[发明专利]电能质量与电力系统故障检测录波装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统检测技术领域。

背景技术

现有的电能质量与电力系统故障检测基本采用的都是90年代的产品。这些录波器大都是从微机继电保护装置的结构转化而来，采用分辨率为12位或者更低的模数转换器，处理器由于受当时科技与价格的限制，通常是8位或者16位的单片机，片上RAM容量也很小，通过串口或者并口进行通信。近年来DSP芯片技术飞速发展，随之电力系统自动化水平的迅速提高，相比之下，原有故障录波器的许多性能指标明显落后，特别是在高速故障录波和录波数据分析方面尤其落后。

二十世纪九十年代的电力故障录波器基本都是独立工作的微机型设备，需要定期对其内部存储设备进行备份和清理。不具备实时通信能力，不能及时地将故障数据记录并上传以备进行进一步分析，且其精确度与实时性都已不能满足现在的电力故障录波要求。随着DSP技术的发展，目前电力故障录波设备的研制已主要转向DSP芯片环境的开发研制，而且录波设备在通信能力上也作了很多改进。

发明内容

针对现有电力故障录波设备存在的问题，本发明提供一种电能质量与电力系统故障检测录波装置及方法。

本发明包括三个子系统：检测录波子系统、远程监控子系统、对时子系统(如图1所示)。

录波子系统就是本发明电能质量和故障检测装置(录波器)，它对电力系统进行多点故障诊断，实施检测与记录电能质量参数，特别是故障发生时(前后一段时间)系统的动态电参量变化及开关量的状态。远程监控子系统实现故障信息传输与保护及安全装置日常运行监测的双重作用。对时子系统提供了标准统一的时间，保证系统时间的同步。

1.1检测录波子系统

录波子系统是由多个录波设备结点组成，每个结点与上位机组成C/S(服务器/客户端)结构，对电力系统进行多点故障诊断，记录故障发生时的动态电参量及开关量的状态。每个检测录波设备由信号调理模块、信号处理模块和通信调度模块组成，图2所示是基于信号处理(DSP)与通信调度管理(CCM)双处理器结构的检测与录波装置的方框图。

■信号调理模块

信号调理模块负责电力系统数字量与模拟量信号的隔离与变换以供信号处理模板进行采样，对模拟量还要进行滤波处理，以消除5kHz以上的干扰。一个录波设备支持8路模拟量，可以接入4路电流、4路电压，支持8路开关量。模拟量直接来自电力设备，而开关量则由相应装置空触点送来。信号调理模块的详细设计与实现见第四节“检测录波装置的设计与实现”。

■信号处理模块

信号处理模块是整个故障录波系统的核心，要求有很高的实时性及检测精度。它对经过前端处理后的模拟量与数字量进行采样，依据启动判据，诊断是否有故障发生。当发生故障时，负责记录有关系统电参量的变化过程及继电保护与安全自动装置的动作行为。为了提高数据测量的精度及系统的实时处理能力，在硬件上选用分辩率为16位的A/D转换器和高速高精度的DSP芯片。本模块由DSP处理器、模拟量采样模块、开关量采样模块、存储模块及与调度模块通信接口四部分组成，与调度模块通过双端口RAM连接，实现故障记录的上传。

DSP选用TI公司的浮点处理器TMS320C33芯片，TMS320C33是C3x系统的第四个型号，成本低，支持32位浮点运算，主频60M。其具有以下特点：

TMS320C33采用了具有很高并行性的内部总线结构，它是分开的程序总线(PADDR和PDATA)、数据总线(DADDRI，DADDR2和DDATA)和DMA总线(DMAADDR和DMADATA)，使程序的提取、数据存取和DMA的存取可以并行地进行。这些总线连接所有C33的地址空间(片内，片外MEMORY，外围共16M×32)。

TMS320C33具有两个外部接口：主总线和扩展总线，它们都包含一个32位数据总线和一组控制信号，外部总线宽度可配置为8/16/32位，使用十分方便灵活。C33具有16M×32的寻址空间，为廉价的大容量存储器的配置、RTOS系统的引入创造了有利的条件。

TMS320C33片内的DMA功能使得CPU与I/O操作可同时进行。DMA控制器可以在存储器的任何地址进行读写操作而不干扰CPU的操作，因此TMS320C33可以操作外部的慢速存储器或外部接口而不降低CPU的吞吐量。

TMS320C33还具有BOOT(即程序加载)功能，将慢速的EPROM的程序加载到高速的内部RAM区，保证DSP在与慢速存储器配合时能以高速运行。