專利名稱：多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化測量和控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于具有選相和智能終端功能的多功能測控裝置的高精度智能選相技術(shù)及方法。
背景技術(shù)：
斷路器任意相位進行分合閘操作時，會產(chǎn)生過電壓及涌流，危及電力設(shè)備的絕緣性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會干擾回路上或附近回路靈敏度高的電氣設(shè)備正常工作，所以在最佳相角實現(xiàn)斷路器的分合閘，能夠使得分合閘對電力設(shè)備和系統(tǒng)沖擊最小，對延長電力設(shè)備壽命，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，具有重要意義。目前，選相技術(shù)的實現(xiàn)方法，包括兩類，具體介紹如下
I)在一次開關(guān)設(shè)備中通過增加微處理器和外圍硬件回路實現(xiàn)選相功能，如中國專利申請?zhí)枮?00920023808. 6的智能選相開關(guān)、中國專利申請?zhí)枮?01020279116. O的低壓智能選相開關(guān)，這類實現(xiàn)方式的問題在于微處理器及外圍硬件回路等電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場惡劣環(huán)境和大電流開斷而引起的高強度電磁干擾，會影響壽命和可靠性；
2 )專用的智能選相裝置，如中國專利申請?zhí)枮?7211356. 6的選相合閘裝置、中國專利申請?zhí)枮?00820205799. 8的新型選相合閘控制裝置以及中國專利申請?zhí)枮?01120315469. 6的一種選相分閘裝置，這類智能選相裝置的問題是需要專門的選相裝置，硬件成本高，增加了二次回路設(shè)計復(fù)雜性，而且不具備樣本學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)、智能成長等智能選相輔助功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，不增加額外的硬件裝置，在多功能測控裝置中實現(xiàn)智能選相功能，提供的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)及方法，采用高精度頻率測量、高精度過零檢測、斷路器參量補償?shù)纫幌盗熊浻布Y(jié)合的綜合選相技術(shù)，結(jié)合獨特的智能選相輔助方法，達到高精度的智能選相功能，實現(xiàn)了選相功能的智能化，從而使得分合閘對電力設(shè)備和系統(tǒng)沖擊最小，延長電力設(shè)備的使用壽命，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于包括微處理器模塊、FPGA、模擬量采集電路、AD采樣電路、過零檢測電路、遙信采集電路、斷路器參量接口電路、跳合閘出口電路和以太網(wǎng)接口電路，所述模擬量采集電路設(shè)有兩路輸出端，一路輸出端通過過零檢測電路、FPGA與微處理器模塊相連接，另一輸出端通過AD采樣電路與微處理器模塊相連接，所述微處理器模塊還分別與遙信采集電路、斷路器參量接口電路、跳合閘出口電路、以太網(wǎng)接口電路相連接。前述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器模塊包括，邏輯運算中樞，用于測控運算和智能選相邏輯運算；
智能學(xué)習(xí)中樞，用于實現(xiàn)樣本學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)、智能成長、智能選相的輔助功能；
