基于Intel386EX的数字式保护硬件设计

利用32位嵌入式微处理器Intel386EX,构建了新型的保护硬件平台.该平台一改以往单CPU的处理模式,利用两个完全相同的CPU插件构成双CPU并行处理模式,正常时两CPU对同一组输入量同时处理,共同参与输出表决,任一CPU损坏后自动退出,由另一CPU独立完成所有保护,从而大大提高了硬件的防误动和防拒动能力.文中还从器件参数选用、看门狗电路、数据存储安全、I/O冗余设计及校验、上电输出控制、装置故障信号等多方面作了充分的考虑.实践表明,所设计的硬件平台性能稳定、工作可靠,满足电力系统数字式保护的实际需求.     

高性能微机式母线保护装置研制

针对母线保护的高要求构造了利用高性能数字信号处理器（DSP）芯片为CPU的微机式母线保护装置硬件平台。在此高性能平台下提出了对母线保护装置启动、抗区外故障电流互感器饱和及母线运行方式自适应识别的新算法。这样可提高母线保护的速动性、灵敏性、防误动和抗拒动的能力。并在工程应用中验证了新型母线保护装置的有效性。     

自适应式大型发电机误上电保护的研究

详细分析了误上电的起因及产生的种种危害，根据误上电的故障特征提出了一套完整的误上电保护新方案，该方案适应各种主接线，能够正确识别发电机未加励磁时发生的误合闸，断路器发生单相闪络和两相闪络及发电机以较大频率差非同期并网，为提高保护硬件的防误动，防拒动的性能，利用高性能嵌入式微处理器，构建了新颖的双CPU并行处理的硬件平台，针对发电机启停过程中频率大幅变化，用硬件实现频率判据的精确测量及电气量采样的频率跟踪。     

新一代控制保护系统通用硬件平台设计与应用

为适应IEC 61850和IEEE 1588等新技术在变电站自动化系统中应用的不断发展,必须设计新一代高性能、高可靠性的控制保护系统通用硬件平台。文中总结了控制保护硬件平台发展的过程,分析了目前大多数控制保护装置硬件的内部数据交互方式以及存在的不足,提出了基于分布式多处理器和模块化硬件架构的硬件平台设计,设计了一种分布式总线的通信架构,介绍了CPU模块、DSP模块和I/O模块的功能特点。基于该硬件平台的交直流控制保护系统已成功应用到多个变电站和直流输电工程中。     

10 kV线路保护测控装置的同期合闸功能实现

分析了同期合闸方式,给出了实现同期合闸的详细条件和实现方案。采用周期计算频率,利用以CPU STM32F407为核心的线路保护测控装置硬件平台开发了同期合闸软件,实现了同期合闸功能。微机继电保护系统测试和动模实验结果表明,所提同期合闸实现方案合理,能够快速准确地实现同期合闸功能,提高馈线保护性能。     

新型微机继电保护硬件平台设计

根据微机保护系统的发展趋势,提出了一种基于数字信号处理器(DSP)和高级RISC微处理器(ARM)双处理器结构的数字继电保护硬件平台的设计方案,介绍了数字式继电保护硬件平台的整体结构。该方案中保护CPU采用高性能32 bit浮点DSP芯片TMS320VC33,通过现场可编程门阵列(FPGA)进行输入/输出(I/O)扩展,配合16 bit并行模拟数字转换器,完成多通道高速率采样和保护计算的任务;控制中央处理器(CPU)采用具有ARM920T核的AT91RM9200芯片,完成人机接口和各种通信功能。经过试验,证实该装置可靠。     

基于TMS320F2812的微机保护硬件平台的开发

为满足高速发展的电力系统对微机保护装置提出的更高要求,进行了新一代微机保护硬件平台的开发.本设计采用双CPU结构,应用TI公司的数字处理器TMS320F2812作为保护CPU,遵循各插件板功能划分明确、强弱电系统分离的原则,在数据采集部分、双CPU通信部分和外设接口部分的设计别具特色.此装置保护与测量相互独立,功能完善,性能可靠,可作为中高压电力设备的通用保护平台.     

基于事故安全设计的开关量输出控制单元

事故安全设计是增强系统可靠性的一种新理论方法。根据这一理论并结合继电保护的特点，文中提出了一种设计微机保护装置开关量输出控制单元的新方法，该方法利用互补逻辑网络自检测方法来实现开关量输出控制单元的事故安全。基于事故安全设计的开关量输出控制单元最显著的特点在于它在执行CPU的开关操作指令之前还要校核其指令的正确性，一旦该单元检测出CPU因故障而发出的错误开关操作指令，就立即将其输出锁定在特定安全状态，从而降低了保护装置的误动，增强了系统的可靠性。     

分布式光伏并网装置的研制

设计了基于ARM Cortex-M4内核32位芯片的双CPU分布式光伏并网装置,包括主控CPU、通信CPU。通过模块化设计、集成数据采样处理,实现装置与配电网调度中心及逆变器等智能装置的信息交互,具备带方向和复压闭锁过流保护、逆功率保护、零序电流保护、过负荷保护、被动式防孤岛保护、同期并网等功能。考虑分布式光伏电站对同期并网的高要求,提出了基于采样点相角差预测捕捉合闸点的差频并网算法。微机继电保护系统测试结果表明,所设计装置能够准确地进行数据采集、保护可靠动作;相较于传统差频并网算法,所提预测算法能够有效地提高并网精度。     

