專利名稱：可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變電站測控裝置，更準(zhǔn)確地說本實(shí)用新型是涉及一種 可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置。屬于電力自動化技術(shù)領(lǐng)域，
背景技術(shù)：
防誤操作是變電運(yùn)行管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，如果發(fā)生誤操作事故，不僅可 能使操作人員的人身受到嚴(yán)重傷害，也可能使運(yùn)行設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞，并發(fā)生
進(jìn)一步停電事故。我國電力系統(tǒng)早在1990年就提出了電氣設(shè)備"五防"的要求， 并以法規(guī)形式在能源安保[1990]1110號文《防止電氣誤操作裝置管理規(guī)定》行 文規(guī)定了電氣防誤的管理、運(yùn)行、設(shè)計(jì)和使用原則。按"規(guī)定"，防誤裝置的 設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是凡有可能引起誤操作的高壓電氣設(shè)備，均應(yīng)裝設(shè)防誤裝 置和相應(yīng)的防誤電氣閉鎖回路。
目前變電站常用的防誤閉鎖方式有機(jī)械閉鎖、電氣回路閉鎖、微機(jī)防誤閉 鎖、監(jiān)控五防一體化閉鎖方式等。
機(jī)械閉鎖是靠設(shè)備操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)制約而達(dá)到相互聯(lián)鎖的閉鎖方式， 只能在一體化隔離開關(guān)中主刀與地刀間或成套開關(guān)柜中實(shí)現(xiàn)，不能實(shí)現(xiàn)分開布 置的設(shè)備之間的閉鎖。
電氣閉鎖是將開關(guān)、隔離開關(guān)等設(shè)備的輔助接點(diǎn)串接在需閉鎖的隔離開關(guān)、 接地刀閘等電動操作回路上，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互鎖，閉鎖可靠，但很難實(shí)現(xiàn) 較為復(fù)雜的防誤閉鎖邏輯。
微機(jī)防誤閉鎖是近二十年發(fā)展起來的一種防誤閉鎖方式，能實(shí)現(xiàn)全站防誤 閉鎖，但需要在現(xiàn)場安裝電腦鑰匙、專用編碼鎖具、五防機(jī)等設(shè)備。而且專門 的微機(jī)五防系統(tǒng)通常是采用編碼鎖來閉鎖當(dāng)?shù)夭僮?，只是解決了用一把微機(jī)鑰 匙依操作順序開鎖問題，機(jī)構(gòu)之間沒有在機(jī)械上的直接聯(lián)系，并不是強(qiáng)制閉鎖。 用微機(jī)鑰匙開鎖后不一定對機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，就可轉(zhuǎn)入下一步操作，即發(fā)生"走 空程"現(xiàn)象。 一旦發(fā)生"走空程"現(xiàn)象，就意味著誤操作事故的可能發(fā)生。
在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能，可以減少變電站的設(shè)備種類，提 高變電站自動化水平，而且大大減少模擬操作時(shí)間，節(jié)約大量的電纜和現(xiàn)場安 裝工作量，同時(shí)經(jīng)模擬和實(shí)際操作生成的信息也更完善、更可靠，避免了因斷
路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的輔助接點(diǎn)接觸不良而造成的錯(cuò)誤信息。目前在變電站 監(jiān)控系統(tǒng)中的防誤閉鎖功能主要由位于站控層的后臺計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。盡管后臺防 誤系統(tǒng)能夠進(jìn)行模擬邏輯預(yù)演、完成邏輯閉鎖控制和生成倒閘操作票等強(qiáng)大功 能，但是由于變電站自動化系統(tǒng)與遠(yuǎn)方調(diào)度系統(tǒng)通信大多與通信控制單元之向 進(jìn)行，遠(yuǎn)方調(diào)度控制命令在進(jìn)行控制時(shí)要將命令轉(zhuǎn)發(fā)給后臺防誤系統(tǒng)進(jìn)行防誤 閉鎖判斷，增加了中間轉(zhuǎn)換過程，當(dāng)后臺防誤系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)會影響遠(yuǎn)方調(diào)度
命令的執(zhí)行，而且后臺防誤系統(tǒng)大多采用Windows操作系統(tǒng)，其安全性和實(shí)時(shí)行
不能滿足要求。
目前的變電站測控裝置完成變電站自動化系統(tǒng)的交流電氣量測量計(jì)算、狀 態(tài)量采集、操作對象的控制輸出等功能，是變電站自動化系統(tǒng)的末端采集、執(zhí) 行裝置。所有的遙控操作都由位于間隔層的測控裝置執(zhí)行，如果可以實(shí)現(xiàn)測控 裝置對所有的控制操作都經(jīng)過防誤閉鎖邏輯判斷，那么可以保證變電站自動化 系統(tǒng)的所有控制操作都實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖判斷，對于變電站的安全操作具有重要意 義。
目前國內(nèi)對在變電站測控裝置中實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖操作還處于研究開發(fā)階段， 文獻(xiàn)《間隔層保護(hù)測控裝置防誤操作實(shí)現(xiàn)方法》(電力系統(tǒng)自動化[J]，