所述邏輯運算中樞為DSP處理器、智能學(xué)習(xí)中樞為PowerPC處理器，DSP處理器與PowerPC處理器通過雙口 RAM完成數(shù)據(jù)信息交互。前述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述FPGA為數(shù)據(jù)同步采樣中樞，用于產(chǎn)生與GPS同步的采樣脈沖信號，并通過邏輯運算中樞控制AD采樣電路的采集速率，以及檢測過零檢測電路的過零方波信號，記錄三相電壓、三相電流的精確過零時刻，并傳送給邏輯運算中樞。前述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述過零檢測電路采樣電壓、電流信號，輸出過零時刻同步的方波信號。前述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述斷路器參量接口電路包括斷路器環(huán)境溫度接口、操作電壓接口、SF6氣體壓力接口和分合閘電流接口，DSP處理器通過斷路器參量接口電路對斷路器狀態(tài)進行在線監(jiān)測，通過實時在線監(jiān)測的參量及斷路器樣本曲線實現(xiàn)對斷路器分合閘時間的精確補償。 前述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述智能學(xué)習(xí)中樞，對于每次斷路器的分合閘操作，通過遙信采集電路回采的斷路器位置信號及AD采樣電路采集的電壓、電流實際分合閘相角，記錄并保存動作軌跡完成智能學(xué)習(xí)。前述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述智能學(xué)習(xí)中樞，包括，樣本學(xué)習(xí)，對斷路器分合閘樣本數(shù)據(jù)進行抽取形成樣本曲線，并且能根據(jù)實時在線監(jiān)
測的斷路器參量對樣本曲線進行抽取和擬合，獲得準確的斷路器分合閘時間參量補償量；智能學(xué)習(xí)，對于每次斷路器分合閘操作，通過回采斷路器位置信號及電壓、電流分合閘時刻相角，記錄斷路器實際動作軌跡完成智能學(xué)習(xí)，智能學(xué)習(xí)記錄的動作軌跡可以為人工分析提供數(shù)據(jù)，也可以通過智能成長對樣本曲線進行修正和補償；
智能成長，根據(jù)智能學(xué)習(xí)記錄的軌跡，計算樣本數(shù)據(jù)的誤差及補償量，對樣本數(shù)據(jù)進行自動補償，形成新的修正后樣本曲線。基于權(quán)利要求1多功能測控裝置的智能選相方法，其特征在于包括以下步驟，步驟(I)當多功能測控裝置接收到遙控或來自保護的跳合閘命令信號后，判斷過零點
分合閘類型，若為電流過零點分合閘，則得到A、B、C三相電流過零點時刻，若為電壓過零點分合閘，則得到A、B、C三相電壓過零點時刻；
步驟(2)根據(jù)DSP處理器計算的頻率及斷路器固有分合閘時間計算A、B、C三相的固定分合閘延時時間；
步驟(3)獲得斷路器分合閘時間參量及補償量；具體實現(xiàn)如下DSP處理器將通過斷路器參量接口電路獲得的斷路器在線監(jiān)測量通過雙口 RAM傳送到智能中樞PowerPC處理器，智能中樞根據(jù)實時在線監(jiān)測量對斷路器參量樣本曲線進行抽取和擬合，得到斷路器參量及補償量，并將參量及補償量回傳給DSP處理器；
步驟(4) DSP處理器對斷路器參量進行補償；
步驟(5)計算A、B、C三相補償后的分合閘延時時間；
步驟(6)在步驟(I)得到的過零點時刻后，等待步驟(5)計算的A、B、C三相的分合閘延時，若A相延時時間到，觸發(fā)斷路器的A相分合閘，若B相延時時間到，觸發(fā)斷路器的B相分合閘，若C相延時時間到，觸發(fā)斷路器的C相分合閘。本發(fā)明的有益之處在于本發(fā)明的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)及方法，對影響選相精度的三要素，頻率測量精度、過零時刻檢測精度以及斷路器分合閘時間參量精度，進行綜合分析和研究，采用一系列綜合選相和獨特的智能選相輔助技術(shù)，不僅實現(xiàn)了高精度的智能選相，而且實現(xiàn)了選相功能的智能化，具有以下優(yōu)點
1)本發(fā)明的智能選相系統(tǒng)，不需要增加額外的硬件設(shè)備，在不增加硬件成本的同時，在多功能測控裝置中實現(xiàn)了在斷路器的最佳位置選相分合閘功能；
2)對影響選相精度的三要素，包括頻率測量精度、過零時刻檢測精度、斷路器分合閘時間參量精度，進行綜合分析和研究，采用高精度頻率測量、高精度過零檢測電路、斷路器參量實時補償技術(shù)等一系列軟硬件結(jié)合的綜合技術(shù)進行選相，實現(xiàn)高精度的選相；
