專利名稱：一種實時同步的光纖縱差保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及電力系統(tǒng)自動化技術(shù)，特別涉及一種基于實時同步方、湊的光纖縱 差保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
隨著光纖數(shù)字通信技術(shù)的日益發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的逐步應(yīng)用，光纖縱差保護(hù) 以其原理簡單、性能可靠的優(yōu)點在輸電線路中逐步得到廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電流保 護(hù)和距離保護(hù)相比，輸電線路電流差動保護(hù)比較線路兩側(cè)電流量，具有免除負(fù)荷電流 影響、不反應(yīng)系統(tǒng)振蕩、選擇性好和靈敏度高等特點。與其它數(shù)據(jù)通道相比，光纖通 道具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、誤碼率低、工作穩(wěn)定等優(yōu)點。
光纖縱差保護(hù)的動作原理與模擬式相同，其特點是將各端電流波形數(shù)字化，用脈 碼通信方式進(jìn)行傳送，然后利用微處理器進(jìn)行動作判定，但要求參與比較的各端電流 量必須同步采樣或采樣同步化處理。綜合國內(nèi)外現(xiàn)有資料，電力系統(tǒng)光纖縱差采樣典 型的同步方法有三種基于數(shù)據(jù)通道的同步法(采樣數(shù)據(jù)修正法、采樣時刻調(diào)整法、 時鐘較正法)，基于參考相量的同步法，基于GPS同步法。
基于數(shù)據(jù)通道的同步法，容易受晶振偏差和電網(wǎng)頻率的影響失步，且由于調(diào)整時 間太長，不利于快速恢復(fù)同步。
基于參考相量的同步法，受電力線路參數(shù)模型的準(zhǔn)確性和相量估計精度的影響，
同時還有考慮CT、 PT、時鐘漂移等誤差因素。
基于GPS的同步法，需要安裝專門的GPS接收機(jī)，工程上不易推廣。 發(fā)明或?qū)嵱眯滦蛢?nèi)容
針對現(xiàn)有的同步方法，為了解決數(shù)據(jù)通道同步法中的失步后不能快速恢復(fù)同步的 問題，本發(fā)明創(chuàng)造提出如下一個新的技術(shù)方案。
一種基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，包括電壓電流采樣模件、數(shù)字濾波 校準(zhǔn)模件、開關(guān)量輸入輸出模件、控制模件、HMI模件、電源模件。其主要特征在于: 上述的電壓電流采樣模件采用傳感器將高壓模擬信號變成計算機(jī)所能識別的數(shù)字信號，數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件包括FPGA等；控制模件包括coldf ire處理器、SRAM存儲器、 非易失存儲器、光纖接口器件、CPLD控制器；HMI模件包括液晶顯示器、四向?qū)Ш芥I、 指示LED。
前述的基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用實時同步方法。
前述的基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用數(shù)字濾波和校準(zhǔn)。
前述的基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用CAN2.0總線 作為HMI模件和控制模件的通信。
前述的基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用CPLD作為控 制模件和開關(guān)量輸入輸出模件的接口。
前述的基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于上述電壓電流采樣
模件采用高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器。
前述的基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于HMI模件可獨立為 超級終端。
本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果
本發(fā)明創(chuàng)造不受晶振偏差和電網(wǎng)頻率的影響，減少了同步校準(zhǔn)所占用時間，提高 了保護(hù)動作的速度和精度。


圖1是本發(fā)明創(chuàng)造裝置總體結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明創(chuàng)造控制模件的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是本發(fā)明創(chuàng)造HMI模件的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行具體介紹如下 本發(fā)明創(chuàng)造的設(shè)計包括算法設(shè)計、軟件設(shè)計、硬件設(shè)計部分。 1.算法設(shè)計
本發(fā)明創(chuàng)造的核心算法為實時同步算法。
(1)向?qū)?cè)發(fā)送主機(jī)探測命令(本裝置中定義為0xaa 0x55 0x55 0xaa),如有相 同數(shù)據(jù)回應(yīng)，則本側(cè)為從機(jī)，否則為主機(jī)；
(2) 基于數(shù)據(jù)通道的乒乓同步算法，推算出通道的延時；
(3) 根據(jù)通道延時，從機(jī)推算得到采樣同步誤差時間；