2006， 30(11)， P81-85)介紹了一種在低壓保護(hù)測控一體化裝置中實(shí)現(xiàn)變電站防 誤操作的實(shí)現(xiàn)方法，其采用以太網(wǎng)通信和CAN網(wǎng)通信相結(jié)合的方式，通信方式 較為復(fù)雜。其防誤閉鎖主要方法是，在進(jìn)行遙控選擇操作時(shí)，進(jìn)行間隔層相關(guān) 裝置的信息實(shí)時(shí)查詢，并進(jìn)行防誤閉鎖邏輯判斷，這樣當(dāng)間隔層裝置較多時(shí)遙 控操作需要較長的信息查詢時(shí)間和防誤邏輯判斷時(shí)間。例如，其給出的實(shí)例說 明，遙控操作時(shí)，經(jīng)過10臺裝置的有效測試發(fā)現(xiàn)這種方法可在3秒內(nèi)完成。而 一般220kV及以上的變電站，間隔層測控裝置往往都超過二三十套，隨著裝置 的增加，信息交換時(shí)間成倍增加，影響了遙控操作的實(shí)時(shí)性。同時(shí)在控制過程 中，如果信號發(fā)生變化，裝置可能發(fā)生誤判斷。例如現(xiàn)場遙控選擇和遙控執(zhí)行 之間可能間隔二三十秒，高壓變電站的斷路器同期判斷可能持續(xù)數(shù)十秒等，此 時(shí)如果現(xiàn)場情況發(fā)生變化，該文獻(xiàn)介紹的方法可能發(fā)生誤判斷。而且該文獻(xiàn)介 紹的裝置和普通測控裝置一樣沒有對變電站當(dāng)?shù)厥謩覭K把手操作進(jìn)行防誤閉 鎖，不能實(shí)現(xiàn)順序控制功能，因此防誤閉鎖還不全面。其防誤規(guī)則的輸入也較 為復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是
1、 提供一種讓測控裝置實(shí)時(shí)掌握全站信息，特別是其它相關(guān)間隔的信息， 利用全變電站實(shí)時(shí)信息在變電站間隔層測控裝置中實(shí)現(xiàn)遙控操作的防誤閉鎖功 能的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置。
2、 提供一種在變電站測控裝置中實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厥謩覭K把手操作的防誤閉鎖功 能和順序控制功能，特別是防止走錯(cuò)間隔功能的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站 測控裝置。
3、 提供一種方便地實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖邏輯的輸入和安裝的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能
的變電站測控裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 一種可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于采用雙模塊結(jié)構(gòu)， 包括處理以太網(wǎng)通信任務(wù)的以太網(wǎng)通信模塊和處理測控功能和進(jìn)行防誤閉鎖判
斷的測控模塊；所述的測控模塊包括一片測控DSP以及交流采樣電路、狀態(tài)量 采集電路、控制出口輸出電路、人機(jī)接口電路；所述的交流采樣電路、狀態(tài)量 采集電路、控制出口輸出電路、人機(jī)接口電路通過并行數(shù)據(jù)總線和測控DSP直 接相連；測控模塊完成交流量采樣計(jì)算功能、狀態(tài)量采集功能、控制輸出功能、 防誤閉鎖判斷功能、人機(jī)接口功能等。以太網(wǎng)通信模塊完成以太網(wǎng)通信功能。 以太網(wǎng)通信模塊和測控模塊之間采用雙口 RAM進(jìn)行通信。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于所述的測控DSP 采用32位150MPS高速工業(yè)級DSP，處理常規(guī)采樣計(jì)算、信號處理、控制輸出等 功能，同時(shí)進(jìn)行防誤閉鎖邏輯計(jì)算。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于在所述的測控 DSP的外圍擴(kuò)展一個(gè)可擦寫的、用于存儲防誤閉鎖規(guī)則的DSP片外存儲器。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于所述的以太網(wǎng) 通信模塊采用雙核芯片，包括一個(gè)處理網(wǎng)絡(luò)通信底層協(xié)議任務(wù)的內(nèi)核和一個(gè)處 理常規(guī)任務(wù)的內(nèi)核。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于所述的測控裝 置，其通信方式采用雙百兆以太網(wǎng)通信方式。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于不同間隔層的 測控裝置間采用UDP/IP通信協(xié)議進(jìn)行通信，并在應(yīng)用層增加通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)全 變電站所有測控裝置采集的電氣量、狀態(tài)量的快速共享。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于所述的測控裝