3)本發(fā)明具有智能選相輔助功能，實現(xiàn)對影響選相精度要素的斷路器分合閘時間的精確補償，從而提高選相精度，實現(xiàn)選相的智能化。本發(fā)明能夠在不增加硬件成本的同時，使得斷路器分合閘的操作過程對電力設(shè)備和系統(tǒng)沖擊最小，對延長電力設(shè)備壽命，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。圖2本發(fā)明的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)邏輯實現(xiàn)的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。如圖1所示，多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，包括微處理器模塊、FPGA、模擬量采集電路、AD采樣電路、過零檢測電路、遙信量采集電路、跳合閘出口電路和以太網(wǎng)接口電路，模擬量采集電路設(shè)有兩路輸出端，一路輸出端通過過零檢測電路、FPGA與微處理器模塊相連接，另一輸出端通過AD采樣電路與微處理器模塊相連接，微處理器模塊還分別與遙信采集電路、斷路器參量接口電路、跳合閘出口電路、以太網(wǎng)接口電路相連接。所述微處理器模塊包括
邏輯運算中樞，用于測控運算和智能選相邏輯運算；
智能學(xué)習(xí)中樞，用于樣本學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)、智能成長的選相的智能輔助功能，其中樣本學(xué)習(xí)，對斷路器分合閘樣本數(shù)據(jù)進行抽取形成樣本曲線，并且能根據(jù)實時在線監(jiān)測的斷路器參量對樣本曲線進行抽取和擬合，獲得準確的斷路器分合閘時間參量補償量；智能學(xué)習(xí)，對于每次斷路器分合閘操作，通過回采斷路器位置信號及電壓、電流分合閘時刻相角，記錄斷路器實際動作軌跡完成智能學(xué)習(xí)，智能學(xué)習(xí)記錄的動作軌跡可以為人工分析提供數(shù)據(jù)，也可以通過智能成長對樣本曲線進行修正和補償；
所述邏輯運算中樞為DSP處理器、智能學(xué)習(xí)中樞為PowerPC處理器，DSP處理器與PowerPC處理器通過雙口 RAM完成數(shù)據(jù)信息交互。所述FPGA為數(shù)據(jù)同步采樣中樞，用于產(chǎn)生與GPS同步的采樣脈沖信號，并通過邏輯運算中樞控制AD采樣電路的采集速率，以及檢測過零檢測電路的過零方波信號，記錄三相電壓、三相電流的精確過零時刻，并傳送給邏輯運算中樞。
所述過零檢測電路采樣電壓、電流信號，輸出過零時刻同步的電壓、電流過零方波信號。所述斷路器參量接口電路包括斷路器環(huán)境溫度接口、操作電壓接口、SF6氣體壓力接口和分合閘電流接口，DSP處理器通過斷路器參量接口電路對斷路器參量進行在線監(jiān)測，通過實時在線監(jiān)測的參量及斷路器樣本曲線實現(xiàn)對斷路器分合閘時間的精確補償。所述智能學(xué)習(xí)中樞，對于每次斷路器的分合閘操作，邏輯中樞通過遙信采集電路回采斷路器位置信號，通過AD采樣電路采集電壓、電流得到實際分合閘相角，并通過雙口RAM傳送到智能學(xué)習(xí)中樞，智能學(xué)習(xí)中樞記錄每次學(xué)習(xí)軌跡完成智能學(xué)習(xí)。本發(fā)明的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，對于影響選相精度的三要素，頻率測量的精度、過零時刻檢測的精度、斷路器分合閘時間的參量精度采用軟硬件結(jié)合的綜合技術(shù)實現(xiàn)高精度選相，包括