(4) 從機(jī)根據(jù)采樣同歩誤差時間，在下一次采樣前調(diào)整采樣時間，這樣僅需要 一次調(diào)整即可滿足要求，保證了差動保護(hù)能迅速起作用；
(5) 主機(jī)、從機(jī)相互發(fā)送帶有各自采樣時標(biāo)信息的采樣數(shù)據(jù)幀；同時從機(jī)申請 一個采樣時標(biāo)緩沖區(qū)(緩沖區(qū)的長度不小于傳輸時間發(fā)生的采樣點數(shù))， 記錄最近的采樣時標(biāo)；
(6) 從機(jī)根據(jù)收到的帶有采樣時標(biāo)信息的采樣數(shù)據(jù)幀，在采樣緩沖時標(biāo)區(qū)內(nèi)找 到對應(yīng)主機(jī)發(fā)送時刻的從機(jī)采樣時標(biāo)；比較主機(jī)采樣時標(biāo)和從機(jī)采樣時 標(biāo)，以不大約0.5度的范圍進(jìn)行采樣調(diào)整；
經(jīng)過以上步驟，就上電時需要同步幀計算一下通道延時， 一旦同步后，即使晶 振有偏差或電網(wǎng)頻率波動，從機(jī)也能迅速調(diào)整，而不是等到失步后再同步，影響 了保護(hù)動作的時間。 2.軟件設(shè)計
本發(fā)明創(chuàng)造的軟件從功能上分為三大部分底層驅(qū)動程序、實時調(diào)度程序、應(yīng)用 程序。從應(yīng)用對象上分為控制程序(控制模件)、HMI顯示程序(HMI模件)。
底層驅(qū)動程序完成對CPU外圍電路的驅(qū)動。包括非易失存儲器、串口、以太網(wǎng)、 模擬量的驅(qū)動，該程序?qū)崟r調(diào)度程序和應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的UNIX的I/O設(shè)備標(biāo) 準(zhǔn)接口，完成了讀、寫和其它命令功能。基于底層驅(qū)動程序上其它模塊能適合于不同 平臺，而僅僅是更換驅(qū)動即可。
實時調(diào)度程序完成對CPU中斷的管理、多任務(wù)調(diào)度的管理，根據(jù)用戶的優(yōu)先級進(jìn) 行搶占式調(diào)度，確保了緊急任務(wù)的正常運行。
應(yīng)用程序?qū)崟r調(diào)度系統(tǒng)，上述控制程序、LCD顯示程序都屬于應(yīng)用程序。
控制程序軟件包括定時采樣、采樣數(shù)據(jù)處理、光纖同步管理、開入開出管理、事 件記錄、故障錄波、保護(hù)算法和SCADA通信管理。
HMI顯示程序軟件包括CAN中斷數(shù)據(jù)處理、串口中斷數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)口數(shù)據(jù)處理、 命令解釋程序、顯示控制程序、鍵盤掃描處理、指示燈控制。
控制模件和HMI模件之間按照一定的協(xié)議通過CAN協(xié)議進(jìn)行通訊。主玲模件發(fā)送 到HMI模件的內(nèi)容為顯示命令、顯示數(shù)據(jù)、指示燈狀態(tài)控制；HMI模件發(fā)送到主控模 件的內(nèi)容為設(shè)定值修改、鍵盤值、報文的確定或否定。3.硬件設(shè)計
本裝置的開發(fā)基于實時同步算法，能利用數(shù)據(jù)幀的傳輸進(jìn)行實時采樣同步，保證 采樣同步不受其它因素的影響。 本裝置包括電壓電流采樣模件、數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件、開入開出模件、控制模件、
電源模件、HMI模件六個部分，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
控制模件是本裝置的核心模件，完成采樣數(shù)據(jù)存儲、保護(hù)算法計算、人機(jī)接口控 制、光纖通道管理等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，基于coldf ire處理器、512K的SRAM、 4M的非易失存儲器，確保了大容量數(shù)據(jù)的存儲和快速的運算；CPLD負(fù)責(zé)對外有CAN 總線、以太網(wǎng)總線、串口總線、光纖接口，使裝置具有豐富的對外接口，便于各種 SCADA軟件的接入。
電壓電流采樣模件采用互感器和霍爾傳感器將高壓信號變?yōu)?—10V的模擬量， 經(jīng)過24位A/D轉(zhuǎn)換器后通過HDLC協(xié)議發(fā)送給各個需要采樣數(shù)據(jù)的模件。
數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件根據(jù)主程序的要求進(jìn)行濾波和采樣值檢出，將有用的和真實的 信息發(fā)個主控模件。
開入開出模件接收外界強(qiáng)電的數(shù)字量信息，通過光隔變?yōu)?或3.3V電平供 coldfire使用；同時通過繼電器提供保護(hù)裝置的對外出口，以便控制斷路器和其它 信號等。
電源模件的輸入為85V-265V的交直流電源，其輸出提供一個24V直流供各模件 使用。
HMI模件采用ARM7處理器，提供人機(jī)界面、按鍵輸入和顯示等功能，，同時HMI 提供了以太網(wǎng)總線和串口總線，可以單獨作為其它設(shè)備的顯示終端。
本裝置采用實時同步算法，消除了晶振偏差、電網(wǎng)頻率波動對同步的影響。裝置 上電經(jīng)過一次同步后，能一直保持在同步狀態(tài)，減少了失步對整個保護(hù)動作時間的延 遲，提高了光纖縱差保護(hù)的速度和精度。另外本裝置的HMI模件可以作為其它設(shè)備的 超級終端使用，體現(xiàn)組件設(shè)計的思想。