置還包括A/D轉(zhuǎn)換器，其采用14位八路同步采樣高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器件，采用變壓 器隔離技術(shù)和交流采樣技術(shù)、數(shù)字濾波算法進(jìn)行高精度采樣計(jì)算交流電氣量； 采用光耦隔離技術(shù)采集變電站狀態(tài)量；采用軟件濾波技術(shù)進(jìn)行狀態(tài)量防抖動處理。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于防誤閉鎖邏輯 通過計(jì)算機(jī)輸入、編譯，通過以太網(wǎng)將防誤閉鎖邏輯下載安裝至測控裝置。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在測控裝置實(shí)時(shí)利 用反應(yīng)變電站各間隔設(shè)備狀態(tài)的信號量和電氣量根據(jù)防誤閉鎖邏輯進(jìn)行防誤閉 鎖判斷，并輸出防誤閉鎖判斷結(jié)果。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于在進(jìn)行遙控操 作時(shí)，測控裝置直接利用測控模塊的防誤閉鎖邏輯判斷結(jié)果，進(jìn)行控制操作； 如果判斷結(jié)果滿足操作條件，就允許進(jìn)行遙控操作；如果不滿足，就閉鎖操作。
前述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于所述的測控裝 置為每個(gè)控制對象分別增加一副用于進(jìn)行當(dāng)?shù)厥謩覭K把手操作防誤閉鎖的手動 操作閉鎖接點(diǎn)，串聯(lián)于控制電路中，對變電站運(yùn)行人員當(dāng)?shù)厥謩硬僮鬟M(jìn)行防誤 閉鎖。
本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型測控功能完善，交流電氣量采樣計(jì) 算實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，狀態(tài)量采集和控制輸出正確可靠，本實(shí)用新型利用間隔層的測控 裝置實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)所有遙控操作和當(dāng)?shù)厥謩硬僮鞯姆勒`閉鎖邏輯判 斷，防誤保護(hù)全面；測控裝置采用雙處理器結(jié)構(gòu)，并通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享， 處理速度快；對報(bào)文進(jìn)行分類，防止了重要報(bào)文的丟失；防誤閉鎖邏輯采用逆 波蘭表達(dá)式，占用資源少，運(yùn)算簡單，易于計(jì)算；將電氣量加入了防誤閉鎖判 斷條件，實(shí)現(xiàn)了電氣量參與判斷的功能；對遙控操作和手動操作先進(jìn)行邏輯判 斷，再開放閉鎖，.保證了操作的安全性和正確性。

圖1是本實(shí)用新型中的測控裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中的交流電壓量輸入回路示意圖； 圖3是本實(shí)用新型中的交流電流量輸入回路示意圖； 圖4是本實(shí)用新型中的模擬濾波電路示意圖； 圖5是本實(shí)用新型中的狀態(tài)量輸入回路示意圖6是本實(shí)用新型中的控制出口回路示意圖； 圖7是本實(shí)用新型中的防誤閉鎖接點(diǎn)作用示意圖； 圖8是本實(shí)用新型中的防誤閉鎖邏輯的輸入界面。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作具體的介紹。 1、測控裝置的硬件結(jié)構(gòu)
由于測控裝置既需要完成交流量的計(jì)算、狀態(tài)量的采集和控制量輸出，又 需要完成控制操作的防誤閉鎖判斷，這對測控裝置的硬件結(jié)構(gòu)和性能有較高的 要求，圖l為本實(shí)用新型中的測控裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，它是一個(gè)雙模塊結(jié)構(gòu)， 以太網(wǎng)通信模塊專門處理以太網(wǎng)通信任務(wù)，測控模塊處理測控功能和進(jìn)行防誤 閉鎖判斷。
測控裝置首先需要完成的是變電站交流電氣量的采樣計(jì)算、狀態(tài)量的采集 和控制出口的輸出等功能，同時(shí)在本實(shí)用新型中還需要完成防誤閉鎖邏輯判斷。 本實(shí)用新型的基本的測控功能和防誤規(guī)則的邏輯運(yùn)算由測控DSP實(shí)現(xiàn)。為了保 證測控功能和防誤閉鎖功能的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，測控功能采用主頻達(dá)150兆赫 茲32位工業(yè)級DSP進(jìn)行處理。在本系統(tǒng)中選用2000系列的產(chǎn)品TMS320F2812, 這一款芯片是TI公司最近新推出來的具有高性價(jià)比的產(chǎn)品。該款芯片具有快速 的DSP功能、強(qiáng)大的I/0控制功能、大量的片上存儲器、強(qiáng)大的中斷管理、方 便的編程調(diào)試等等，而且該款芯片通過了美國的汽車級認(rèn)證，具有較寬的工作 溫度范圍和較強(qiáng)的抗干擾能力，適合應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。
1.1交流采樣電路
交流量的輸入采樣轉(zhuǎn)換計(jì)算是變電站測控裝置的基本功能，同時(shí)也對防誤 閉鎖判斷具有重要作用。本實(shí)用新型對交流電氣量采用交流采樣電路，主要包 括電壓、電流互感器部分、模擬濾波器部分、采樣保持電路部分和數(shù)模轉(zhuǎn)換電 路部分。電壓、電流互感器部分用來將輸入的較高的電壓、較大的電流信號轉(zhuǎn) 換為-5V + 5V之間的電壓信號，圖2是交流電壓量輸入回路示意圖，圖3是交
