（电力系统及其自动化专业论文）基于本地量的失步解列装置的研究.pdf

华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 摘要 当电力系统发生振荡时， 如果没有有效的控制手段来识别和动作， 系统将会 很快瓦解。 解列装置就是一种有效识别同步振荡和异步振荡的一种装置。 本文通 过对电力系统的失步振荡过程进行分析， 在研究已有的失步解列判据的基础上， 提出了一种有效的判据， 即利用阻抗角变化的规律来判断和检测失步状况， 通过 计算设备安装处测量的阻抗值来正确区分设备动作区， 极大的提高了装置的灵敏 性， 并利用电压基波的变化曲线解决了振荡中心落在设备安装处时发生的死区问 题。对于系统断线运行通过计算测量阻抗的轨迹来加以判断。 关键词:电力系统异步运行失步振荡阻抗角电压 ab s t ract wh e n a d i s t u r b a n c e o c c u r s i n t h e p o w e r s y s t e m , i f t h e r e i s n o e f f e c t i v e c o n t r o l m e a s u r e t o i d e n t i f y a n d a c t , p e r h a p s t h e s y s t e m w i l l s o o n c o l l a p s e . t h e s e p a r a t i o n e q u i p m e n t i s t h e s e t t h a t c a n i d e n t i f y s y n c h r o n o u s s w i n g s o r a s y n c h r o n o u s s w i n g s . t h r o u g h t h e a n a l y s e s t o t h e a s y n c h r o n o u s o s c i l l a t i o n i n p o w e r s y s t e m , b y s y s t e m a t i c r e s e a r c h e s o n t h e e x i s t i n g o u t - o f - s t e p c r i t e r i a o f p o w e r s y s t e m, a p o w e r s y s t e m s e p a r a t i o n d e v i c e b a s e d o n t h e l a w o f c h a n g i n g i m p e d a n c e a n g l e h a s b e e n i n t r o d u c e d i n t h i s a r t i c l e . b y c a l c u l a t i n g t h e i m p e d a n c e i n t h e p l a c e w h e r e t h e e q u i p m e n t f i x e d t o i d e n t i f y w h e r e t h e e l e c t r i c c e n t e r i s . i t c a n g r e a t l y i n c r e a s e t h e e q u i p m e n t s s e n s i t i v i t y . b y c a l c u l a t i n g t h e v o l t a g e o n t h e b u s t o s o l v e t h e p r o b l e m o f m a l f u n c t i o n w h e n t h e o s c i l l a t i o n c e n t e r f a l l i n e q u i p m e n t i n s t a l l i n g p l a c e . p e r h a p s t h e s y s t e m w i l l s t i l l r u n w h e n o n e p h a s e w a s u n t i e d f r o m t h e s y s t e m , i t i s i m p o s s i b l e t o u s e t h e l a w o f c h a n g i n g i m p e d a n c e a n g l e t o a s c e rt a i n t h e f a i l u r e , s o w e c a l c u l