本發(fā)明涉及就地化繼電保護(hù)控制裝置和繼電保護(hù)方法，屬于電力系統(tǒng)就地化繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它對(duì)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行有著非常重要的作用。它在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切除故障設(shè)備、對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行做出貢獻(xiàn)，但繼電保護(hù)的不正確動(dòng)作對(duì)系統(tǒng)造成的危害也是巨大的。繼電保護(hù)裝置要求可靠性、選擇性、靈敏性和快速性的統(tǒng)一，其中可靠性是繼電保護(hù)裝置最為重要的要求。
就地化保護(hù)裝置直接安裝于開關(guān)場(chǎng)或與一次設(shè)備集成安裝，由于直接采用戶外無防護(hù)安裝方式，運(yùn)行環(huán)境條件惡劣，同時(shí)由于安裝于一次設(shè)備附近或直接與一次設(shè)備集成安裝，對(duì)其機(jī)械性能的要求相對(duì)于常規(guī)繼電保護(hù)裝置更高。就地化保護(hù)采用即插即用的設(shè)計(jì)，采用更換式檢修方式，能夠大大提升變電站的建設(shè)施工和運(yùn)維檢修效率，為了便于攜帶和安裝，要求就地化保護(hù)裝置采用小型化設(shè)計(jì)。綜上，就地化保護(hù)裝置的要求防護(hù)等級(jí)高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、裝置功耗低、正常工作溫度范圍寬，因此對(duì)就地化保護(hù)裝置的可靠性設(shè)計(jì)提出了更高的挑戰(zhàn)，但是常規(guī)的繼電保護(hù)方式可靠性較低，無法應(yīng)用在就地化保護(hù)裝置中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供就地化繼電保護(hù)控制裝置和繼電保護(hù)方法，用以解決常規(guī)的繼電保護(hù)方法可靠性較低的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種就地化繼電保護(hù)控制裝置，包括主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊，所述主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊上均設(shè)置有用于接收一路電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)接收端口；所述啟動(dòng)控制模塊用于根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行啟動(dòng)邏輯判別，所述主控制模塊用于根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保護(hù)邏輯判別和啟動(dòng)邏輯判別；所述控制裝置還包括控制信號(hào)出口模塊，所述主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊輸出連接所述控制信號(hào)出口模塊，所述控制信號(hào)出口模塊用于：當(dāng)啟動(dòng)控制模塊和主控制模塊進(jìn)行的啟動(dòng)邏輯判別均動(dòng)作，且主控制模塊進(jìn)行的保護(hù)邏輯判別動(dòng)作時(shí)，輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。
所述控制裝置包括兩個(gè)數(shù)據(jù)采樣模塊，均用于采集所述電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，第一數(shù)據(jù)采樣模塊輸出連接所述主控制模塊，第二數(shù)據(jù)采樣模塊輸出連接所述啟動(dòng)控制模塊。
所述主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊均為集成有FPGA的CPU芯片。
所述啟動(dòng)控制模塊與變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)通信連接，用于收發(fā)GOOSE信號(hào)。
所述主控制模塊與啟動(dòng)控制模塊通過以太網(wǎng)連接，主控制模塊發(fā)出的GOOSE信號(hào)通過啟動(dòng)控制模塊發(fā)送到所述變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)中。
一種就地化繼電保護(hù)方法，電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息分別傳輸給主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊，主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊均只接收一路數(shù)據(jù)；所述啟動(dòng)控制模塊根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行啟動(dòng)邏輯判別，主控制模塊根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保護(hù)邏輯判別和啟動(dòng)邏輯判別；當(dāng)啟動(dòng)控制模塊和主控制模塊進(jìn)行的啟動(dòng)邏輯判別均動(dòng)作，且保護(hù)邏輯判別動(dòng)作時(shí)，輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。