流電流量輸入回路示意圖。
本實(shí)用新型的實(shí)施例中采用的交流電壓、電流互感器是北京星格測控公司 生產(chǎn)的毫安級精密電壓互感器，其導(dǎo)磁材料采用坡莫合金材料，具有較高的磁 導(dǎo)率，較低的矯頑力，較低的損耗及良好的穩(wěn)定性，它的溫度特性也非常好， 因此互感器的體積小、精度高、溫度特性好。
模擬濾波器部分將信號中的高頻部分濾除，防止頻譜混疊，然后進(jìn)行采樣 保持并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。圖4是本實(shí)用新型采用的模擬低通濾波電路示意圖，為
了減少有效信號的衰減，將通帶截至頻率fp設(shè)在1500Hz左右。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器是數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的核心器件，它是測控裝置交流采樣性能的關(guān)
鍵，直接影響整個(gè)裝置的測量精度。本實(shí)施例采用的是美國MAX頂公司推出的 14位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片MAX1320。 MAX1320是8通道14位同步采樣逐次逼近 型ADC，其八路模擬信號輸入都有士5V的輸入范圍，可以接收交流信號輸入， 并能容忍士16.5V的信號輸入，這樣如果電網(wǎng)發(fā)生故障并在互感器回路產(chǎn)生高 壓，也不會損壞A/D轉(zhuǎn)換電路。其八路通道具有各自獨(dú)立的采樣保持器，因此 八路通道可以同時(shí)采樣。A/D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，提高了芯片整體 的轉(zhuǎn)換速度，八路通道同時(shí)轉(zhuǎn)換只需要3.7微秒即可完成，芯片八通道同時(shí)轉(zhuǎn) 換時(shí)的轉(zhuǎn)換頻率高達(dá)250Ksps/ch，滿足了測控裝置采樣速度和精度的要求。其 工作電源電壓為+ 5V，電源抑止比為50dB，在噪聲較大的環(huán)境中也能正常工作。 為了提高數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度，避免數(shù)字電路對模擬電路的干擾，模擬電路部分和 數(shù)字電路部分在同一塊電路板上應(yīng)僅設(shè)計(jì)一個(gè)接地點(diǎn)，并將共地點(diǎn)設(shè)置在A/D轉(zhuǎn) 換芯片的下方。
1.2狀態(tài)量采集電路
狀態(tài)量信號反應(yīng)站內(nèi)設(shè)備的工況、保護(hù)的動作情況等，是變電站自動化系 統(tǒng)中非常重要的信號，對變電站的防誤閉鎖操作也具有重要意義。由于狀態(tài)量 的信號電纜需要引至設(shè)備現(xiàn)場，因此容易引入干擾。為此裝置遙信采用220V直 流電源，并通過光耦進(jìn)行隔離變換為低壓數(shù)字信號，其電路如圖5所示。其中 電容Cl可以濾除信號中的高頻干擾。ZA1和ZB1是75V穩(wěn)壓管，當(dāng)信號電平小 于75V時(shí)，光耦U1不會啟動，這對信號中小于75V的干擾脈沖起濾波作用。電 阻R1起限流作用。
1.3控制出口輸出電路
裝置的控制輸出將直接控制變電站的設(shè)備，其可靠與否直接影響到變電站 的安全運(yùn)行，為此電路必須非?？煽?。本裝置采用光耦和繼電器二級隔離，確 保出口動作的可靠性。圖6是本實(shí)用新型控制出口回路示意圖，光耦U2將3.3V的 控制信號轉(zhuǎn)換為24V信號，24V控制信號再控制繼電器J1，輸出控制節(jié)點(diǎn)。輸出 節(jié)點(diǎn)將通過控制電纜引至控制設(shè)備，容易引入干擾信號，由于經(jīng)過繼電器和光 耦二級隔離，干擾信號很難進(jìn)入數(shù)字電路。
本實(shí)用新型為每個(gè)操作對象設(shè)計(jì)一副防誤閉鎖接點(diǎn)串聯(lián)至控制回路中，用
于閉鎖當(dāng)?shù)夭僮鳎鐖D7所示。當(dāng)現(xiàn)場運(yùn)行人員直接通過當(dāng)?shù)氐氖謩覭K把手進(jìn)行 控制操作時(shí)，測控裝置通過導(dǎo)通或斷開防誤閉鎖接點(diǎn)確保變電站運(yùn)行人員操作 的正確。具體在下面進(jìn)行介紹。 1.4人機(jī)接口電路
人機(jī)接口電路包括液晶顯示電路、鍵盤輸入電路、LED顯示等。液晶采用智 能點(diǎn)陣式單色液晶，其內(nèi)部具有驅(qū)動芯片和內(nèi)存，可以直接采用并行總線驅(qū)動。 鍵盤和LED都采用并行總線通過總線擴(kuò)展芯片擴(kuò)展輸入輸出口驅(qū)動按鍵和數(shù)碼 LED。
1.5防誤閉鎖邏輯存儲
測控DSP的外圍擴(kuò)展了一片可擦寫的片外存儲器，用于存儲防誤閉鎖規(guī)則， 其存儲容量較大，具有1MX16位的存儲容量，而且當(dāng)裝置掉電時(shí)存儲在其中的 數(shù)據(jù)也不會丟失，因此可以存儲數(shù)據(jù)量較大的防誤閉鎖邏輯。
1.6以太網(wǎng)通信接口