大型变压器微机保护装置研制

结合大型变压器微机保护的开发实践,对保护系统的硬件设计、不同保护原理的综合应用以及保护软件的编程实现方法等方面进行了研究和探讨。所开发的保护装置集主、后备保护于一体,通过采用高性能的TMS320C6713DSP作为保护CPU和配备带有嵌入式Linux操作系统的ARM处理器作为管理机,满足了复杂保护的应用要求。主保护通过综合采用多种保护原理,充分发挥不同保护原理的优势,进一步提高保护的综合性能。同时,借助功能强大的硬件平台,在软件设计中采用基于"继电器"功能模块的设计方法,实现了程序的模块化和透明化,提高了软件开发效率,且易于维护和扩展功能。目前,该装置已通过静模测试和动模实验。     

一种继电保护应用软件仿真验证系统的设计

针对电力系统暂态故障时间短导致使用仿真器调试不便的缺陷,运用MATLAB与C混合编程方式,在PC平台上实现了对继电保护装置保护应用程序的仿真验证。采用MEX函数接口实现读取故障波形和MATLAB仿真波形,并将数据转化为电流、电压通道的数据流,实现对继电保护故障的模拟。该系统可直接移植DSP程序代码,保证了保护应用代码与仿真验证代码的一致性,提供了脱离继电保护装置的试验验证环境,能使用各种录波波形验证保护程序逻辑。在设备运行过程中,针对现场故障,可采用该系统进行单步跟踪调试,准确判断装置保护程序逻辑正确性。实际运行表明,本系统不依赖于保护装置硬件,缩短了新型继电保护装置的研发流程,提高了研发效率。     

新一代继电保护及故障信息管理主站的设计与实现

分析了当前继电保护及故障信息管理(以下简称保信)主站系统存在的问题,提出了新一代保信主站的设计原则,着重阐述了新一代保信主站的软件结构设计、硬件结构设计、数据库设计和应用功能设计。新一代保信主站基于统一的应用支撑平台,以IEC 61970标准为基础并进行扩展,实现了对电网一次、二次设备及其关联关系的全景建模,实现了电网故障的智能分析功能。该系统既能作为独立的保信主站系统运行,也可与EMS系统集成在统一的平台上一体化运行,能够满足用户对保信主站系统不同的建设要求。文中所研制的系统已经在多个电网得到成功应用。     

2003～2006年政平站控制保护系统运行分析

控制保护系统的运行情况直接影响着直流输电系统的安全、可靠、稳定运行。分析控制保护系统所出现的典型故障及为解决这些问题所采取的改进措施对于掌握设备性能、提高运行维护水平、推动技术改进具有非常重要的作用。为此,分类统计了从2003-06至2006-03政平换流站控制保护系统发生的故障,详细介绍了典型故障发生的原因、造成的后果以及事故处理的情况,包括现象描述、举例分析和改进建议,对今后我国直流输电工程的设计、制造、建设以及运行和维护都具有一定的借鉴意义。     

有源配电网的智能分布式馈线自动化实现方法

对现有的馈线自动化(FA)模式进行了比较和分析,并针对有源配电网的特点,提出了一种基于有向节点配置方法和通用面向对象变电站事件(GOOSE)高速通信处理机制的智能分布式FA实现方法。该方法结合功率方向保护元件与智能分布式对等网络(peer to peer)的通信特点,既满足了有源配电网FA的需求,又降低了故障处理过程对终端间通信信息的依赖问题;还提出了通道异常的后备处理机制,最大限度地避免了越级跳闸。基于以上智能分布式FA实现方法,结合IEC 61850标准化建模技术及GOOSE高速信息交互技术,采用双核CPU平台设计研制了新型智能配电终端装置。该装置可快速实现故障定位、故障隔离和供电恢复。目前,该装置已在全国多个重点工程中投入运行。     

用于中低压变电站的新型电容器测控保护装置

为了适应现场对电容器测控保护装置提出的更高要求,更好地实现变电站综合自动化及间隔层单元的信息共享,研制开发了基于全新软硬件平台的电容器测控保护一体化装置。不但提供了完备可靠的继电保护功能,还实现了完善的测控功能及强大的网络通信功能,能够记录丰富的运行操作信息和故障信息,可以方便地与变电站综合自动化系统实现无缝接口。现场运行证明该新型装置性能优越,稳定可靠。     

基于同步相量的电力故障录波监测系统

介绍了DPR-2E型电力故障录波监测系统。DPR-2E系统的装置硬件采用Motorola PowerPC和ADI BlackFinDSP组成双CPU系统,软件采用Linux嵌入式实时操作系统,全面提高系统的可靠性和抗干扰能力;该系统基于同步相量测量平台,利用同步时钟信号可为电力系统实时动态监测系统提供大量原始数据;高稳定度的恒温晶振和高精度守时技术全天候保证秒脉冲信号的准确性,为大范围故障分析提供同步保证;改进的prony算法可准确迅速判定电力系统低频振荡;高精度测距技术能够很好地适应线路参数变化带来的测距误差。DPR-2E系统集故障录波、测距、同步相量、实时监测和连续记录为一体,为超长时间、大范围和发展性的事故分析提供了可靠的数据来源。     

主设备继电保护技术的现状与发展

介绍了电力系统中主设备继电保护的现状,阐述了发展趋势。随着硬件平台的发展,双重化继电保护配置方案和主后一体化思想成功地应用于电力系统主设备保护,提高了可靠性,方便了运行管理。主设备内部故障计算方法的工程应用,为内部故障保护方案的优化提供了理论基础。许多新原理和新技术成功地应用于工程,并得到了检验,大大改善了主设备保护的安全运行。光电流互感器(OTA)、光电压互感器(OTV)的应用,将改善TA饱和对主设备保护的影响。主设备保护将向一体化、信息化、智能化、自适应等方向发展。