山大电力WDGLVI技术介绍-浙江0804课件.pptx
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- 电力 WDGLVI 技术 介绍 浙江 0804 课件
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1、山大电力山大电力WDGLVI技术介技术介绍绍浙江浙江0804WDGL-VI微机电力故障录波监测装置技术汇报山东山大电力技术有限公司山东山大电力技术有限公司1.概述 电力系统的发展需要:新一代的故障录波监测装置:应满足互联电网系统在发生大范围、长过程严重故障后事故分析的需要,实现稳态、动态、暂态全过程不间断记录全部电气量的记录能力;同时满足事故发生后电力系统稳定分析的需要,为广域意义上的同步测量打好基础。同时,在连网方面有相当的灵活性,并具有抗病毒能力。山大电力WDGL系列录波装置的发展山大电力WDGL系列录波装置的发展2007,2008年,新一代WDGL-VI录波装置概述(续)新一代WDGL-
2、VI型录波监测装置:采用可靠的嵌入式硬件和软件平台,全面提高了装置的可靠性,提高了设备抗干扰能力;装置采用内嵌GPS对时同步采样技术,为大范围故障分析提供保证,为广域同步测量提供基础平台;以独立的物理模块实现了稳态和暂态数据的记录,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;具有多网络接口,具有病毒免疫能力。2.设计目标总目标:结合多年的研究成果,利用最先进的电子技术,开发出具有可靠、先进、开放、准确和实用的新一代录波监测装置,使其具有独立的暂态、稳态数据存储管理单元,实现稳态录波功能,全面提高记录数据的可靠性水平;提供具有GPS绝对时标录波数据,为同步相量测量提供基础,满足新形
3、势下电力系统事故分析及系统运行的需要。具体目标 采用先进的嵌入式软、硬件平台技术,在保证系统实时性的同时,保证系统的可靠性与先进性。采用插件式模块化工业一体化设计,采用多CPU(DSP)并行技术以及CPLD技术。在高性能硬件平台基础上,稳态、暂态数据的记录采用物理上独立的存储单元,实现稳态数据的离散采样记录。满足大范围、长过程、发展性故障记录的需要,实现稳态记录功能及暂态、动态、稳态数据检索、分析。实现基于GPS标准时钟的同步采样,提供带有绝对时标的记录数据,为实现同步相量测量打好基础。具体目标(续)采用高精度采用高精度A/DA/D、通道误差矢量校正技术、频率跟踪、通道误差矢量校正技术、频率跟
4、踪技术,保证装置测量结果的准确性;技术,保证装置测量结果的准确性;采用高精度的测距技术,为电力系统的事故分析和恢采用高精度的测距技术,为电力系统的事故分析和恢复提供及时、准确的分析结果;复提供及时、准确的分析结果;软件设计与硬件采用模块化设计,预留将来数字变电软件设计与硬件采用模块化设计,预留将来数字变电站录波的扩展接口;站录波的扩展接口;通讯方式灵活,满足各种数据传输的需要,支持通讯方式灵活,满足各种数据传输的需要,支持103103标准规约,预留标准规约,预留IEC61850IEC61850规约接口;规约接口;具有可靠的病毒防护能力;具有可靠的病毒防护能力;具有高的电磁兼容特性及抗干扰能力。
5、具有高的电磁兼容特性及抗干扰能力。3.系统原理3.0 设计原则1)标准化DL/T533-94DL/T533-94:220KV-500KV220KV-500KV电力系统故障动态记录技术准则电力系统故障动态记录技术准则DL/T633-1999DL/T633-1999:220KV-500KV220KV-500KV电力系统故障动态记录装置监电力系统故障动态记录装置监测要求测要求DL/T873-2004DL/T873-2004:微机型发电机变压器动态记录装置技术准则:微机型发电机变压器动态记录装置技术准则2)具有先进性 利用最新的工业技术及电子技术成果3)可靠性 考虑电磁兼容性,保证系统可靠性 (北京0