a t e t h e i m p e d a n c e s t r a c k t o d i s t i n g u i s h f a i l u r e . l i u p i n g ( e l e c t r i c p o w e r s y s t e m a n d a u t o m a t i o n ) di r e c t e d b y v i c e p r o f c h e n g a n g j i e ke v wo r d s :p o w e r s y s t e m ， o u t - o f - s t e p , a s y n c h r o n o u s o s c i l l a t i o n , i m p e d a n c e a n g l e , v o l t a g e 一 i 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 二些.0口 尸7日 月 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。 尽我所知，除文中已 经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含 任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均己 在文中以明确方式标明。 特此申明。 签 名 : 耳车一 日 期:d oor - i k zv 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定，即: 学校有权保管、并向 有关 部门 送交学 位论文的原 件与复印件; 学校可以 采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学 位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交流为目 的， 复制赠送和交换学 位论文;同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名: 毖 工 革 一导师签名: 1 - ,- 日期 :g o . t . 1 2 . a o日期 补 . 1狂 华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 第一章绪论 1 . 1失步解列装置的重要意义 随着用电的需求不断的增加，电力系统的规模也日益扩大。例如在我国，目 前 己 经形成几个容量超过 4 0 0 0 万一5 0 0 0万千瓦的局域性大电网。以后随着三峡工程 的建成，还会逐步建成全国性的大电网6 j 。大电网具有明显的优越性，例如可以 合 理的开发与利用能源，节省投资与运行费用，减少系统的备用容量，增加供电的安 全性和可靠性等等。诸如此类的优点也促进了超高压电网的形成与发展。但是，大 电网也带来了潜在的危险，即局部电网的某些个别问题，特别是发生短路故障等情 况时，其影响将会波及邻近的广大区域，可能会诱发恶性的连锁反应，最终会造成 系 统的 大面 积停电 的 重 大系 统 事 故3 口 在国 外的 超高 压电 网 中， 从6 0 年 代开 始， 这 种大面积的停电就时有发生:如 1 9 6 5年的美国 “ 东北部停电事故”就是由于一条 2 2 0 k v 线路因为过负荷引起继电保护动作开始的，不到 1 2分钟，就造成 2 1 0 0 万千 瓦的符合停电，最长的时间 1 3小时，停电区域 2 0万平方公里，影响 3 0 0 0 万居民 用电。又如2 0 0 3 年八月的 “ 美加大停电”事故就是由局部的小范围的故障引起的， 由于没有及时的采取相应的措施而引起的系统崩溃的恶性事故，造成美国和加拿大 地区的大面积的停电，给人们的生活带来了极大的不便，直接和间接损失将近 3 0 0 亿美元。 虽然人们采用各种办法来提高系统的稳定性 ( 如优化电网的结构，加强系统之 间的联系，p s s ， 无功补偿装置，快速保护装置，提高运行人员水平等等) ，但即使 采取了各种方法，由于系统经济运行时的稳定裕度较低，一旦发生大的扰动，仍不 能保证系统的稳定性不受破坏，容易引发系统更大的故障出现。因而国家电网公司 在 电力系统安全稳定导则明确指出:“ 在规划电网结构时，应实现合理的分层 分区原则:运行中的电力系统必须在适当地点设置解列点，并装设 自 动解列装置。 当系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列为供需尽可能平衡 ( 与自动按频率减负荷、过频率切水轮机、低频自 起动水轮发电机等措施相配合) 而各自 保持同步运行的两个或几个部分，防止系统长时间不能拉入同步或造成系统 频率和电压崩溃，扩大事故。 ” 所有国内外重大系统事故的产生， 几乎都是因系统 失稳而扩大， 因无预定对策， 发展为灾害性后果的。长期的运行实践证实， 不管对系 统稳定性的要求如何严格， 措施如何完善， 总可能因一些事先不可预料的偶然因素 叠加， 产生稳定破坏事故， 如果处理不好， 其后果是电力系统的长期大面积停电。由 华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 第一章绪论 1 . 1失步解列装置的重要意义 随着用电的需求不断的增加，电力系统的规模也日益扩大。例如在我国，目 前 己 经形成几个容量超过 4 0 0 0 万一5 0 0 0万千瓦的局域性大电网。以后随着三峡工程 的建成，还会逐步建成全国性的大电网6 j 。大电网具有明显的优越性，例如可以 合 理的开发与利用能源，节省投资与运行费用，减少系统的备用容量，增加供电的安 全性和可靠性等等。诸如此类的优点也促进了超高压电网的形成与发展。但是，大 电网也带来了潜在的危险，即局部电网的某些个别问题，特别是发生短路故障等情 况时，其影响将会波及邻近的广大区域，可能会诱发恶性的连锁反应，最终会造成 系 统的 大面 积停电 的 重 大系 统 事 故3 口 在国 外的 超高 压电 网 中， 从6 0 年 代开 始， 这 种大面积的停电就时有发生:如 1 9 6 5年的美国 “ 东北部停电事故”就是由于一条 2 2 0 k v 线路因为过负荷引起继电保护动作开始的，不到 1 2分钟，就造成 2 1 0 0 万千 瓦的符合停电，最长的时间 1 3小时，停电区域 2 0万平方公里，影响 3 0 0 0 万居民 用电。又如2 0 0 3 年八月的 “ 美加大停电”事故就是由局部的小范围的故障引起的， 由于没有及时的采取相应的措施而引起的系统崩溃的恶性事故，造成美国和加拿大 地区的大面积的停电，给人们的生活带来了极大的不便，直接和间接损失将近 3 0 0 亿美元。 虽然人们采用各种办法来提高系统的稳定性 ( 如优化电网的结构，加强系统之 间的联系，p s s ， 无功补偿装置，快速保护装置，提高运行人员水平等等) ，但即使 采取了各种方法，由于系统经济运行时的稳定裕度较低，一旦发生大的扰动，仍不 能保证系统的稳定性不受破坏，容易引发系统更大的故障出现。因而国家电网公司 在 电力系统安全稳定导则明确指出:“ 在规划电网结构时，应实现合理的分层 分区原则:运行中的电力系统必须在适当地点设置解列点，并装设 自 动解列装置。 当系统发生稳定破坏时，能够有计划地将系统迅速而合理地解列为供需尽可能平衡 ( 与自动按频率减负荷、过频率切水轮机、低频自 起动水轮发电机等措施相配合) 而各自 保持同步运行的两个或几个部分，防止系统长时间不能拉入同步或造成系统 频率和电压崩溃，扩大事故。 ” 所有国内外重大系统事故的产生， 几乎都是因系统 失稳而扩大， 因无预定对策， 发展为灾害性后果的。长期的运行实践证实， 不管对系 统稳定性的要求如何严格， 措施如何完善， 总可能因一些事先不可预料的偶然因素 叠加， 产生稳定破坏事故， 如果处理不好， 其后果是电力系统的长期大面积停电。由 华北电 力大学 北京) 硕士学位论文目 录 此可见，研究一种正确检测系统中的异步运行且不受运行方式影响的失步解列装置 势在必行。 1 . 2失步解列装置原理的研究现状 现有的失步检测原理基本上可以分为以下几大类:阻抗型失步判别方法，以某 一电气量间接反映功角函数的失步保护方法，利用电流、功率变化检测失步，利用 李雅普诺夫稳定原理进行判断，利用g p s 全球定位系统技术进行判断。 川 传统的双阻抗型失步判别方法o f : 双阻抗型的失步保护有很多形式， 比如圆 形、透镜型、直线型、矩形等，它们的核心都是构造内、外两个及两个以上阻抗继 电 器， 用于区分 短路故障、同 步振荡 和失步振荡m 。 短路故障时 测量阻 抗将瞬时穿 入两个阻抗元件，同步振荡的测量阻抗不可能到达阻抗平面的i i ,m象限，只有在 失步振荡时，测量阻抗才会以一定的时间间隔依次穿过两个相邻阻抗元件。这种双 阻抗元件失步判别方法原理比较简单，没有预测功能，不利于提前采取措施。 ( 2 )以某一电气量间接反映功角函数的失步保护方法:目前有利用测量振荡中 心电压 u m 的失步保护， 利用测量视在电阻 r 的失步保护，由于没有预测功能，因此 加入了电气量的导数u n , , r，运用电气量导数同功角变化率之间的关系来进行预测 功能。 