
CPU判断所述AD采样芯片是否处于正常工作状态，具体为：
设置电流最大值Imax，CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值是否超过电流最大值Imax；
当CPU根据接收到的信号，计算电流采样信号的峰值不超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片处于正常工作状态，设置AD故障状态为0，CPU的过流保护信号输出为1，则FPGA加载第一FPGA代码；当CPU根据接收 到的信号，计算电流采样信号的峰值超过电流最大值Imax时，判断为AD采样芯片不处于正常工作状态，设置AD故障状态为1，CPU的过流保护信号输出为0，则FPGA加载第二FPGA代码。
3.根据权利要求2所述的保护装置采样容错重组系统，其特征在于，所述存储器为EEPROM。
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