測控裝置實(shí)現(xiàn)全站防誤閉鎖功能的關(guān)鍵在于位于不同間隔層的測控裝置實(shí) 現(xiàn)采集信息的共享，這就要求測控裝置具有較強(qiáng)的通信處理能力。間隔層設(shè)備 直接連接以太網(wǎng)可以減少通信冗余，提高通信效率，而且易于實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備 信息共享。本實(shí)用新型介紹的間隔層測控裝置采用直接上網(wǎng)技術(shù)，利用以太網(wǎng) 的通信優(yōu)勢，快速實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備信息共享。測控裝置采用專門的通信處理模 塊專門處理網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)。測控裝置的通信方式采用雙百兆以太網(wǎng)通信方式， 測控裝置的以太網(wǎng)通信處理器采用一款Motorola公司推出的新一代PowerPC系 列處理器。芯片主頻達(dá)到200MHz，而且芯片內(nèi)部采用雙核技術(shù)，其中一個(gè)內(nèi)核 是采用精簡指令集(RISC)的通信處理模塊(CPM)，專門進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信底層協(xié)議任 務(wù)的處理，另一個(gè)內(nèi)核用來處理常規(guī)任務(wù)。由于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量較大時(shí)，往往網(wǎng)絡(luò) 通信底層協(xié)議的處理需要消耗處理器大量時(shí)間和資源，采用雙核技術(shù)相對于常 規(guī)通信處理器，工作更加有效，處理器的負(fù)荷分配更加平衡。
測控DSP和通信PowerPC間采用雙口RM/I通信，確保了二者之間的高速數(shù)據(jù)交換。
2.交流量采樣計(jì)算原理
交流量采樣計(jì)算采用傅立葉算法。根據(jù)級數(shù)理論，任何一個(gè)滿足狄里赫利 條件的周期函數(shù)都可以展開成傅立葉級數(shù)形式。周期的電流、電壓信號通常都 能滿足這個(gè)條件。信號中除基波外還含有直流分量和各次諧波，其傅立葉級數(shù)
形式可表示為
柳=c0 + 2cto, cos(鄉(xiāng)+ A )
4=1
也可以寫成
00
x(Y) = c。十Z["a cosA:<^/ + ~ sin—/1]
式中——周期函數(shù)的角頻率，w,=，； A為諧波次數(shù)；c,。,為H欠諧波的 幅值；c。為直流分量；^為第A:次諧波相角；^為t次諧波余弦分量；6,為*次
諧波正弦分量；r為數(shù)據(jù)窗寬度。
利用三角函數(shù)的正交性，可得 c。 = ^ f x(，
=卡f雄)cos
從上面分析可知，傅立葉級數(shù)展開結(jié)果是離散的傅氏系數(shù)組合。把一個(gè)周 期函數(shù)展開或分解為具有一系列諧波的傅立葉級數(shù)稱為諧波分析。
為了計(jì)算傅立葉級數(shù)，需要用到數(shù)值積分，即用x(t)的采樣值來計(jì)算這個(gè)
積分,設(shè)一個(gè)周波等間隔采樣w點(diǎn)。將(1)式積分離散化后得
2 w一1
* iV么"、iV J
& = x(")sin(^的
* iV么"、W 乂
由此可以計(jì)算出信號第/t次諧波幅值、相角、有效值
幅1
相角
，=A + ~
(ak>0)
(ak〈0)有效值 c「V5、:^5(W+《)
利用上式，可以計(jì)算電壓、電流信號H欠諧波的有效值。不考慮直流分量的 影響，交流周期函數(shù)的有效值等于信號中基波和各次諧波的有效值的平方和的 算術(shù)平方根，因此電壓、電流的有效值分別為
V a士i V "i
其中M為需要計(jì)及的最高次諧波，要求M〈liV
2
第/t次諧波的有功功率《
第H欠諧波的無功功率a:
込=〃A sin(^ —&) =^(fl A —A^,J 由于各次諧波互相正交，即不同諧波的電壓、電流互相不做功，線路的有功 功率、無功功率即為各次諧波有功、無功功率的代數(shù)和，即
以上i為第A次諧波電壓相角；^為第it次諧波電流相角；c^為A次諧
波電壓余弦分量； 為/t次諧波電流余弦分量；^為yfc次諧波電壓正弦分量；
^為/t次諧波電流正弦分量。 3.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇
為了實(shí)現(xiàn)不同間隔層測控裝置之間信息的實(shí)時(shí)共享，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的選擇 至關(guān)重要。TCP (Transmission Control Protocol)與UDP(User Datagram Protocol)都是OSI (Open Systems Interconnection)傳輸層協(xié)議，是基于IP協(xié)
議開發(fā)的，是應(yīng)用得最廣泛的以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。變電站網(wǎng)絡(luò)通信中的傳輸協(xié)議 基本上都是采用TCP或UDP。
TCP協(xié)議用于為應(yīng)用程序提供連接定向和可靠通信。但其僅支持單播模式， 信息的目標(biāo)地址只能有l(wèi)個(gè)，網(wǎng)絡(luò)上除目的地址之外的其它節(jié)點(diǎn)都不能接收源節(jié)
點(diǎn)發(fā)送的信息。當(dāng)間隔層裝置向多個(gè)間隔層的其它裝置發(fā)送閉鎖數(shù)據(jù)時(shí)，同一 數(shù)據(jù)必須發(fā)送數(shù)次，造成數(shù)據(jù)傳輸效率不高，間隔層裝置的CPU資源消耗增大。 而且全部數(shù)據(jù)采用可靠傳送可能造成的隨機(jī)時(shí)延將難以滿足變電站防誤閉鎖判 斷對電力信息的實(shí)時(shí)性要求。
而UDP協(xié)議用于為應(yīng)用程序提供無連接的通信，只負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，并不保證