这类保护的动作依据一般为 a + a t 0 与 d p / d t 6 0 “时装置启动， 当测量的阻抗角由i - 1 1 - w象限或由w一 1 1 卜i i 一i 旋转一次时计数器 n计数一次，当振荡中心落在装置安装 处时， 阻抗角的变化区域为n- i 或 i - n，当振荡中心落在装置安装处的反方向， 其 阻抗角在平面上将以不同的轨迹运行。 利用输入阻抗轨迹检测失步的解列装置， 根据阻抗变化轨迹区分同步振荡和异 步振荡， 此方法的缺点是装置整定比较困难， 尤其是难以适应复杂的电网结构和运 行方式的变化。( 2 ) ( 4 )的失步判断原理都是依据本地量的判据，在失步保护 整定中都需要预知系统的网络结构和运行参数，当系统的运行方式发生变化时，其 参数和网络结构会发生变化，因而在离线万式下根据某一特定运行方式下整定的定 值，可能会在实际运行中不太准确。而p m u 用于电力系统实时暂态稳定分析与控制 中还存在困难， 主要是通信延时问题。国内外有关文献表明， p m u的通信延时在 5 个 周波左右p a d 。 因此， 相角信息用于监视系统的动态行为是可行的， 但要用于电力系统 实时暂态稳定分析与控制中， 还有待技术水平的进一步提高。由于一般情况下系统 尤许作短时间的异步运行 因此利用同步相量测量信息于系统的解列控制具有一定 的实际的可行性。 . 3本论文主要工作 目前电网的失步控制主要是依靠解列装置来完成，失步解列装置的核心技术 是:完善的失步判据，不同安装点解列装置动作的配合方法，防止各种情况下误动 作的闭锁措施。本文主要研究装置的硬件部分、失步判据以及算法等问题，对其它 问题略为探讨。 由于目前还没有一种判据可以对系统的振荡做出全面的描述。系统从受到扰动， 到摆动， 再到失步振荡是一个复杂的过程， 各种参数在不同的阶段呈现不同的特性 各种判据又各有利弊。因此本文所做的工作如下: ( 功在分析各种己有的失步解列判据的基础上，融合各种判据，充分发挥 各个判据的优点， 尽量避免其缺点， 多种判据复用， 互为补充，使之适合 _ 3 _ 华北电 力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 ( 2 ) ( 3 ) 于工程中的实际应用。并且着重研究只与系统振荡程度相关、与正常 负荷和运行方式无关、反映各电气量变化量( 变化率) 的判据， 以求获得 更好的动作特性。由于解列装置不要求瞬时出口， 因而有充足的时间进 行各种计算， 使得多判据复用成为可能。 采用分布式、模块化、拼装式结构化的通用硬件平台。设计时充分考 虑装置的可靠性、适应性、开放性和可扩展性，以适应不同功能的要 求和电网发展的需要。 c 语言是近年来国内外得到迅速推广使用的一种语言。 c 语言功能丰富、 表达能力强，使用灵活方便、应用面广、目标程序效率高、可移植性 好。 c 语言既具有一般高级语言的函数功能和结构化特点，又具有汇编 语言面向硬件设计的优势。 c 语言诞生后， 许多原来用汇编语言写的软 件， 现在可以用c 语言来编写了， 而学习和使用 c 语言要比学习和使 用汇编语言容易得多。因此本文选用 c 语言作为程序设计的语言。 华北电 力大学( 北京 ) 硕士学位论文目 录 第二章 失步解列装置的硬件结构 本数字式失步解列控制装置是在总结国内外各电网微机型安全稳定控制装置 多年运行经验的基础上，根据 电力系统安全稳定导则 、 电力系统安全稳定控制 技术导则 ，利用变电站监控系统、微机继电保护方面的成熟技术开发完成的。本 装置硬件和软件均采用分布式、模块化、拼装式结构。设计时充分考虑装置的可靠 性、适应性、开放性和可扩展性，以适应不同功能的要求和电网发展的需要。 2 . 1装置整体结构简介 失步解列控制装置采用 4 u 机箱，共可容纳 1 5 个插件，内部插件可根据需要配 置以满足用户的需求。 装置主要由交流变换器. c p u 板、管理板、开入板、出口板、 信号板、通信板和电源等组成。交流插件、开入插件、开出插件和电源插件为 “ 直 通式” ，即插件端子直接接外部端子，增加了可靠性。 插件布置如图2 - 1 所示，背板端子布置如图2 - 2 所示。 o 巧电源 4 自乙 n信号板 10出口板 9出口板 1 2 3 4 5 6 7 8 开入板 管理板 4 5 4 5 4 5 12 0 12 0 4 0 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 u 2 0 1 2 0 12 0 3 5 图2 - 1 失步解列控制装置插件布置图 华北电 力大学( 北京 ) 硕士学位论文目 录 第二章 失步解列装置的硬件结构 本数字式失步解列控制装置是在总结国内外各电网微机型安全稳定控制装置 多年运行经验的基础上，根据 电力系统安全稳定导则 、 电力系统安全稳定控制 技术导则 ，利用变电站监控系统、微机继电保护方面的成熟技术开发完成的。本 装置硬件和软件均采用分布式、模块化、拼装式结构。