一種微電網區域保護控制一體化裝置的保護優先級動態分配和無縫切換方法與流程
2023-07-12 03:26:31 1
本發明屬於微電網保護和控制技術領域，更準確地說，本發明涉及一種微電網區域保護控制一體化裝置的保護優先級動態分配和無縫切換方法。
背景技術：
微電網能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規模接入，實現對負荷的高可靠供給。然而，隨著微電網的發展，現有的微電網保護控制技術由於每個間隔都需要配置保護、測量、電能質量監測裝置，導致設備眾多，設計複雜，運行和維護成本過高。因此，研究如何用一個微電網區域保護控制一體化裝置實現微電網母線及該母線所接所有線路的區域保護、測控、電能質量監測的全部功能，從而減少裝置數量、簡化設計，就成為了一個急需解決的問題。
而且，由於微電網規模不同，微電網區域保護控制一體化裝置現場所接線路數目不一樣。隨著功能的集成化和所接線路數目的增大，現有的按照固定順序在保護中斷內完成所有線路的保護計算和邏輯判斷的方法，其佔用的保護中斷時間長，保護出口動作的快速性受到很大影響。因此，在微電網區域保護控制一體化裝置的運用中，接入線路數量的增加和保護出口動作快速性之間便構成了一組矛盾。如不能妥善地解決這一矛盾，便不能很好地實現將微電網區域內所有線路區域的保護、測控、電能質量監測功能一體化的目標。
另外，由於微電網區域保護控制一體化裝置現場所接線路數目不同，不同的接入線路數目需要不同的配置，由於配置步驟多，不僅調試工作量大，而且容易出現漏配和錯配情況，影響裝置的運行。如果能對插件的插槽位置、數目、種類進行實時在線檢測，並根據插件在線檢測的配置情況自動完成配置，且在插件變動時自動完成配置更新，則可以大大降低調試工作量，並且減少了配置錯誤率，從而提高了裝置的可靠性。
技術實現要素：
本發明目的是：為解決微電網區域保護控制一體化裝置現場運用中接入的線路數量多和保護出口動作快速性之間的矛盾，本發明提供一種適用於微電網區域保護控制一體化裝置的保護優先級動態分配和無縫切換方法，故障啟動線路的優先級最高，在1ms優先保護中斷內完成啟動線路的保護計算和保護邏輯判斷，從而保證了保護出口動作的快速性，並採用內存無縫切換方法，實現了不同優先級線路計算內存的無縫切換。該方法根據中斷優先級從高到低的順序，開闢4級中斷，並在中斷中採用內存無縫切換方法，實現不同線路的優先級動態分配和不同優先級之間內存資源的切換。
具體而言，本發明公開的微電網區域保護控制一體化裝置的保護優先級動態分配和無縫切換方法，是採用以下技術方案實現的，包括以下步驟：
1)當微電網區域保護控制一體化裝置初始化時，在其主cpu插件的ram區動態分配r1、r2、r3三塊存儲區；
上述r1存儲區為採樣值存儲區，存儲每條線路兩個周波的採樣數據；
上述r2存儲區為內存索引表格存儲區，內容包括每條線路的線路編號、採樣值存儲區首地址指針和當前存儲地址指針偏移量，所述採樣值存儲區首地址指針指向r1存儲區對應位置，在上電時完成初始化；
上述r3存儲區為優先線路信息存儲區，內容包括優先計算的2條線路的線路編號、採樣值存儲區首地址指針、當前存儲地址指針偏移量和保護動作時間計數換算值，所述採樣值存儲區首地址指針指向r1存儲區對應位置；
2)根據中斷優先級從高到低的順序，開闢4級中斷，中斷時間分別為312.5us、1ms、20ms、50ms；
所述中斷1為312.5us採樣中斷，用於完成微電網區域所有線路的同步採樣，並將採樣數據存入採樣緩衝區；
所述中斷2為1ms優先保護中斷，用於完成母線電壓和2條優先線路的保護計算和保護邏輯判斷；
所述中斷3為20ms保護中斷，用於完成微電網區域所有線路的保護計算和保護邏輯判斷；
所述中斷4為50ms測控中斷，用於完成微電網區域所有線路的遙測邏輯、遙控邏輯、同期邏輯、電能質量邏輯和定時的輔助信息處理邏輯；
3)在中斷2內，首先完成母線a、b、c三相電壓值的計算和低頻、低壓、過頻、過壓保護邏輯的判斷；然後檢測r3存儲區中2條優先線路的編號，如果編號為0，表示沒有故障線路，中斷返回；否則進入步驟4)；
4)指針指向r3存儲區中優先線路1信息，根據線路1採樣數據存儲區和保護動作時間計數換算值，優先進行線路1的保護計算和保護邏輯判斷；進入步驟5)；