DSP處理器對頻率進行高精度測量，頻率誤差優(yōu)于O. OOlHz,對應(yīng)相位誤差優(yōu)于O. 0072，具體實現(xiàn)如下智能選相系統(tǒng)的交流信號輸入回路采用新型毫安級精密互感器，體積小、精度高、溫度特性好。交流信號經(jīng)互感器變換后經(jīng)過模擬抗混疊低通濾波器輸入本發(fā)明的AD采樣電路，AD采樣電路采用16位高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片，交流信號采樣率最高可到10kHz，并由FPGA控制數(shù)據(jù)同步采樣，F(xiàn)PGA能夠產(chǎn)生與對時信號精確同步的同時滿足等間隔整周期采樣的采樣脈沖信號，直接通過DSP處理器控制AD采樣電路采集交流信號，DSP處理器的軟件設(shè)計為每周波80點采樣、采用64點拉格朗日插值重采樣技術(shù)、64點FFT算法、軟件頻率跟蹤技術(shù)等實現(xiàn)了高精度頻率測量。過零檢測電路連接FPGA，F(xiàn)PGA判斷精確過零時刻的誤差優(yōu)于I微秒，對應(yīng)相位誤差優(yōu)于O. 018度、PowerPC處理器能夠?qū)崿F(xiàn)對斷路器分合閘時間參量的實時補償，滿足選相的高精度要求。所述跳合閘出口電路設(shè)有兩組分相跳合閘出口，可實現(xiàn)A相、B相、C相分相控制，還具有分相跳合閘電流保持回路，能夠保證斷路器定相分合閘可靠動作。如圖2所示，運行在上述的智能選相系統(tǒng)上的智能選相邏輯的實現(xiàn)流程，包括以下步驟，
第一步，當多功能測控裝置接收到遙控或來自保護的跳合閘命令信號后，判斷過零點分合閘類型，若為電流過零點分合閘，則通過FPGA實時過零檢測電路得到A、B、C三相電流過零點時刻，若為電壓過零點分合閘，則通過FPGA實時過零檢測電路得到A、B、C三相電壓過零點時刻。第二步，根據(jù)第一步測量的過零點時刻、DSP處理器計算的頻率及斷路器固有分合閘時間得到A相、B相、C相的固定的分合閘延時。第三步，獲得斷路器分合閘時間參量及補償量；具體實現(xiàn)如下
DSP處理器將通過斷路器參量接口電路獲得的斷路器在線監(jiān)測量通過雙口 RAM傳送到智能中樞PowerPC處理器，智能中樞根據(jù)實際在線監(jiān)測量對斷路器參量樣本曲線進行抽取和擬合，得到斷路器參量及補償量，并將參量及補償量回傳給DSP處理器；
第四步，DSP處理器對斷路器參量進行補償；
第五步，計算A、B、C三相補償后的分合閘延時時間；
第六步，在第一步得到的過零點時刻后，等待第五步計算的A、B、C三相的分合閘延時,若A相延時時間到，觸發(fā)斷路器的A相分合閘，若B相延時時間到，觸發(fā)斷路器的B相分合閘，若C相延時時間到，觸發(fā)斷路器的C相分合閘。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的 保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于包括微處理器模塊、FPGA、模擬量采集電路、AD采樣電路、過零檢測電路、遙信采集電路、斷路器參量接口電路、跳合閘出口電路和以太網(wǎng)接口電路，所述模擬量采集電路設(shè)有兩路輸出端，一路輸出端通過過零檢測電路、 FPGA與微處理器模塊相連接，另一輸出端通過AD采樣電路與微處理器模塊相連接，所述微處理器模塊還分別與遙信采集電路、斷路器參量接口電路、跳合閘出口電路、以太網(wǎng)接口電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器模塊包括，邏輯運算中樞，用于測控運算和智能選相邏輯運算；智能學(xué)習(xí)中樞，用于實現(xiàn)樣本學(xué)習(xí)、智能學(xué)習(xí)、智能成長、智能選相的輔助功能；所述邏輯運算中樞為DSP處理器、智能學(xué)習(xí)中樞為PowerPC處理器，DSP處理器與 PowerPC處理器通過雙口 RAM完成數(shù)據(jù)信息交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述FPGA 為數(shù)據(jù)同步采樣中樞，用于產(chǎn)生與GPS同步的采樣脈沖信號，并通過邏輯運算中樞控制AD 采樣電路的采集速率，以及檢測過零檢測電路的過零方波信號，記錄三相電壓、三相電流的精確過零時刻，并傳送給邏輯運算中樞。