设计时充分考虑装置的可靠 性、适应性、开放性和可扩展性，以适应不同功能的要求和电网发展的需要。 2 . 1装置整体结构简介 失步解列控制装置采用 4 u 机箱，共可容纳 1 5 个插件，内部插件可根据需要配 置以满足用户的需求。 装置主要由交流变换器. c p u 板、管理板、开入板、出口板、 信号板、通信板和电源等组成。交流插件、开入插件、开出插件和电源插件为 “ 直 通式” ，即插件端子直接接外部端子，增加了可靠性。 插件布置如图2 - 1 所示，背板端子布置如图2 - 2 所示。 o 巧电源 4 自乙 n信号板 10出口板 9出口板 1 2 3 4 5 6 7 8 开入板 管理板 4 5 4 5 4 5 12 0 12 0 4 0 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 u 2 0 1 2 0 12 0 3 5 图2 - 1 失步解列控制装置插件布置图 华北电力大学( 北京 ) 硕士学位论文目 录 通信板信号板开出板开入板管理板c p u 板 c p u 板交流变换器 源 电 刁日日川川川 舞粼黝墨 覃籍篷 黔一髓豁 巍掣、口藻 一撇黝肪西品 黝xs门目xg camw掣膨膨圈x0 ca冒馨禽燮xll 备xl6一誉x17 一鹭xls圃xlg 篡 o接 a ;v7 3ec a 髓1c,.y.fftqp tg ojc) c.c t n。 二 e工 o， 丢 c 呸 。 工 。 些 氛 篡. : 昌 i p g z) 工 。 件 昌 甲黔笔 irz 0z r e x 1 5 x 1 4 x 1 3 x 1 2x z x i 图2 - 2 失步解列控制装置背板端子布置图 该结构具有以下优点: ( i )网络化通用硬件平台，各插件模块化，标准化，大大简化了硬件设计， 增强了硬件的可靠性、灵活性和可扩展性，使装置真正具有了局部或整体升级的能 力。依据硬件模块化设计思想，取消传统背板配线，采用两个c a n网构成两层分布 式的带冗余网络系统，实时信息网( 控制网) 与管理网 ( 监测网)分开，互不影响。 装置机箱统一设计、灵活扩展，充分满足不同要求。 c 2 )高性能的硬件系统，采用最新3 2 位 。 s p 和c p u 合一单片机，保持了总线 不出芯片的优点。高性能、高速的芯片满足了并行实时计算要求;数据采集系统采 用分辨率高达 1 4 位的a / d 变换技术， 可实现高精度数据测量。 工频周期2 4 点采样。 每块 c p u板可同时采集 3 6 路模拟量。高性能硬件体系保证了装置在每一个采样间 隔对所有模拟量进行实时计算。多3 2 位c p u( 策略机、从机c p u 板、d i 板、d o 板、 c o m 板等)并行处理， 大大提高装置整体的工作效率，降低了整体装置的风险。 c 3 )高可靠性设计，采用前插式机箱结构，背板端子强弱电分离，装置采用 可靠屏蔽措施，极大的提高了保护的抗干扰性，能通过 i v级瞬变干扰、i v级静电 放电干扰试验。前插拔组合结构机箱设计，整背板及的组合结构，方便现场安装检 修，机箱统一设计、灵活扩展，充分满足用户的不同要求。 ( 4 )强大、灵活的通信功能，装置配备高速可靠的l o n w o r k s 现场总线接口、 光 ( 电)以 太网接口 和串行接口，实现与变电 站自 动化系统、安控管理系统、在线 预决策系统接口，支持在线修改策略表配置:有多个2 m b p s , 6 4 k b p s 高速数字通信 接口及异步串口，实现主站与子站、执行站之间高速实时通信，满足各种通信接口 的要求。 ( 5 )软件可灵活配置，除了保留一定的固定逻辑，实现常规策略表的功能外， 可灵活定义各种电气输入量、开关输入量、闭锁量、输出量等，并根据不同需要扩 展新的策略。软件采用冗余处理和物理量校验相结合，使任一故障的判断和决策都 采用多个不同的条件、多重闭锁机制决定装置的动作行为，有效防止误动或拒动。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 提供各种告警等功能。 ( 6 )在线检测模入回路和继电器开入开出硬件回路，实现硬件检修到 “ 点” ; 在线检测直流电源各输出电压量，实现直流电源工况 “ 预报” 。通过对装置运行中 的硬件进行全方位智能化与数据化管理，提供了一种的状态检修硬件平台。当内部 回路故障时，可有效闭锁出口。 ( 了 )大屏幕液晶显示屏实时显示电流、电压、功率、频率、压板状态、定值 区等信息，可根据用户要求配置。良 好的中文视窗界面，使得保护信息、操作信息 一目了然，同时实现自动/ 手动打印。面板 8个指示灯光，清楚表明装置正常、异 常及动作时的各种状态。通过面板上的串口可方便对装置进行调试、下发定值、显 示被监测线路、主变或机组等运行状态。 