专利名称：基于dsp的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护装置领域，特别是一种能够正确区分振荡和故障状态以保证继电保护装置正确动作的基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法。
背景技术：
继电保护装置是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全运行的重要措施之一。在现代化的电力系统中它是维持系统正常工作不可缺少的部分，它的正确动作，对电力设备的安全运行以及电网的稳定有着重要的意义。电力系统振荡是指并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象，它属于电力系统的一种不正常工作情况。发生振荡后系统可继续运行，保护不必动作。但是由于振荡时电压电流会发生周期性变化，若在某一点电流大于保护的动作值，且持续时间大于保护的动作时间，保护就会动作，这种动作属于误动情况，应该避免，因此对继电保护应装设专门的振荡闭锁装置，且该振荡闭锁装置应有严密的测试系统以保证在振荡时将保护可靠闭锁。目前，国内的振荡闭锁装置的测试系统大多采用单片机或计算机进行数学运算，由于受其运算速度的影响，使得检测装置计算得到的数据量比较少或虽然数据量多但不能进行复杂的数学运算。因此为了提高测试装置的小信号输出精度，改善输出信号的幅频特性以及能对电力系统进行较为复杂的模拟，有必要采用一种高速数字信号处理器以进行快速的数字计算和数据传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法，它利用DSP的功能实现快速区分出电力系统的故障与振荡状态，并可以获得高精度的检测效果，从最大程度上减小电力系统继电保护装置在不正常运行状态下的误动机率。
本发明的技术方案基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于它包括硬件装置及相关软件编程两部分，所说的硬件部分是由数据采集转换模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块和开关控制模块所组成，所说的数据采集转换模块其输出端连接A/D转换模块输出到DSP信号处理模块，DSP信号处理模块输出与控制开关模块相连接，其输出信号控制继电保护装置中的振荡闭锁装置动作。
上述所说的数据采集转换模块通过在电路中接入一个差分电路，将电路中的电流信号通过在检测支路中接入一个电阻将其转换成电压信号，通过控制反馈电阻与正极电阻的比值来控制差分电路所采集到的电阻值，再通过分压电路将采集到的信号送入下一级工作模块。
上述所说的A/D转换模块以AD转换芯片为核心，每次转换4通道，转换出的数字信号存于内部寄存器中，则转换完成，数据从寄存器中顺序读出。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制。
上述所说的DSP信号处理模块的控制软件包括数据处理与数据比较两部分，数据处理部分主要是对外采集信号作相应处理，数据比较部分主要是将处理后的采集信号与预设计的数据进行比较并向系统输出处理信号，通过可编程控制器控制开关的开合，从而控制振荡闭锁装置的动作情况。所说的区分振荡与故障的软件包括数字滤波子程序、故障分量的计算、对系统各变换状态下两种测量值进行比较，输出比较结果，控制振荡闭锁装置动作。
上述所说的开关控制模块通过可编程逻辑控制器PLC来实现对振荡闭锁装置动作的控制。
上述所说的开关控制模块的软件流程为从DSP输出端接入信号通过一个常闭开关连接振荡闭锁装置，这个常闭开关连接一个振荡消除信号，当DSP输出振荡信号时，振荡闭锁装置动作将保护闭锁，而当DSP输出故障信号时振荡闭锁装置不动作，保护开放，切断故障电路，保护整个系统的安全稳定运行。
一种继电保护装置中的故障与振荡区分方法其特征在于它是由以下步骤所构成(1)计算故障分量两个模值Δi(1)(k)＝|i(k)-i(k-N)|Δi(2)(k)=||i(k)+i(k-N2)|-|i(k-N2)+i(k-N)||]]>，N为每工频周期的采样点数；(2)对系统各变换状态下两种测量值进行比较分析系统在正常运行状态下(a)正常运行时，i(k-N2)=-i(k-N)]]>，代入模值计算公式有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＝0；(b)系统在正常运行下发生故障同样有i(k-N2)=-i(k-N)]]>成立，故有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＞ε；(c)系统处于振荡状态时假设i(k-N)与 的振荡幅值差为ε1， 与i(k)的振荡幅值差为ε2，则有Δi(1)(k)＝ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ε2-ε1，因为ε1，ε2的数量级是基本接近的，经过适当的数字信号处理后有Δi(1)(k)Δi(2)(k)>1+Δϵ]]>(Δε为一个任意小的数)；(d)系统在振荡时发生故障假设故障产生的幅值差为ig，则有Δi(1)(k)＝ig+ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ig+ε2-ε1当振荡状态下发生短路时，ig+ε2＞＞ε1，所以有Δi(1)(k)≈Δi(2)(k)＞ε(ε为一个任意小的数)；这样就区分出了振荡与故障的各种状态。