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述過零檢測電路采樣電壓、電流信號，輸出過零時刻同步的方波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述斷路器參量接口電路包括斷路器環(huán)境溫度接口、操作電壓接口、SF6氣體壓力接口和分合閘電流接口，DSP處理器通過斷路器參量接口電路對斷路器狀態(tài)進行在線監(jiān)測，通過實時在線監(jiān)測的參量及斷路器樣本曲線實現(xiàn)對斷路器分合閘時間的精確補償。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I或2所述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述智能學(xué)習(xí)中樞，對于每次斷路器的分合閘操作，通過遙信采集電路回采的斷路器位置信號及AD采樣電路采集的電壓、電流實際分合閘相角，記錄并保存動作軌跡完成智能學(xué)習(xí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求書6所述的多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)，其特征在于所述智能學(xué)習(xí)中樞，包括，樣本學(xué)習(xí)，對斷路器分合閘樣本數(shù)據(jù)進行抽取形成樣本曲線，并且能根據(jù)實時在線監(jiān)測的斷路器參量對樣本曲線進行抽取和擬合，獲得準確的斷路器分合閘時間參量補償量；智能學(xué)習(xí)，對于每次斷路器分合閘操作，通過回采斷路器位置信號及電壓、電流分合閘時刻相角，記錄斷路器實際動作軌跡完成智能學(xué)習(xí)，智能學(xué)習(xí)記錄的動作軌跡可以為人工分析提供數(shù)據(jù)，也可以通過智能成長對樣本曲線進行修正和補償；智能成長，根據(jù)智能學(xué)習(xí)記錄的軌跡，計算樣本數(shù)據(jù)的誤差及補償量，對樣本數(shù)據(jù)進行自動補償，形成新的修正后樣本曲線。
8.基于權(quán)利要求1的多功能測控裝置的智能選相方法，其特征在于包括以下步驟，步驟(I)當多功能測控裝置接收到遙控或來自保護的跳合閘命令信號后，判斷過零點分合閘類型，若為電流過零點分合閘，則得到A、B、C三相電流過零點時刻，若為電壓過零點分合閘，則得到A、B、C三相電壓過零點時刻；步驟(2)根據(jù)DSP處理器計算的頻率及斷路器固有分合閘時間計算A、B、C三相的固定分合閘延時時間；步驟(3)獲得斷路器分合閘時間參量及補償量；具體實現(xiàn)如下DSP處理器將通過斷路器參量接口電路獲得的斷路器在線監(jiān)測量通過雙口 RAM傳送到智能中樞PowerPC處理器， 智能中樞根據(jù)實時在線監(jiān)測量對斷路器參量樣本曲線進行抽取和擬合，得到斷路器參量及補償量，并將參量及補償量回傳給DSP處理器；步驟( 4) DSP處理器對斷路器參量進行補償；步驟(5)計算A、B、C三相補償后的分合閘延時時間；步驟(6)在步驟(I)得到的過零點時刻后，等待步驟(5)計算的A、B、C三相的分合閘延時，若A相延時時間到，觸發(fā)斷路器的A相分合閘，若B相延時時間到，觸發(fā)斷路器的B相分合閘，若C相延時時間到，觸發(fā)斷路器的C相分合閘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能測控裝置的智能選相系統(tǒng)及方法，對影響選相精度的三要素，包括頻率測量精度、過零時刻檢測精度以及斷路器分合閘時間參量精度進行綜合分析和研究，采用高精度頻率測量、高精度過零檢測、斷路器參量補償一系列軟硬件結(jié)合的綜合選相技術(shù)，結(jié)合獨特的選相智能輔助功能，不僅實現(xiàn)高精度的智能選相，還實現(xiàn)了選相功能的智能化，本發(fā)明能夠使得斷路器分合閘對電力設(shè)備和系統(tǒng)沖擊最小，延長電力設(shè)備的使用壽命，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號H02J13/00GK103051062SQ201210578850
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者唐成虹, 黃國方, 沈健, 莊瑩, 殷垚, 閻承志, 張敏, 譚闊, 彭奇 申請人:國電南瑞科技股份有限公司