數(shù)據(jù)被可靠發(fā)送，可靠的發(fā)送由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)。由于不需要事先建立握手聯(lián)系， 并且有單播、分組廣播和廣播三種方式， 一臺裝置發(fā)送報(bào)文能夠被多臺裝置同
時(shí)接收。因此UDP的傳輸效率高，其實(shí)時(shí)性和快速性滿足間隔層測控裝置實(shí)現(xiàn)防
誤閉鎖功能的需要，但其報(bào)文可能丟失，需要在應(yīng)用層增加協(xié)議提高其傳輸可
靠性。本實(shí)用新型采用的是UDP/工P網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
為了實(shí)現(xiàn)裝置信息傳輸?shù)目焖傩院涂煽啃?，測控裝置將通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膱?bào) 文分為不需要申請重發(fā)的普通報(bào)文和需要申請重發(fā)的重要報(bào)文。普通報(bào)文如全 遙測等，它們?nèi)绻麃G失后，由于對系統(tǒng)影響不大，而且測控裝置會定時(shí)發(fā)送， 可以使丟失的數(shù)據(jù)及時(shí)更新。重要報(bào)文如遙信變位等，對防誤閉鎖影響很大， 而且通常只發(fā)送一次，如果丟失需要申請重發(fā)。測控裝置對發(fā)送的重要報(bào)文進(jìn) 行編號，并保留數(shù)十份重要報(bào)文。接受裝置接收到重要報(bào)文后，記錄其編號， 并分析是否有報(bào)文丟失，如果有，則向發(fā)送方申請重發(fā)丟失的重要報(bào)文。發(fā)送 方從備份緩沖區(qū)查找被申請的數(shù)據(jù)包后重新發(fā)送。由于平時(shí)重要報(bào)文很少，測 控裝置可能長時(shí)間收不到相關(guān)間隔裝置的重要報(bào)文，無法監(jiān)視編號的變化，也 就無法判斷重要信息報(bào)文是否丟失，因此測控裝置還必須定時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送各自 當(dāng)前重要報(bào)文的編號。各間隔的裝置每隔一秒發(fā)送一次報(bào)文編號，這樣其它間 隔的相關(guān)裝置可以在一秒內(nèi)判斷報(bào)文是否丟失，及時(shí)將丟失的報(bào)文申請重發(fā)。
由于采用了報(bào)文申請重發(fā)機(jī)制，采用UDP通信協(xié)議易于實(shí)現(xiàn)間隔層測控裝置的信 息共享，能夠滿足在間隔層測控裝置實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能對網(wǎng)絡(luò)通信的要求。經(jīng) 測試當(dāng)釆樣四十臺裝置掛在同一百兆以太網(wǎng)上，對其中任意一臺裝置采集的狀 態(tài)信號進(jìn)行變位，其它相關(guān)裝置在500毫秒內(nèi)都對該信號進(jìn)行了更新，防誤閉鎖 邏輯的輸出也得到更新，實(shí)時(shí)性非常高。 4.閉鎖邏輯的輸入和安裝
變電站的防誤閉鎖邏輯通常是根據(jù)變電站各設(shè)備的狀態(tài)信號，進(jìn)行一定的 邏輯運(yùn)算，得出當(dāng)前各出口對象是否可以進(jìn)行操作。由于不同變電站、不同間 隔層、不同設(shè)備的控制邏輯差異很大，因此本實(shí)用新型采用圖形化界面，將變 電站的防誤閉鎖邏輯在計(jì)算機(jī)上輸入，然后將計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)和測控裝置進(jìn) 行通信，將防誤閉鎖邏輯輸入至測控裝置。
防誤閉鎖邏輯的輸入界面見圖8。本實(shí)用新型將變電站的防誤閉鎖邏輯抽象 為不同信號的"與"、"或"、"非"運(yùn)算，當(dāng)進(jìn)入圖8界面后，在輸入量中 輸入不同裝置的不同遙信號，在邏輯門中輸入"與"、"或"或者"非"邏輯， 并用邏輯線將信號和各邏輯門進(jìn)行連接，這樣可以方便的實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖邏輯的
輸入。輸入完成后，計(jì)算機(jī)需要將輸入的邏輯進(jìn)行一定的編譯工作，然后通過 以太網(wǎng)將防誤閉鎖邏輯下載安裝至測控裝置。
5. 閉鎖邏輯的實(shí)現(xiàn)
由于測控裝置相對于后臺計(jì)算機(jī)內(nèi)存和運(yùn)算速度有限，通常無法對復(fù)雜表 達(dá)式進(jìn)行編譯，然后按照運(yùn)算符的優(yōu)先級進(jìn)行運(yùn)算。在測控裝置中進(jìn)行防誤閉 鎖運(yùn)算往往需要在計(jì)算機(jī)中對防誤閉鎖邏輯進(jìn)行一定的組態(tài)和編譯工作，形成 適合測控使用的防誤閉鎖表達(dá)式，然后下載安裝到測控裝置進(jìn)行防誤閉鎖邏輯 的運(yùn)算。
本裝置采用逆波蘭表達(dá)式表達(dá)防誤閉鎖邏輯。逆波蘭表達(dá)式也稱運(yùn)算符后 綴表達(dá)式，它將復(fù)雜表達(dá)式轉(zhuǎn)換為可以依靠簡單的操作得到計(jì)算結(jié)果的表達(dá)式。
例如(a+b盧(c+d)轉(zhuǎn)換為ab+cd+氣它的優(yōu)勢在于只進(jìn)行兩種簡單操作，入棧和
出棧就可以完成任何普通表達(dá)式的運(yùn)算。其運(yùn)算方式如下如果當(dāng)前字符為變 量或者為數(shù)字，則壓棧；如果是運(yùn)算符，則根據(jù)運(yùn)算符的性質(zhì)將棧頂?shù)囊粋€(gè)或 兩個(gè)元素彈出作相應(yīng)運(yùn)算，結(jié)果再入棧；最后當(dāng)表達(dá)式掃描完后，棧里的就是 結(jié)果。逆波蘭表達(dá)式雖然看起來比較繁瑣，其實(shí)適合在計(jì)算機(jī)中使用。計(jì)算機(jī) 可以不用關(guān)心運(yùn)算符的優(yōu)先級，也不用關(guān)心表達(dá)式中是否有括號，只要不斷地 執(zhí)行上面兩個(gè)操作，就可以得出運(yùn)算結(jié)果。