本发明的所说的基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法的工作原理为从系统中采集任意两个不同时刻的电流信号，经过A/D转换模块可以将采集到的两个电流的模值转换成数字量，将数字量输入到DSP数字处理模块，通过对其进行编程来判断系统所处的工作状态当Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＝1，Δi(2)(k)＜ε时，系统处于正常状态；当Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＝1，Δi(2)(k)＞ε时，系统在正常状态下发生故障；当Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＞1+Δε时，系统处于振荡状态；当Δi(1)(k)/Δi(2)(k)＜1+Δε，Δi(2)(k)＞ε时，在振荡中发生故障。将输出结果送至开关控制模块从而来控制振荡闭锁装置是否将保护闭锁。
本发明的优越性和技术成果在于①利用高性能数字信号处理芯片实现故障与振荡状态的区分，很大程度上提高检测的速度和精度，减少普通单片机处理速度限制而引起的时间滞后和精度缺陷；②本装置运用了一种新型的故障与振荡区分方法，不仅能区分出故障与振荡状态，还能区分出在振荡期间发生故障的情况；③本装置可以完整区分出系统各种状态，在系统振荡时无论周期多么短都不会误启动，在系统发生单纯的振荡和振荡中再故障时又能正确启动，有效地防止了保护在振荡中的误动作，具有广泛的应用前景。
附图1 为本发明所涉的“基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法“中的总体结构示意图。
附图2 为本发明所涉的“基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法”的数据采集转换部分的电路结构图。
附图3 为本发明所涉的“基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法”的A/D转换模块的流程图。
附图4 为本发明所涉的“基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法”的开关控制模块的电路结构图。
附图5 为本发明所涉的“基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法”软件设计流程图。
具体实施例方式实施方法一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法(见图1)，其特征在于它包括硬件装置及相关软件编程两部分，所说的硬件部分是由数据采集转换模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块和开关控制模块所组成，所说的数据采集转换模块其输出端连接A/D转换模块输出到DSP信号处理模块，DSP信号处理模块输出与控制开关模块相连接，其输出信号控制继电保护装置中的振荡闭锁装置动作。
上述所说的数据采集转换模块(见图2)通过在电路中接入一个差分电路，将电路中的电流信号通过在检测支路中接入一个电阻将其转换成电压信号，通过控制反馈电阻与正极电阻的比值来控制差分电路所采集到的电阻值，再通过分压电路将采集到的信号送入下一级工作模块。
上述所说的A/D转换模块(见图3)以AD转换芯片MAX125为核心，MAX125为2×4通道、14位的A/D转换器，每次转换4通道，转换出的数字信号存于内部寄存器14×4RAM中，则转换完成，数据从寄存器中顺序读出。
上述所说的DSP信号处理模块采用信号处理器(TMS320C5402)作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制。
上述所说的DSP信号处理模块的控制软件(见图5)包括数据处理与数据比较两部分，数据处理部分主要是对外采集信号作相应处理，数据比较部分主要是将处理后的采集信号与预设计的数据进行比较并向系统输出处理信号，通过可编程控制器控制开关的开合，从而控制振荡闭锁装置的动作情况。所说的区分振荡与故障的软件包括数字滤波子程序、故障分量的计算、对系统各变换状态下两种测量值进行比较，输出比较结果，控制振荡闭锁装置动作。
上述所说的开关控制模块通过可编程逻辑控制器PLC来实现对振荡闭锁装置动作的控制，它采用的可编程逻辑控制器是日本OMRON公司CV系列控制器。
上述所说的开关控制模块的软件流程(见图4)为从DSP输出端接入信号通过一个常闭开关连接振荡闭锁装置，这个常闭开关连接一个振荡消除信号，当DSP输出振荡信号时，振荡闭锁装置动作将保护闭锁，而当DSP输出故障信号时振荡闭锁装置不动作，保护开放，切断故障电路，保护整个系统的安全稳定运行。
一种继电保护装置中的故障与振荡区分方法其特征在于它是由以下步骤所构成(1)计算故障分量两个模值Δi(1)(k)＝|i(k)-i(k-N)|Δi(2)(k)=||i(k)+i(k-N2)|-|i(k-N2)+i(k-N)||]]>，N为每工频周期的采样点数；(2)对系统各变换状态下两种测量值进行比较分析系统在正常运行状态下(a)正常运行时，i(k-N2)=-i(k-N)]]>，代入模值计算公式有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＝0；(b)系统在正常运行下发生故障同样有i(k-N2)=-i(k-N)]]>成立，故有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＞ε；(c)系统处于振荡状态时假设i(k-N)与 的振荡幅值差为ε1， 与i(k)的振荡幅值差为ε2，则有Δi(1)(k)＝ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ε2-ε1，因为ε1，ε2的数量级是基本接近的，经过适当的数字信号处理后有Δi(1)(k)Δi(2)(k)>1+Δϵ]]>(Δε为一个任意小的数)；(d)系统在振荡时发生故障假设故障产生的幅值差为ig，则有Δi(1)(k)＝ig+ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ig+ε2-ε1当振荡状态下发生短路时，ig+ε2＞＞ε1，所以有Δi(1)(k)≈Δi(2)(k)＞ε(ε为一个任意小的数)。这样就区分出了振荡与故障的各种状态。