2 . 2失步解列装置的硬件原理及功能 g p s 对 时 打印 机 2 个1 0 m 以太 网光/ 电口 _ 4 晶 屏 调试 串 口 4 8 5口 c a n 网 fff 71di 在线检测直流电源各输出电压量，实现直流电源工况 “ 预报” 。通过对装置运行中 的硬件进行全方位智能化与数据化管理，提供了一种的状态检修硬件平台。当内部 回路故障时，可有效闭锁出口。 ( 了 )大屏幕液晶显示屏实时显示电流、电压、功率、频率、压板状态、定值 区等信息，可根据用户要求配置。良 好的中文视窗界面，使得保护信息、操作信息 一目了然，同时实现自动/ 手动打印。面板 8个指示灯光，清楚表明装置正常、异 常及动作时的各种状态。通过面板上的串口可方便对装置进行调试、下发定值、显 示被监测线路、主变或机组等运行状态。 2 . 2失步解列装置的硬件原理及功能 g p s 对 时 打印 机 2 个1 0 m 以太 网光/ 电口 _ 4 晶 屏 调试 串 口 4 8 5口 c a n 网 fff 71di ( 2 )监测接入装置的线路的运行状态 ( 电气量、开入、元件投停、异常) 。判 断系统是否失步，一旦发生失步，采取解列、切机、切负荷或启动其它使系统再同 期的控制措施; ( 3 ) 具有故障录波功能、事故追忆功能，储存容量达 4 m 。外接 p c 机通过装置 面板的标准 r s - 2 3 2 串口接收故障录波信息，使用m b p c 软件可分析故障和保护的动 作行为，清晰显示保护动作全过程。 2 . 3各插件简介 2 . 3 . 1交流插件( a c ) 交流插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换成保护装置所需 的弱电 信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件由电压、电流变送器和滤波电路构 成。每个交流变换插件可接入 1 2路模拟量，包括电压、电流变换器两部分，不同 型号装置电压、电流变换器的配置不同。电压变换器有两种;输入相电压、输入线 电压。保护相电流变换器有两种:额定输入电流5 a ，线性范围1 0 0 m a -1 5 0 a ;额定 输入电流 i a ，线性范围5 0 m a - 2 0 a 。采用精度高、角差小的测量级变换器，可以精 确地测量线路、变压器或母线的功率、频率、角度等量佰。 2 . 3 . 2策略机模块( c p u ) 策略机模块用于转换并处理来自于 a c模块的交流输入量。计算出功率 ( 有功 及无功) 、频率、相角差、阻抗、线路运行状况 ( p , q , u 、工 、f , r , a r )等量值， 若有突变量起动，再根据计算的特征量及开关量变位信息判断出故障类型，进而执 行设定的措施。 策略机模块由a / d 转换、状态量输入、微处理器c p u , e 2 p r o m 等构成。高性能 的嵌入式微处理器c p u 使得该c p u 模块具有极强的数据处理能力，可以实现各种复 杂的故障处理方案。c语言编制的程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和 可维护性。并且具有策略表所需要的大容量 r a m 和 f l a s h r a m ，其功能是存储离线 计算出的策略表或者是接收预决策系统送来的策略表，与前置c p u 交换实时信息， 并依实时信息查找控制策略，再下发给本站或子站的开关量输出模块执行或通过通 信接口模块下 发远方命令。所有模块之间的通信内部采用双重化的c a n 网络通信， 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 本装置具有如下功能: ( 1 )采集模拟量，计算电气量电压、电流、有功功率、无功功率、系统频率、 相位角、阻抗; ( 2 )监测接入装置的线路的运行状态 ( 电气量、开入、元件投停、异常) 。判 断系统是否失步，一旦发生失步，采取解列、切机、切负荷或启动其它使系统再同 期的控制措施; ( 3 ) 具有故障录波功能、事故追忆功能，储存容量达 4 m 。外接 p c 机通过装置 面板的标准 r s - 2 3 2 串口接收故障录波信息，使用m b p c 软件可分析故障和保护的动 作行为，清晰显示保护动作全过程。 2 . 3各插件简介 2 . 3 . 1交流插件( a c ) 交流插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换成保护装置所需 的弱电 信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件由电压、电流变送器和滤波电路构 成。