利用兩個(gè)數(shù)據(jù)采樣模塊來采集電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，其中，第一數(shù)據(jù)采樣模塊采集到的一路數(shù)據(jù)信息傳輸給所述主控制模塊，第二數(shù)據(jù)采樣模塊采集到的一路數(shù)據(jù)信息傳輸給所述啟動(dòng)控制模塊。
所述啟動(dòng)控制模塊與變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)通信連接，以收發(fā)GOOSE信號(hào)。
所述主控制模塊與啟動(dòng)控制模塊通過以太網(wǎng)連接，主控制模塊發(fā)出的GOOSE信號(hào)通過啟動(dòng)控制模塊發(fā)送到所述變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)中。
本發(fā)明提供的就地化保護(hù)方式中，設(shè)置有兩個(gè)完全獨(dú)立的控制模塊，主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊中均進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判別，其中，主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊中均進(jìn)行啟動(dòng)邏輯判別，而且主控制模塊中還進(jìn)行保護(hù)邏輯判別，只有兩個(gè)啟動(dòng)邏輯判別動(dòng)作、且保護(hù)邏輯判別也動(dòng)作，才輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。該繼電保護(hù)方式由兩層邏輯判斷組成，首先需要滿足兩個(gè)啟動(dòng)邏輯判別動(dòng)作，只有在這兩個(gè)啟動(dòng)邏輯判別動(dòng)作之后才會(huì)根據(jù)保護(hù)邏輯判別來輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。相較于直接進(jìn)行保護(hù)邏輯判斷這種繼電保護(hù)方式，本發(fā)明提供的繼電保護(hù)方式降低了就地化保護(hù)誤動(dòng)作的可能性，從而可以滿足就地化保護(hù)在極端惡劣的運(yùn)行環(huán)境中仍可滿足繼電保護(hù)高可靠性的要求。
附圖說明
圖1是就地化繼電保護(hù)控制裝置的控制原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，本發(fā)明提供的就地化繼電保護(hù)控制裝置包括兩個(gè)完全獨(dú)立的控制模塊，針對(duì)各自的功能作用，將這兩個(gè)控制模塊分別稱為主控制模塊和啟動(dòng)控制模塊，在本實(shí)施例中，這兩個(gè)控制模塊為在一塊板卡上設(shè)置的兩套完全獨(dú)立的CPU系統(tǒng)，相應(yīng)地，這兩套CPU系統(tǒng)分別稱為主CPU和啟動(dòng)CPU。
為節(jié)省空間，這兩套獨(dú)立的CPU系統(tǒng)中的CPU為高集成度低功耗的CPU芯片，比如芯片ZYNQ7020，內(nèi)部均集成有FPGA，各CPU芯片的外設(shè)RAM、Flash等設(shè)備也均完全獨(dú)立。采用集成度高的芯片，在滿足繼電保護(hù)高可靠性的基礎(chǔ)上，還能夠保證整個(gè)控制裝置具有較小的尺寸。
由于這兩個(gè)CPU內(nèi)部均進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判別，因此，這兩個(gè)CPU均輸入有相應(yīng)的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息。各CPU根據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行邏輯判別，因此，該控制裝置包括有數(shù)據(jù)采樣模塊。在本實(shí)施例中，電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息為常規(guī)電磁式互感器檢測(cè)的模擬量信號(hào)，相應(yīng)地，數(shù)據(jù)采樣模塊就為AD采樣系統(tǒng)。
