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[转帖] 新型数字保护的构想与分析

                                            新型数字保护的构想与分析

华北电力大学 由欣 张振华 黄少峰 刘万顺

    摘要 微机保护的应用和发展在当前条件下已取得丰富的运行经验，在高可靠性的基础上，实现着良好的性能价格比。但随着电力系统自身体系的日益成熟与完善、计算机技术的不断发展以及用户对微机保护装置综合性能要求的进一步提高，现有微机保护尚存在一定的差距。基于这一因素，本文提出厂一种新型数字保护的构想模式，力求为新型微机保护的实践开辟道路。

关键词 微机保护 高速数据处理 单片化CPU 模块化

    1 概述现代电力系统中，一方面，随着电力系统向大容量、高电压的方向发展．对电力系统一次保护提出了高可靠性、就地下放、多功能及良好的适应性等更高的要求。另一方面，计算机技术的飞速发展、新保护原理的层出不穷也使得微机保护正逐步从而向保护功能的设计思想发展成为面向保护对象、面向系统数字信号处理流程的设计趋向。当前条件下、国内各微机保护生产厂家多采用面向变电站综合自动化应用的研发方向，并在近年来的实际运行中获得了丰富的运行经验、实现了较好的经济效能比，但对于某些保护原理(如一些涉及被测信号为暂态信号的保护原理等)而言，现有的保护系统在实现上尚存有诸多困难；首先，必须实现高速数据采集，以便详细地记录故障突变。其次，必须解决由于高速数据采集所带来的对数据的实时处理及存储。其三。必须确保保护系统数据处理各环的高可靠性并计及对系统数据处理同步性的要求。其四，具备良好的人机接口。其五，具有增强的系统自检功能和灵活多样的分析和检测手段。其六，保护系统在软硬件方面应有较高的可靠性和升级、扩展能力等。基于这一出发点，开拓思路，充分发挥现有保护数字化、国产化的实现条件．构想并实践一种新型数字式微机保护的工作就尤显必要与急迫。

    2 保护系统的总体设计90年代初，随着变电站综合自动化的推广和应用，使得面向变电站综合自动化的应用成为当时新型数字式保护设计的主流，这也为拓展更深层次意义上的面向对象即面向被保护对象的设计思想打下了良好的基础。面向对象的保护系统因而具有分散布置、模块化、系列化、多功能化等特点，并确保其系统的开放性、灵活性与兼容性。
    2.1 光CT、PT的使用当今，利用光传感器对电力系统中的电流和电压进行测量已非技术上的难题。其发展趋势是在一个组件上即可将传统电压电流互感器的功能结合在一起．该传感器组件可在整个有关的动态范围内，以高分辨率、高精度和良好的线性度来满足控制、测量、保护以及计量工作的需要，如利用光电式电流互感器(OECT)或磁光式电流互感器(MOCT)进行电流测量。采用光电式互感器避免了传统电磁式互感器所带来的绝缘结构复杂、测量准确度无法满足(测量与保护无法兼顾)、安装检修不方便等缺点，取而代之的是，光电压电流传感器所特有的体积小巧、安装方便、无电磁感应性(抗饱和特性好)、良好的绝缘特性及其优良的隔离性能(指对一次大电流、高电压信号与一次小电流、低电压信号间的信号隔离)。光CT、PT的使用为简化电力系统一、二次设备的配置，将与一次系统有关的信息安全、可靠、实时地传变至二次侧的计算机处理系统创造了良好的应用条件，更便于与计算机处理系统的接口以及保护装置的就地下放，并节省了大量的电缆及相应的敷设工作。
    2．2单片化、高精度模数转换器(A／D)如何实现高精度的模数转换是所有数字式保护所要解决的首要环节，国内第-代微机保护即采用了当时较普遍的模数转换器实观A／D转换，这种处理系统的薄弱环节体现在以单一模数转换芯片所构成的数据采集系统的处理能力上；第一代保护中完成不同保护原理的分CPU均采用其专用的数据采集系统，其结构复杂，灵活性较差；第二代微机保护采用VFC构成其数据采集系统，既有效地解决了上述问题(用光电隔离实现信号隔离、脉冲计数实现多CPU数据共享)，又避免了多CPU系统中所经常出现复杂的总线操作。但与A／D转换相比，在某些应用场合。VFC式模数转换器较后者逊色，例如就高速高精度的数据采集而言，对应于模数转换精度的提高，VFC式模数转换器是以增大积分面积，延长转换时间为代价的(其分辨率受系统采样率的影响)。现代电子技术的成就足以促成现有保护系统的数据采集及转换部分的更新，更为重要的是，保护系统的性能也将因此而有所改观(便于实现多种保护原理及保护多功能化)。文中所阐述的保护系统采用了一种单片化、高精度模数转换器与专用光纤网络相配合的方式，即由专用单片智能型的模数转换器完成高精度、高速数据采集及处理的任务，利用光纤网络实现数据的同步处理及高速传输、多CPU间的数据共享以及信号流程间所需的隔离等，从而综合地解决了上述问题。 图1 新型数字保护系统的构成
    2．3 数据处理系统保护系统所需的信息一经数据采集系统处理后，整个系统的实现将在很大程度上取决于该系统的数据处理能力。近年来的应用实践使我们相信多CPU(或数字信号处理器DSP)的单片化配置将有利于满足各种保护的特殊要求。所谓多CPU或DSP)的单片化设置就是利用多个功能强大的CPU(单片模式)通过特定的内部联接来完成系统的多功能，而其中的每个CPU则被用于实现某一保护原理或特定的功能。这种保护系统的配置方式既满足了系统对抗干扰能力的需求，又充分发挥了多CPU配置的资源优势，便于采用高级语言编程、用户使用与维护以及系统整体件能的优化。
    2．4 网络部分 当今电力系统的高速发展迫切要求现代电力系统具有更高的安全、优质、可靠和经济运行的性能。从电力系统综合自动化的角度来看，网络方面，系统要求其控制网络与信息网络间相互借鉴、相互融合。对控制网络而言，微机保护系统可以实现完全的分散分布式控制、处理和运行，相当于一个智能化的节点，可就地上送有关信息而无需考虑其他条件的网络节点，可就地上送有关信息而无需考虑其他条件的约束。正是这一点，使得我们在进行新型数字保护的设计时，将保护系统的网络部分(尤其是其中具有高可靠性、高速、大容量的数据传输)作为系统设计的关键环节之一，使其更具灵活性，具备多种网络接口。
    2．5 信息化管理伴随着计算机技术、通信技术的发展，电网管理机制的转变，电网调度自动化技术正不断地更新换代。具有多种功能并能方便集成的各类现有系统的内联网／因特网技术已完全能够覆盖电力行业管理和营运的多种应用。因此，在本保护系统设计的初期，考虑到集电网运行和电力营销于一体的信息化管理系统--按信息的"分层、分类、分布"原则进行系统设计的主导思想，在该保护系统中采用了更为通用的、支持多种内部及外部联接的接口，从而保证最大限度地实现保护及其它相关信息的有效使用和高度共享。