間隔層測控裝置主要是利用反映一次設(shè)備狀態(tài)的信號量進(jìn)行防誤閉鎖邏輯 判斷。表達(dá)式中的操作數(shù)就是裝置采集的遙信量，而運(yùn)算符主要就是與、或、 非三種。結(jié)合本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了專門的防誤閉鎖邏輯編譯軟件，該軟件在普通 的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，它將輸入的防誤閉鎖邏輯轉(zhuǎn)換為逆波蘭表達(dá)式，然后下裝至 測控裝置。測控裝置采用逆波蘭表達(dá)式計(jì)算防誤閉鎖邏輯，運(yùn)算相對簡單，占 用系統(tǒng)資源較少，易于實(shí)現(xiàn)防誤計(jì)算。
6. 測量電氣量參與防誤閉鎖
防誤閉鎖計(jì)算不僅和狀態(tài)量有關(guān)，還和電氣量有關(guān)。通常的"五防"功能 中有數(shù)項(xiàng)是和電氣量有關(guān)，如"防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)，防止帶電合接地 刀閘"等。隨著技術(shù)的發(fā)展，電力運(yùn)行單位對防誤閉鎖的要求也越來越細(xì)致， 目前己經(jīng)有越來越多的用戶要求引入電氣量進(jìn)行防誤閉鎖判斷，例如《蘇電生 (2006) 1356號一變電站防誤操作技術(shù)規(guī)定》就要求"對程序化操作的變電站， 綜自設(shè)備的防誤邏輯閉鎖條件除了判斷設(shè)備位置外，還必須加入必要的模擬量 進(jìn)行判別。"
電氣量參與防誤閉鎖邏輯運(yùn)算，判斷測量量是否達(dá)到某一閾值，如線路是 否有電流、母線是否有電壓，然后進(jìn)行相應(yīng)的閉鎖判斷。本實(shí)用新型采用的方 法是將測量的電氣量和某一閾值比較，生成一個(gè)虛遙信，再將此虛遙信輸入防 誤閉鎖表達(dá)式，參與邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)電氣量參與防誤閉鎖判斷的功能。
7. 遙控操作的防誤閉鎖
測控裝置不斷地采集本間隔信息，并從以太網(wǎng)通信模塊實(shí)時(shí)不停地監(jiān)聽以 太網(wǎng)通信報(bào)文，實(shí)時(shí)對和防誤邏輯判斷有關(guān)的裝置的信息進(jìn)行處理。測控裝置 防誤閉鎖判斷模塊實(shí)時(shí)不停地進(jìn)行各控制對象的防誤閉鎖判斷，并且輸出一組 防誤閉鎖判斷的結(jié)果。由于相關(guān)裝置的信息是實(shí)時(shí)獲取的，防誤閉鎖邏輯判斷 是不斷進(jìn)行的，當(dāng)進(jìn)行控制操作時(shí)，裝置可以直接根據(jù)防誤判斷結(jié)果進(jìn)行防誤 閉鎖判斷，不需要額外的相關(guān)信息獲取時(shí)間和防誤邏輯判斷時(shí)間，保證了控制 的實(shí)時(shí)性和快速性。
當(dāng)調(diào)度或后臺對測控裝置進(jìn)行遙控操作時(shí)，測控裝置直接利用防誤閉鎖判 斷的閉鎖結(jié)果，進(jìn)行控制操作。如果閉鎖結(jié)果滿足操作條件，就允許進(jìn)行遙控 操作；如果不滿足，就閉鎖操作。如此，實(shí)現(xiàn)了遙控操作的防誤閉鎖功能。由 于平時(shí)不斷的進(jìn)行相關(guān)間隔裝置間的信息交換和防誤閉鎖判斷，當(dāng)裝置進(jìn)行遙 控操作時(shí)不需要額外的等待時(shí)間，確保遙控操作的實(shí)時(shí)性和可靠性。
8.手動KK把手操作的閉鎖
當(dāng)現(xiàn)場運(yùn)行人員直接通過當(dāng)?shù)氐氖謩覭K把手進(jìn)行控制操作時(shí)，需要測控裝 置提供一定的閉鎖方法進(jìn)行控制閉鎖，確保操作的正確。為此，本實(shí)用新型為 每個(gè)操作對象設(shè)計(jì)一副防誤閉鎖接點(diǎn)串聯(lián)至控制回路中，用于閉鎖當(dāng)?shù)夭僮鳌?防誤閉鎖接點(diǎn)的作用類似于微機(jī)五防閉鎖系統(tǒng)中的五防鎖的功能。正常情況下， 防誤閉鎖接點(diǎn)斷開。當(dāng)用戶需要進(jìn)行當(dāng)?shù)厥謩硬僮鲿r(shí)，可以通過當(dāng)?shù)睾笈_監(jiān)控， 先進(jìn)行防誤操作預(yù)演。當(dāng)?shù)睾笈_計(jì)算機(jī)記錄操作順序，然后按順序逐個(gè)向?qū)?yīng) 的測控裝置發(fā)出合上防誤閉鎖接點(diǎn)的指令。測控裝置接收到指令后根據(jù)防誤閉 鎖判斷的結(jié)果，進(jìn)行當(dāng)?shù)厥謩硬僮鞯姆勒`閉鎖，如果條件滿足則合上相應(yīng)的防 誤閉鎖接點(diǎn)。當(dāng)運(yùn)行人員完成操作后，后臺監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)測控裝置采集的狀態(tài) 量信號判斷操作是否成功。如果操作成功，則對剛才的測控裝置發(fā)出斷開閉鎖 接點(diǎn)的命令，并順序向下一個(gè)操作對象對應(yīng)的測控裝置發(fā)出合上閉鎖接點(diǎn)的命 令，進(jìn)行下一個(gè)操作。