雖然本實用新型已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本實用新型， 任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本實用新型之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾， 因此本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，包括電壓電流采樣模件、數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件、開關(guān)量輸入輸出模件、控制模件、HMI模件、電源模件，其特征在于所述的電壓電流采樣模件采用傳感器將高壓模擬信號變成計算機(jī)所能識別的數(shù)字信號，數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件包括FPGA等，根據(jù)要求進(jìn)行濾波和采樣值檢出，將信息發(fā)給控制模件；開關(guān)量輸入輸出模件接收外界強(qiáng)電的數(shù)字量信息，通過光隔變供coldfire處理器使用；同時通過繼電器提供保護(hù)裝置的對外出口；控制模件包括coldfire處理器、SRAM存儲器、非易失存儲器、光纖接口器件、CPLD控制器；HMI模件包括液晶顯示器、四向?qū)Ш芥I、指示LED；電源模件的輸入交直流電源，其輸出直流供各模件使用。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用實時同步方法。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于數(shù)字濾波校準(zhǔn)模塊 采用數(shù)字濾波和校準(zhǔn)，將有用的和真實的信息發(fā)給控制模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用CAN2.0總線作 為服I模件和控制模件的通信。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于采用CPLD作為控制 模件和開關(guān)量輸入輸出模件的接口；同時，CPLD負(fù)責(zé)對外有CAN總線、以太網(wǎng)總線、 串口總線、光纖接口，便于各種SCADA軟件的接入。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于所述電壓電流采樣 模件采用互感器和霍爾傳感器將高壓信號變?yōu)?-10V的模擬量，經(jīng)過24位A/D轉(zhuǎn)換 器后通過HDLC協(xié)議發(fā)送給各個需要采樣數(shù)據(jù)的模塊。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖縱差保護(hù)裝置，其特征在于HMI模件采用ARM7 處理器，同時提供以太網(wǎng)總線和串口總線，可單獨作為其它設(shè)備的顯示終端。
8、 一種實現(xiàn)光纖縱差保護(hù)的實時同步方法，其步驟在于步驟一、向?qū)?cè)發(fā)送主機(jī)探測命令，如有相同數(shù)據(jù)回應(yīng)，則本側(cè)為從機(jī)，否則為 主機(jī)；步驟二、基于數(shù)據(jù)通道的乒乓同步算法，推算出通道的延時； 步驟三、根據(jù)通道延時，從機(jī)推算得到采樣同步誤差時間； 步驟四、從機(jī)根據(jù)采樣同步誤差時間，在下一次采樣前調(diào)整采樣時間，這樣僅需 要一次調(diào)整即可滿足要求，保證了差動保護(hù)能迅速起作用；步驟五、主機(jī)、從機(jī)相互發(fā)送帶有各自采樣時標(biāo)信息的采樣數(shù)據(jù)幀；同時從機(jī)申 請一個采樣時標(biāo)緩沖區(qū)，記錄最近的采樣時標(biāo)；步驟六、從機(jī)根據(jù)收到的帶有采樣時標(biāo)信息的采樣數(shù)據(jù)幀，在采樣緩沖時標(biāo)區(qū)內(nèi) 找到對應(yīng)主機(jī)發(fā)送時刻的從機(jī)采樣時標(biāo)；比較主機(jī)采樣時標(biāo)和從機(jī)采樣時標(biāo)，以 不大于0. 5度的范圍進(jìn)行采樣調(diào)整。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的實時同步方法，其特征在于緩沖區(qū)的長度不小于傳 輸時間發(fā)生的采樣點數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種基于實時同步方法的光纖縱差保護(hù)裝置，為了解決同步后由于晶振偏差、采樣零點偏差導(dǎo)致的失步問題，其技術(shù)方案裝置包括電壓電流采樣模件、數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件、開關(guān)量輸入輸出模件、控制模件、HMI模件、電源模件。上述的電壓電流采樣模件采用傳感器將高壓模擬信號變成計算機(jī)所能識別的數(shù)字信號，數(shù)字濾波校準(zhǔn)模件包括FPGA等；控制模件包括coldfire處理器、SRAM存儲器、非易失存儲器、光纖接口器件、CPLD控制器；HMI模件包括液晶顯示器、四向?qū)Ш芥I、指示LED。本發(fā)明創(chuàng)造在保護(hù)裝置上電后，只需進(jìn)行一次同步校準(zhǔn)，在以后的采樣中實時微調(diào)，而不是等到失步后再進(jìn)行同步校準(zhǔn)。
文檔編號H02H7/26GK101350519SQ200810196149
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者杭 張, 慶 毛, 王道軍 申請人:南京因泰萊電器股份有限公司