AD采樣系統(tǒng)的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)，也可以是兩個(gè)。當(dāng)AD采樣系統(tǒng)的個(gè)數(shù)是一個(gè)時(shí)，主CPU和啟動(dòng)CPU共用該AD采樣系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，即該AD采樣系統(tǒng)采集到的模擬量信號(hào)，比如：電壓和電流等，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量采樣信號(hào)之后分為兩路，一路傳輸給主CPU，另一路傳輸給啟動(dòng)CPU，以供邏輯判別。另外，為了保證數(shù)據(jù)采集的獨(dú)立性，本實(shí)施例中使用兩套獨(dú)立的AD采樣系統(tǒng)。第一套AD采樣系統(tǒng)只輸出連接主CPU，第二套AD采樣系統(tǒng)只輸出連接啟動(dòng)CPU。這兩套獨(dú)立的AD采樣系統(tǒng)為：如圖1所示，除裝置內(nèi)部電壓或電流變換器外，低通濾波、AD芯片和AD采樣控制回路均完全獨(dú)立。同時(shí)，采用多片AD并行采集模擬量信號(hào)，電壓和電流分別連接至不同的AD芯片。由于AD采樣系統(tǒng)屬于常規(guī)技術(shù)，這里不再對(duì)其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。所以，不管AD采樣系統(tǒng)的個(gè)數(shù)是多少，主CPU和啟動(dòng)CPU均只接收一路數(shù)據(jù)，就拿兩個(gè)AD采樣系統(tǒng)為例，不存在這兩個(gè)AD采樣系統(tǒng)均輸出連接主CPU和啟動(dòng)CPU的情況。
這兩個(gè)CPU還可以采用內(nèi)部集成的FPGA控制AD采樣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣時(shí)刻、AD數(shù)據(jù)的讀取和緩存。
主CPU的功能包括有啟動(dòng)邏輯判別、保護(hù)邏輯判別和與站控層設(shè)備通信等，啟動(dòng)CPU的功能包括有啟動(dòng)邏輯判別和與過程層設(shè)備通信等。
以下對(duì)主CPU和啟動(dòng)CPU的邏輯判別的功能進(jìn)行詳細(xì)描述。
主CPU根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)字量采樣信號(hào)分別進(jìn)行保護(hù)邏輯判別和啟動(dòng)邏輯判別，啟動(dòng)CPU根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)字量采樣信號(hào)進(jìn)行啟動(dòng)邏輯判別。其中，保護(hù)邏輯判別為常規(guī)的繼電保護(hù)動(dòng)作判斷，繼電保護(hù)的種類為現(xiàn)有技術(shù)，比如有：差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、過流保護(hù)等，關(guān)于這些繼電保護(hù)的判定策略同樣屬于常規(guī)技術(shù)，這里就不再具體描述，而該主CPU中進(jìn)行的繼電保護(hù)的種類視具體的應(yīng)用對(duì)象而定。啟動(dòng)邏輯判別具體為判別運(yùn)行狀態(tài)是否發(fā)生突變，比如：根據(jù)采集到的電流信息判斷電流是否發(fā)生突變，或者根據(jù)采集到的電壓信息判斷是否存在尖峰電壓。另外，不同的保護(hù)邏輯判別和啟動(dòng)邏輯判別需要的參數(shù)可能是不同的，但是，由于保護(hù)邏輯判別和啟動(dòng)邏輯判別屬于常規(guī)技術(shù)，那么根據(jù)相應(yīng)的數(shù)字量采樣信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)邏輯判別或者啟動(dòng)邏輯判別也屬于常規(guī)技術(shù)，本實(shí)施例就不再具體說明。
該控制裝置的繼電保護(hù)控制策略為：主CPU根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)字量采樣信號(hào)分別進(jìn)行保護(hù)邏輯判別和啟動(dòng)邏輯判別，同時(shí)，啟動(dòng)CPU根據(jù)接收到的相應(yīng)數(shù)字量采樣信號(hào)進(jìn)行啟動(dòng)邏輯判別；當(dāng)主CPU和啟動(dòng)CPU進(jìn)行的啟動(dòng)邏輯判別均動(dòng)作，且主CPU進(jìn)行的保護(hù)邏輯判別動(dòng)作時(shí)，輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。也就是說，只有在兩路啟動(dòng)邏輯判別均動(dòng)作的基礎(chǔ)上，如果保護(hù)邏輯判別也動(dòng)作，那就輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。所以，有如下情況時(shí)是不輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的，比如：至少一路啟動(dòng)邏輯判別沒有動(dòng)作；或者保護(hù)邏輯判別不動(dòng)作。
上述控制策略還可以通過一個(gè)控制信號(hào)出口模塊來實(shí)現(xiàn)，該控制信號(hào)出口模塊接收主CPU和啟動(dòng)CPU輸出的判別結(jié)果，并對(duì)這些判別結(jié)果進(jìn)行處理，處理過程就為上述控制策略，即當(dāng)主CPU和啟動(dòng)CPU進(jìn)行的啟動(dòng)邏輯判別均動(dòng)作，且主CPU進(jìn)行的保護(hù)邏輯判別也動(dòng)作時(shí)，控制信號(hào)出口模塊輸出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。