采用以上機(jī)制進(jìn)行變電站的當(dāng)?shù)厥謩硬僮?，既可以?shí)現(xiàn)操作的電氣閉鎖， 又能夠防止運(yùn)行人員走錯(cuò)間隔，同時(shí)它還解決了專門的微機(jī)五防系統(tǒng)存在的"走 空程"現(xiàn)象。專門的微機(jī)五防系統(tǒng)通常是采用編碼鎖來閉鎖當(dāng)?shù)夭僮?，只是?決了用一把微機(jī)鑰匙依操作順序開鎖問題，機(jī)構(gòu)之間沒有在機(jī)械上的直接聯(lián)系， 并不是強(qiáng)制閉鎖。用微機(jī)鑰匙開鎖后不一定對機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，就可轉(zhuǎn)人下一步 操作，即發(fā)生"走空程"現(xiàn)象。 一旦發(fā)生"走空程"現(xiàn)象，就意味著誤操作事 故的可能發(fā)生。而監(jiān)控系統(tǒng)的間隔層測控裝置去閉鎖當(dāng)?shù)厥謩硬僮?，?dāng)一個(gè)操 作沒有完成時(shí)，由于反應(yīng)一次設(shè)備的狀態(tài)量信號沒有改變，監(jiān)控系統(tǒng)將不會允 許進(jìn)行下一項(xiàng)操作，確保了操作的正確可靠。
上述實(shí)施例不以任何形式限制本實(shí)用新型，凡采取等同替換或等效變換的 方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于采用雙模塊結(jié)構(gòu)，包括處理以太網(wǎng)通信任務(wù)的以太網(wǎng)通信模塊和處理測控功能和進(jìn)行防誤閉鎖判斷的測控模塊；所述的測控模塊包括一片測控DSP以及交流采樣電路、狀態(tài)量采集電路、控制出口輸出電路、人機(jī)接口電路；所述的交流采樣電路、狀態(tài)量采集電路、控制出口輸出電路、人機(jī)接口電路通過并行數(shù)據(jù)總線和測控DSP直接相連；以太網(wǎng)通信模塊和測控模塊之間采用雙口RAM進(jìn)行通信。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于所述的測控DSP采用32位150MPS高速工業(yè)級DSP。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其 特征在于在所述的測控DSP的外圍擴(kuò)展一個(gè)可擦寫的、用于存儲防誤閉鎖規(guī)則 的DSP片外存儲器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于所述的以太網(wǎng)通信模塊釆用雙核芯片，包括一個(gè)處理網(wǎng)絡(luò)通信底層協(xié)議任 務(wù)的內(nèi)核和一個(gè)處理常規(guī)任務(wù)的內(nèi)核。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于所述的測控裝置，其通信方式采用雙百兆以太網(wǎng)通信方式。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于不同間隔層的測控裝置間采用UDP/IP通信協(xié)議進(jìn)行通信，并在應(yīng)用層增加 通信協(xié)議。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于所述的測控裝置還包括A/D轉(zhuǎn)換器，其采用14位八路同步采樣高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器件。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于防誤閉鎖邏輯通過計(jì)算機(jī)輸入、編譯，通過以太網(wǎng)將防誤閉鎖邏輯下載安 裝至測控裝置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征 在于在進(jìn)行遙控操作時(shí)，測控裝置直接利用測控模塊的防誤閉鎖邏輯判斷結(jié)果， 進(jìn)行控制操作；如果判斷結(jié)果滿足操作條件，就允許進(jìn)行遙控操作；如果不滿 足，就閉鎖操作。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特 征在于所述的測控裝置為每個(gè)控制對象分別增加一副用于進(jìn)行當(dāng)?shù)厥謩覭K把手 操作防誤閉鎖的手動操作閉鎖接點(diǎn)，串聯(lián)于控制電路中。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可實(shí)現(xiàn)防誤閉鎖功能的變電站測控裝置，其特征在于采用雙模塊結(jié)構(gòu)，包括以太網(wǎng)通信模塊和測控模塊；測控模塊包括一片測控DSP以及交流采樣電路、狀態(tài)量采集電路等，交流采樣電路、狀態(tài)量采集電路等電路通過并行數(shù)據(jù)總線和測控DSP直接相連；以太網(wǎng)通信模塊和測控模塊之間采用雙口RAM進(jìn)行通信。本實(shí)用新型利用間隔層的測控裝置實(shí)現(xiàn)變電站測控功能和防誤閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)所有遙控操作和當(dāng)?shù)厥謩硬僮鞯姆勒`閉鎖邏輯判斷，防誤保護(hù)全面；對報(bào)文進(jìn)行分類，防止了重要報(bào)文的丟失；防誤閉鎖邏輯采用逆波蘭表達(dá)式，占用資源少，運(yùn)算簡單，易于計(jì)算；對遙控操作和手動操作先判斷，再開放閉鎖，保證了操作的安全性和正確性。
文檔編號H04L29/06GK201199639SQ200820034180
公開日2009年2月25日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者斌 周, 何 張, 斌 張, 健 沈, 鐘 白, 閆承志, 黃國方 申請人:國電南瑞科技股份有限公司