每个交流变换插件可接入 1 2路模拟量，包括电压、电流变换器两部分，不同 型号装置电压、电流变换器的配置不同。电压变换器有两种;输入相电压、输入线 电压。保护相电流变换器有两种:额定输入电流5 a ，线性范围1 0 0 m a -1 5 0 a ;额定 输入电流 i a ，线性范围5 0 m a - 2 0 a 。采用精度高、角差小的测量级变换器，可以精 确地测量线路、变压器或母线的功率、频率、角度等量佰。 2 . 3 . 2策略机模块( c p u ) 策略机模块用于转换并处理来自于 a c模块的交流输入量。计算出功率 ( 有功 及无功) 、频率、相角差、阻抗、线路运行状况 ( p , q , u 、工 、f , r , a r )等量值， 若有突变量起动，再根据计算的特征量及开关量变位信息判断出故障类型，进而执 行设定的措施。 策略机模块由a / d 转换、状态量输入、微处理器c p u , e 2 p r o m 等构成。高性能 的嵌入式微处理器c p u 使得该c p u 模块具有极强的数据处理能力，可以实现各种复 杂的故障处理方案。c语言编制的程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和 可维护性。并且具有策略表所需要的大容量 r a m 和 f l a s h r a m ，其功能是存储离线 计算出的策略表或者是接收预决策系统送来的策略表，与前置c p u 交换实时信息， 并依实时信息查找控制策略，再下发给本站或子站的开关量输出模块执行或通过通 信接口模块下 发远方命令。所有模块之间的通信内部采用双重化的c a n 网络通信， 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 本装置具有如下功能: ( 1 )采集模拟量，计算电气量电压、电流、有功功率、无功功率、系统频率、 相位角、阻抗; ( 2 )监测接入装置的线路的运行状态 ( 电气量、开入、元件投停、异常) 。判 断系统是否失步，一旦发生失步，采取解列、切机、切负荷或启动其它使系统再同 期的控制措施; ( 3 ) 具有故障录波功能、事故追忆功能，储存容量达 4 m 。外接 p c 机通过装置 面板的标准 r s - 2 3 2 串口接收故障录波信息，使用m b p c 软件可分析故障和保护的动 作行为，清晰显示保护动作全过程。 2 . 3各插件简介 2 . 3 . 1交流插件( a c ) 交流插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换成保护装置所需 的弱电 信号，同时起隔离和抗干扰作用。该插件由电压、电流变送器和滤波电路构 成。每个交流变换插件可接入 1 2路模拟量，包括电压、电流变换器两部分，不同 型号装置电压、电流变换器的配置不同。电压变换器有两种;输入相电压、输入线 电压。保护相电流变换器有两种:额定输入电流5 a ，线性范围1 0 0 m a -1 5 0 a ;额定 输入电流 i a ，线性范围5 0 m a - 2 0 a 。采用精度高、角差小的测量级变换器，可以精 确地测量线路、变压器或母线的功率、频率、角度等量佰。 2 . 3 . 2策略机模块( c p u ) 策略机模块用于转换并处理来自于 a c模块的交流输入量。计算出功率 ( 有功 及无功) 、频率、相角差、阻抗、线路运行状况 ( p , q , u 、工 、f , r , a r )等量值， 若有突变量起动，再根据计算的特征量及开关量变位信息判断出故障类型，进而执 行设定的措施。 策略机模块由a / d 转换、状态量输入、微处理器c p u , e 2 p r o m 等构成。高性能 的嵌入式微处理器c p u 使得该c p u 模块具有极强的数据处理能力，可以实现各种复 杂的故障处理方案。c语言编制的程序，可使程序具有很强的可靠性、可移植性和 可维护性。并且具有策略表所需要的大容量 r a m 和 f l a s h r a m ，其功能是存储离线 计算出的策略表或者是接收预决策系统送来的策略表，与前置c p u 交换实时信息， 并依实时信息查找控制策略，再下发给本站或子站的开关量输出模块执行或通过通 信接口模块下 发远方命令。所有模块之间的通信内部采用双重化的c a n 网络通信， 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 从而提高了整个系统的运行可靠性。 2 . 3 . 3管理板插件( m a s t e r ) 管理模块 ( m a s t e r ) 包括: 3 2 位高性能微处理器， 大容量内存， 通信控制器件， 支持大屏幕液晶显示器，全屏幕操作键盘，信号灯指示;与调试计算机、变电站监 控系统或安全稳定控制预决策系统通信; 驱动打印机打印数据和报告; g p s 对时( 分 / 秒脉冲对时)以及与机箱内所有c p u 交换信息。 