    3微机保护原理及软件设计方案微机型继电保护装置的普遍特点可归纳为：维护调试方便，具有自动检测功能；可靠性高，具有极强的综合分析和判断能力可实现常规模拟保护很难做到的自动纠错，即自动识别和排除干扰，防止出于干扰而造成的误动作，并具有自诊断能力，可自动检测出保护装置本身硬件系统的异常部分，配合多重化设计可有效地防止拒动；保护装置自身的经济性；可扩展性强，易于获得附加功能；保护装置本身的灵活性大，可灵活地适应于电力系统运行方式的变化：保护装置的性能得到很好地改善，具有较高的运算和大容量的存储能力，等等。这些特点在很大程度上反映了保护软件设计的重要性、灵活性特征。但在实践中，数字保护的元件和保护逻辑大多预先由保护生产厂商设置，这给工程人员的实用化分析和判别带来较多不便。于是国内外保护界均有意将以用户应用作为微机保护的软件设计中的重要部分而加以充分考虑，出现了所?quot;用户可配置的保护"或"透明化设计"。这样一来，一方面，在保护软件方面，新型保护软件的设计强调保护系统多重原理的实现以及保护数据处理流程的透明性(即在一定条件下，配合相应的保护测试软件，继电保护对于用户是开放的)。另一方面，保护将具有多功能特性，增强的网络功能、用户界而的友好等等。新型数字保护应用智能型保护原理(如小波分析原理等)，以高级语言编程为主体构架，采用实时多任务操作系统，实现软件标准化、可编程并具有继承件，避免在不同编程语言环境下重复开发，减少开发工作量，提高开发效率，便于维护；而将汇编语言编程作为辅助编程手段，完成对系统初始化和底层硬件的实时操作，以提高系统的运行效率。

    4 结语  对新型数字保护的构想是在现有微机保护的设计和应用实践的基础上提出的，其主要任务是解决现有保护系统中的处理瓶颈环节，完备保护功能。光传感器、快速数据采集、数字信号处理、计算机通信等技术的应用将会给未来微机保护系统一"更具模块化、更具灵活性、即插即用式、更能满足用户要求"的整体设计以强大的技术支持。同样，结合现有国产化条件，为新世纪的电力系统提供各种新型保护也必将成为我们今后为之而不懈努力的动力源泉和方向。

参考文献[1]：杨奇逊，《微机型继电保护基础》，水利电力出版社，1988[2]张振华等，《第二代微机保护的设计思想》，电力自动化设备，[1997(3)：24-27[3]李芙英，王凯，《利用光纤技术测量电流》，电力系统自动化，V01，23，1999(15)：40-42[4]W．WIMMER，W．FROMM，P．MLER，F．1I AR，aLL ABB Network Partener Ltd.,(Switzerland),"FUNDAMENNTAL,CONSIDERATIONS ON USERCONFIGURABLE MULTIFUNCTIONAL NUMERIACL,PROTECTION"CIGE 1996:34-102[5]G．Ziegler(Charman CIGRE SC34)，THEINTERNA-TIONAL，DEVELOPMENT OF PROTECTION AND SUBSTATION CONTROL AND THE ROLE OF CI-GRE，1998牛电力系统继电保护年会(北京)

1. 由欣，1972年生，l999年毕业于华北电力大学(北京)电力系统及自动化专业．硕士， 工程师，主要从事微机保护、配网自功化等方面的研究与开发。
2. 张振华，l966年生，1989年毕业于华北电力学院研究生部电力系统及其自动化专业，硕士，副教授，长期从事电力系统微机保护、变电站综合自动化方面的研究与开发。
3. 黄少峰，1958年生．1982年毕业于华北电力学院电力系统及其自动化专业，本科，教授，研究方向为微机保护、电力系统自动化，长期从事元件保护及发变组保护的研究与开发。
4.刘万顺，1941年生．1965年毕业于北京电力学院电力系统及其自动化专业，本科．教授．博士生导师，研究方向为微机保护、配网自动化及电力系统仿真的研究与开发。

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现在进行的 变电站综合自动化改造 好像已经实现了很多
只是光CT PT在我们这边还是很少见，不知道其他地区如何

去数字化系统版看看就能跟上形势了