該控制信號(hào)出口模塊可以是控制芯片，內(nèi)部加載有根據(jù)上述控制策略轉(zhuǎn)換的軟件程序，根據(jù)該軟件程序?qū)χ鰿PU和啟動(dòng)CPU的輸出信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)然，該控制信號(hào)出口模塊還可以是具體的硬件結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中，給出一個(gè)該硬件結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式。該硬件結(jié)構(gòu)包括一條線路，該線路上串設(shè)有兩個(gè)控制開關(guān)，一個(gè)出口控制元件的驅(qū)動(dòng)回路通過由這兩個(gè)控制開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)線路連接至出口正電源。其中，出口控制元件為出口繼電器，由主CPU控制，兩個(gè)控制開關(guān)分別由主CPU和啟動(dòng)CPU獨(dú)立控制。當(dāng)啟動(dòng)邏輯判別判定為動(dòng)作時(shí)，控制相應(yīng)地控制開關(guān)閉合，所以，這兩個(gè)控制開關(guān)可以是電控型開關(guān)器件，比如IGBT，還可以是繼電器的觸點(diǎn)。本實(shí)施例中，這兩個(gè)控制開關(guān)為繼電器的觸點(diǎn)，相應(yīng)地，該硬件結(jié)構(gòu)還包括兩個(gè)啟動(dòng)控制元件，這兩個(gè)啟動(dòng)控制元件為兩個(gè)繼電器的控制線圈，分別與上述兩個(gè)觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。這兩個(gè)啟動(dòng)控制元件分別由主CPU和啟動(dòng)CPU獨(dú)立控制，如圖1所示，這兩個(gè)繼電器的觸點(diǎn)用于開放出口控制元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
主CPU和啟動(dòng)CPU分別進(jìn)行啟動(dòng)邏輯判別，當(dāng)滿足動(dòng)作條件時(shí)，驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)控制元件，使對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)閉合；主CPU進(jìn)行保護(hù)邏輯判別，當(dāng)滿足動(dòng)作條件時(shí)，驅(qū)動(dòng)出口控制元件。所以，當(dāng)主CPU和啟動(dòng)CPU進(jìn)行的啟動(dòng)邏輯判別均符合動(dòng)作條件時(shí)，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)觸點(diǎn)閉合。這時(shí)，如果主CPU進(jìn)行的保護(hù)邏輯判別也符合動(dòng)作條件，在兩個(gè)觸點(diǎn)閉合的基礎(chǔ)上，出口控制元件的驅(qū)動(dòng)線圈才得電，出口控制元件才可以出口，即才能夠輸出繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。也就是說，只有主CPU和啟動(dòng)CPU進(jìn)行的啟動(dòng)邏輯判別均動(dòng)作的基礎(chǔ)上，如果主CPU進(jìn)行的保護(hù)邏輯判別也動(dòng)作，那么，才輸出繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。
另外，主CPU和啟動(dòng)CPU之間通過以太網(wǎng)通信連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作信號(hào)以及其他的信號(hào)的交互。并且，啟動(dòng)CPU與變電站的GOOSE網(wǎng)絡(luò)之間也進(jìn)行通信連接。主CPU發(fā)出的動(dòng)作信號(hào)可以分為多路，在本實(shí)施例中，分為兩路，一路用于正常的繼電保護(hù)的跳閘動(dòng)作控制，另一路通過以太網(wǎng)傳輸至啟動(dòng)CPU，啟動(dòng)CPU用于將動(dòng)作信號(hào)傳輸?shù)阶冸娬镜腉OOSE的網(wǎng)絡(luò)中。
而且，本實(shí)施例中，啟動(dòng)CPU根據(jù)啟動(dòng)判別邏輯結(jié)果決定是否將主CPU發(fā)送來的動(dòng)作信號(hào)發(fā)送到GOOSE網(wǎng)絡(luò)中，具體如下：主CPU上電初始化期間通過通信命令向啟動(dòng)CPU下發(fā)出口位掩碼，如果啟動(dòng)CPU的啟動(dòng)邏輯啟動(dòng)，那么將主CPU的動(dòng)作信號(hào)與出口位掩碼相與后進(jìn)行出口；如果啟動(dòng)CPU啟動(dòng)邏輯未啟動(dòng)，那么將出口位掩碼取反，然后將主CPU的動(dòng)作信號(hào)與取反后的出口位掩碼相與后進(jìn)行出口。
以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述繼電保護(hù)的基本控制策略，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，基于該基本控制策略，針對(duì)相關(guān)的技術(shù)特征，給出優(yōu)化地實(shí)施方式，并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。