m a s t e r板具有装置的间隔管理功能，定期巡检各个插件的工作情况。m a s t e r 插件与m m 工 板之间通过扁平电缆连接，进行数据显示和菜单操作 管理板是装置的管理和通信插件，主要接收和储存c p u 板上送的事故和事件报 告，完成和液晶屏、面板键盘、监控系统、工程师站、r t u 或远方调度系统的连接。 ( 1 ) 两个l o m 以太网口 光口/ 电口，作为监控网和传输录波数据的通道; ( 2 ) 一个 l o n w o r k s 网口，作为网络打印机的接口，完成网络打印的功能; ( 3 ) 一个 r s 4 8 5 接口，满足标准的 1 0 3 规约; ( 4 ) 一个标准 r s - 2 3 2串口与外接 p c 机通信，完成m b p c的功能; ( 动g p s 对时。在管理板上有高精度的时钟芯片，外部可选择网络对时、 秒脉冲 对时、分脉冲对时等几种方式。若选用硬对时方式，则外部对时脉冲信号地接管理 板的2 4 v 地，对时信号接p u l s e 端子，可实现硬对时。 c a n 网 图2 - 5管理板原理图 2 . 3 . 4开入板插件( d i ) 本模块主要采集相关的开关及其他状态量信息。 开入插件为智能插件， 自带c p u , 具有两种开入模式，单开入板共具备 2 4 路开入输入，双开入板共具备4 8 路开入输 入。所有数字量输入为2 4 v 输入，都经光电隔离。单开入板开入量分成4 组，两组 8 路，两组4 路，各组分别有一个不共地的公共端，因此可以配置四组不共地开入。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 从而提高了整个系统的运行可靠性。 2 . 3 . 3管理板插件( m a s t e r ) 管理模块 ( m a s t e r ) 包括: 3 2 位高性能微处理器， 大容量内存， 通信控制器件， 支持大屏幕液晶显示器，全屏幕操作键盘，信号灯指示;与调试计算机、变电站监 控系统或安全稳定控制预决策系统通信; 驱动打印机打印数据和报告; g p s 对时( 分 / 秒脉冲对时)以及与机箱内所有c p u 交换信息。 m a s t e r板具有装置的间隔管理功能，定期巡检各个插件的工作情况。m a s t e r 插件与m m 工 板之间通过扁平电缆连接，进行数据显示和菜单操作 管理板是装置的管理和通信插件，主要接收和储存c p u 板上送的事故和事件报 告，完成和液晶屏、面板键盘、监控系统、工程师站、r t u 或远方调度系统的连接。 ( 1 ) 两个l o m 以太网口 光口/ 电口，作为监控网和传输录波数据的通道; ( 2 ) 一个 l o n w o r k s 网口，作为网络打印机的接口，完成网络打印的功能; ( 3 ) 一个 r s 4 8 5 接口，满足标准的 1 0 3 规约; ( 4 ) 一个标准 r s - 2 3 2串口与外接 p c 机通信，完成m b p c的功能; ( 动g p s 对时。在管理板上有高精度的时钟芯片，外部可选择网络对时、 秒脉冲 对时、分脉冲对时等几种方式。若选用硬对时方式，则外部对时脉冲信号地接管理 板的2 4 v 地，对时信号接p u l s e 端子，可实现硬对时。 c a n 网 图2 - 5管理板原理图 2 . 3 . 4开入板插件( d i ) 本模块主要采集相关的开关及其他状态量信息。 开入插件为智能插件， 自带c p u , 具有两种开入模式，单开入板共具备 2 4 路开入输入，双开入板共具备4 8 路开入输 入。所有数字量输入为2 4 v 输入，都经光电隔离。单开入板开入量分成4 组，两组 8 路，两组4 路，各组分别有一个不共地的公共端，因此可以配置四组不共地开入。 华北电力大学( 北京) 硕士学位论文目 录 从而提高了整个系统的运行可靠性。 2 . 3 . 3管理板插件( m a s t e r ) 管理模块 ( m a s t e r ) 包括: 3 2 位高性能微处理器， 大容量内存， 通信控制器件， 支持大屏幕液晶显示器，全屏幕操作键盘，信号灯指示;与调试计算机、变电站监 控系统或安全稳定控制预决策系统通信; 驱动打印机打印数据和报告; g p s 对时( 分 / 秒脉冲对时)以及与机箱内所有c p u 交换信息。 m a s t e r板具有装置的间隔管理功能，定期巡检各个插件的工作情况。m a s t e r 插件与m m 工 板之间通过扁平电缆连接，进行数据显示和菜单操作 管理板是装置的管理和通信插件，主