6、8年度安全运行报告1,2)4)实用性 装置使用、维护方便,尽量满足用户发展的应用需求。3.1硬件平台设计3.1.0 装置总体构成 从功能上分,装置的主要由如下几部分构成:智能数据采集模块暂态录波管理模块稳态录波管理模块GPS时间同步模块数据处理及分析模块(见下页图)装置总体构成示意图装置正面(1)装置背面图GPS电源当地分析处理(推荐)智能A/D采集模块暂态存储管理模块智能开关量采集智能数据采集模快稳态存储管理模块总体硬件构成特点:稳态、暂态存储管理采用物理上独立的存储管理单元 采用高性能32位DSP及嵌入式(PC104)模块;插件式模块设计;多CPU(DSP)并行处理;CPU(DSP)之间经
7、双口RAM以总线方式通讯;具有GPS同步时钟功能。具有多网路接口(稳态、暂态各4个)3.1.1 嵌入式稳态、暂态存储管理模块 暂态录波管理模块与稳态录波管理模块采用相同的物理结构。主要包括两部分,PC104嵌入式子模块与管理DSP子模块。稳态(暂态)存储管理模块管理DSP子模块 由DSP、NVRAM、CPLD、双口RAM等构成。其功能:在采集模块与PC104子模块管理模块之间起桥接作用,同时又有自己的独特功能。该模块负责接收各智能模块数据,进行启动判断,并把故障前后的数据缓存到NVRAM中;同时实现与嵌入式暂态(稳态)数据管理模块的高速数据交换。管理DSP子模块技术特点 技术特点:采用128M
8、b大容量NVSRAM作为录波数据的高速缓存,保证系统在掉电或者后台有问题情况下数据不丢失;PC104总线与大容量双口RAM的应用,提高录波数据的贮存速度,保证系统冗余度;采用大规模CPLD技术,产生同步采集控制信号,增加系统可靠性与实时性;基于CPLD频率跟踪技术及GPS时钟同步技术 嵌入式PC104子模块:嵌入式PC104模块具有完整的PC功能和高效的CPU性能,体积小、3.1.2智能数据采集模块该模块主要由多个智能模拟量采集板及智能开关量采集板构成。其作用:主要在同步时钟的控制下,多个板进行同步的数据采集,并进行预处理,通过总线分别送到嵌入式暂态录波管理单元与稳态录波管理单元。1)智能模拟
9、量采集板智能模拟量采集板实物照片智能模拟量采集板技术特点:采用第三代32位浮点DSP:TMS320VC33。高精度A/D:16位;程序运行32位模式;双口RAM与管理模块交换数据;每模块采集16路模拟量。2)智能开关量采集板 主要由光电隔离电路、32位DSP及双口RAM等构成。见构成图。开关量信号经过光电隔离,送到缓冲电路。在同步采样脉冲控制下,对多通道开关量运行状态进行读取及变位预判断,然后通过双口RAM将数据送到DSP管理单元。本模块可采集32-224路开关量,以32路为单位选择。智能开关量采集模块构成图智能开关量采集板实物照片 技术特点 采用光电隔离,抗干扰能力强;开关量启动预逻辑处理,
10、减少DSP管理模块的启动判断时间;开关量通道数量扩展灵活。智能开关量采集板3.1.3 GPS同步时钟模块 主要作用:利用全球定位系统,获得精确时钟,并形成采样同步时钟脉冲,为CPLD频率跟踪与同步采集提供信号。功能特点:可以选装卫星接收模块,直接接入卫星天线,形成独立的卫星接收单元,不依赖其它GPS装置。可接收其它GPS发送的各种同步信号:IRIG-B码、秒脉冲、分脉冲、串行口等。可接收其它装置提供同步卫星信号:秒脉冲、串行口。采用CPLD进行解码、编码,配置灵活。GPS同步时钟模块构成(1)GPS同步时钟模块实物照片(1)GPS同步时钟模块构成(2)GPS同步时钟模块实物照片(2)3.1.4
11、当地数据分析处理模块 该模块主要负责数据的综合处理,参数设置等。是可选当地配置。模块采用了ETX(Embedded Technology Extended)嵌入式模块化CPU。ETX嵌入式计算机模块具有完整的PC功能和高效的CPU性能,是最近发展的新的工业控制技术。具有体积小,可靠性高,易于进行开发等特点。当地数据分析处理模块当地数据分析处理模块实物照片当地数据分析处理模块功能特点 主要功能是接收来自DSP管理模块的数据,对记录数据进一步缓存及分析处理、并进行显示或打印输出。技术特点:高性能、低功耗、免风扇工业级设计具有LVDS的LCD显示接口;具有双网络、RS232/485、Modem接口。