权利要求
1.一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于它包括硬件装置及相关软件编程两部分，所说的硬件部分是由数据采集转换模块、A/D转换模块、DSP信号处理模块和开关控制模块所组成，所说的数据采集转换模块其输出端连接A/D转换模块输出到DSP信号处理模块，DSP信号处理模块输出与控制开关模块相连接，其输出信号控制继电保护装置中的振荡闭锁装置动作。
2.根据权利要求1所说的一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于所说的数据采集转换模块通过在电路中接入一个差分电路，将电路中的电流信号通过在检测支路中接入一个电阻将其转换成电压信号，通过控制反馈电阻与正极电阻的比值来控制差分电路所采集到的电阻值，再通过分压电路将采集到的信号送入下一级工作模块。
3.根据权利要求1所说的一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于所说的A/D转换模块以AD转换芯片为核心，每次转换4通道，转换出的数字信号存于内部寄存器中，则转换完成，数据从寄存器中顺序读出。
4.根据权利要求1所说的一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于所说的DSP信号处理模块采用信号处理器)作为主控芯片，包括动静态寄存器SDRAM、闪存FLASH、静态寄存器SRAM和内部寄存器ROM组成，闪存FLASH用于保存DSP的程序，以保证DSP的程序在掉电和上电后程序导入动静态寄存器SDRAM中，再写入DSP内部寄存器RAM中运行；经AD转换后的数字量以及开关量输入DSP芯片以实现相关参数的控制。
5.根据权利要求1所说的一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于所说的基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统的相关软件包括数据处理与数据比较两部分，数据处理部分主要是对外采集信号作相应处理，数据比较部分主要是将处理后的采集信号与预设计的数据进行比较并向系统输出处理信号，通过可编程控制器控制开关的开合，从而控制振荡闭锁装置的动作情况，所说的区分振荡与故障的软件包括数字滤波子程序、故障分量的计算、对系统各变换状态下两种测量值进行比较，输出比较结果，控制振荡闭锁装置动作。
6.根据权利要求1所说的一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于所说的开关控制模块通过可编程逻辑控制器PLC来实现对振荡闭锁装置动作的控制。
7.根据权利要求1所说的一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统，其特征在于所说的开关控制模块的软件流程为从DSP输出端接入信号通过一个常闭开关连接振荡闭锁装置，这个常闭开关连接一个振荡消除信号，当DSP输出振荡信号时，振荡闭锁装置动作将保护闭锁，而当DSP输出故障信号时振荡闭锁装置不动作，保护开放，切断故障电路，保护整个系统的安全稳定运行。
8.一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡的区分方法其特征在于它是由以下步骤所构成(1)计算故障分量两个模值Δi(1)(k)＝|i(k)-i(k-N)|Δi(2)(k)=||i(k)+i(k-N2)|-|i(k-N2)+(k-N)||,]]>N为每工频周期的采样点数；(2)对系统各变换状态下两种测量值进行比较分析系统在正常运行状态下(a)正常运行时，i(k-N2)=-i(k-N),]]>代入模值计算公式有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＝0；(b)系统在正常运行下发生故障同样有i(k-N2)=-i(k-N)]]>成立，故有Δi(1)(k)＝Δi(2)(k)＞ε；(c)系统处于振荡状态时假设 的振荡幅值差为ε1， 与i(k)的振荡幅值差为ε2，则有Δi(1)(k)＝ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ε2-ε1，因为ε1，ε2的数量级是基本接近的，经过适当的数字信号处理后有Δi(1)(k)Δi(2)(k)>1+Δϵ]]>(Δε为一个任意小的数)；(d)系统在振荡时发生故障假设故障产生的幅值差为ig，则有Δi(1)(k)＝ig+ε1+ε2，Δi(2)(k)＝ig+ε2-ε1当振荡状态下发生短路时，ig+ε2＞＞ε1，所以有Δi(1)(k)≈Δi(2)(k)＞ε(ε为一个任意小的数)。这样就区分出了振荡与故障的各种状态。
全文摘要
一种基于DSP的继电保护装置中的故障与振荡检测系统及其区分方法，利用高性能数字信号处理芯片实现故障与振荡状态的区分，运用了一种新型的故障与振荡区分方法，不仅能区分出故障与振荡状态，还能区分出在振荡期间发生故障的情况，有效地防止了保护在振荡中的误动作，具有广泛的应用前景。
文档编号G01R31/08GK1787317SQ20051012229
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者马幼捷, 周雪松, 顾亚琴, 高庆雨, 陈洁 申请人:天津理工大学