12、具有双USB接口。3.2 软件平台设计 软件平台的设计应满足装置可靠性和实时性的要求,同时考虑软件的维护、使用和扩展。稳态录波与暂态录波模块采用嵌入式Linux操作系统,而当地后台分析软件采用Windows操作系统。录波装置中采用了先进的嵌入式实时操作系统:Linux,具有实时、可靠、可剪裁、多任务等特点,适合于实时性要求高的磁盘存储管理和网络通讯。3.2.1 Linux Linux是一个类似于Unix的操作系统。Linux从1991年问世,Linux系统不仅能够运行于PC平台,还在嵌入式系统方面大放光芒,在各种嵌入式Linux OS迅速发展的状况下,Linux OS逐渐形成了可与Window
13、s CE等EOS进行抗衡的局面。目前正在开发的嵌入式系统中,49%的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。Linux现已成为嵌入式操作的理想选择。其特点:精简的内核,性能高、稳定,多任务;针对嵌入式的存储方案,提供实时版本和完善的嵌入式解决方案3.2.2 Windows由于Windows系统是比较普及的办公应用操作系统,用户界面比较友好,因此,当地地后台机软件采用Windows平台软件,编程、使用维护比较方便。4.关键技术及原理 4.1嵌入式一体化工业级设计 新型录波装置采用全嵌入一体化设计,采用了嵌入式硬件平台与嵌入式软件平台。设计时把装置的各部分功能模块统一考虑,使不同的功能模块安装于一个
14、机箱内。因此各模块之间的数据交换可采用总线技术,减少了数据通讯造成的系统资源消耗。因此特别适用于采样速度快、数据吞吐量大、实时性强的系统。嵌入式一体化工业级设计(续)综合利用嵌入式硬件与软件技术进行一体化嵌入式工业设计,满足了暂态稳态数据独立存储、管理,提高了数据的可靠性。开发的录波装置具有可靠性高、抗干扰能力强,集成度高、体积小、维护方便等特点,整机装置通过了电磁兼容为IV级的抗干扰试验。4.2 基于CPLD的频率自动跟踪和同步相量测量 同步采样的要求包括两方面:时间同步和频率同步。时间同步:GPS技术可以有效地解决电网相量同步问题。频率同步:频率的跟踪与测量,目前典型的方法是PLL硬件锁相
15、及软件自适应跟踪。缺点:占用CPU资源,影响程序的稳定性,还会影响测量的精度。该装置采用CPLD解决这一矛盾。4.2.1频率同步 模拟信号经低通滤波器滤波,被鉴零比较器电路整形成方波后(信号A,如图4-2-1所示)接入CPLD,CPLD内的周期(f0=10MHz),计数器记录两个上升沿之间晶振振荡次数m,模拟信号频率f由式(4-2-1)求出。f=f0/m (4-2-1)ABCC图4-2-1 采样脉冲及周期脉冲时序图 ABC频率同步(续)同时,A信号上升沿触发一个脉冲信号(图4-2-1 信号B,负脉冲),CPLD根据要求的周期内采样点数M(比如32点)计算出采样脉冲的间隔m。m=m/M (4-2
16、-2)由CPLD内的采样脉冲发生器(计数周期设为的计数器)触发下一个周期的采样脉冲(图4-2-1中信号C,负脉冲),并且做到每周期的第一个采样脉冲信号与周期脉冲信号同步。此方法为用CPLD实现的软件跟踪测频,以变化率每秒2.08Hz计算,则50Hz附近相邻两个周期之间的频率漂移仅为0.0832,而由实际情况可知,电力系统在稳态时相邻两个周期的频率变化非常小,可以忽略由两个周期内频率变化引起的误差。4.2.2 时间同步 CPLD实现的功能:通过CPLD实现时钟;CPLD获得同步时钟;CPLD输出同步时钟;形成采样脉冲及周期同步脉冲。加入GPS时标原理图CPLD计时及同步时钟获取 标准时间信息由秒
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