5)針指向r3存儲區中優先線路2信息，根據線路2採樣數據存儲區和保護動作時間計數換算值，優先進行線路2的保護計算和保護邏輯判斷，完成後中斷返回；
6)在中斷3內，首先根據r2存儲區每條線路的索引信息及r1存儲區的採樣值，完成線路a、b、c三相電流值的計算和保護邏輯的判斷，在計算過程中，如果檢測到某條線路電流量大於啟動門檻時，置該線路啟動標誌。所有線路計算完成後，進入步驟7)；
7)檢查是否有線路啟動標誌，如果有，進入步驟8)，否則，中斷返回；
8)檢索該啟動線路編號是否與r3存儲區中優先線路的線路編號一致，如果不一致，則判斷有新線路發生故障，進入步驟9)，否則中斷返回；
9)根據以下公式計算保護動作時間計數換算值：
m換算＝(t定值-m啟動*20)
其中t定值是保護動作時間時限的整定定值(單位ms)，m啟動為在20ms保護中斷中保護啟動的計數值，20為換算係數，計算所得的m換算即為保護動作時間計數換算值；
10)將該線路的線路編號、採樣數據存儲區首地址指針、當前採樣數據存儲地址指針和步驟9)中計算的保護動作時間計數換算值存入r3存儲區對應位置。將內存指針無縫切換到該故障線路，則在下一個中斷2內，優先完成該故障線路的保護計算和保護邏輯，實現保護優先級的動態分配。
本發明的有益效果如下：本發明公開的適用於微電網區域保護控制一體化裝置的保護優先級動態分配和無縫切換方法，根據中斷優先級從高到低的順序，開闢4級中斷，故障啟動線路的優先級最高，在1ms優先保護中斷內完成啟動線路的保護計算和保護邏輯判斷，從而保證了保護出口動作的快速性，並採用內存無縫切換方法，實現了不同優先級線路計算內存的無縫切換。解決了微電網區域保護控制一體化裝置中線路較多帶來的佔用保護中斷時間過長的問題，滿足了保護出口動作快速性的要求，從而為更好地實現微電網區域內所有線路區域的保護、測控、電能質量監測一體化提供技術支撐。
附圖說明
圖1為本發明微電網區域保護控制一體化裝置插件配置圖。
圖2為本發明保護優先級動態分配方法和無縫切換的實現流程圖。
圖3為本發明插件在線檢測方法實現流程圖。
圖4為本發明智能化配置實現流程圖。
具體實施方式
下面參照附圖並結合實例對本發明作進一步詳細描述。
如圖1所示，本發明的微電網區域保護控制一體化裝置的一個實施例，其從左向右共13塊插件，插件配置包括電源pwm插件、主cpu插件、模擬量採集ac插件(3塊)、goose插件、開入bi插件(4塊)，開出bo插件(3塊)。上述各插件插接在機箱的總線背板的各個插槽上。其中各插件的功能是：
電源pwm插件，用於提供裝置工作電源及遙信電源；
主cpu插件，此插件是裝置保護、控制、電能質量監測一體化功能實現主插件。用於完成所有線路的模擬量數據處理、開關量數據處理、保護算法、保護邏輯判斷、諧波計算、測量算法、遙信邏輯、遙控邏輯、同期邏輯、電能質量監測邏輯和iec61850通訊功能；
模擬量採集ac插件，用於採集三相母線電壓、同期電壓和所有線路的三相電流模擬量，將採集的交流模擬量進行濾波、採樣和a/d變換，並通過sport接口與主cpu插件進行實時數據信息交互；
開入bi插件，用於採集開關量，並將開關量進行遙信處理後，通過can總線送到主cpu插件；
開出bo插件，用於通過can總線接收主cpu插件發送的遙控命令並通過出口繼電器實現開出控制；
goose插件，包括獨立mac的光纖網絡接口，用於接收其它裝置的跳閘命令並通過goose發送斷路器位置、同期調節狀態信息；
上述pwm插件與主cpu插件固定在第1#和第2#槽位置，其餘插槽可根據實際現場需要進行任意插件配置。ac插件與主cpu插件之間通過sport口實現大容量實時數據的傳輸，各插件之間通過can總線實現插件信息報文、遙信報文、遙控報文、其它命令報文的傳輸。
如圖2所示，本發明提出的保護優先級動態分配和無縫切換方法，其步驟是：
包括初始化、中斷1、中斷2、中斷3、中斷4幾個部分。
1)當微電網區域保護控制一體化裝置初始化時，在其主cpu插件的ram區動態分配r1、r2、r3三塊存儲區；
上述r1存儲區為採樣數據存儲區，存儲每條線路兩個周波的採樣數據；
上述r2存儲區為內存索引表格存儲區，內容包括每條線路的線路編號、採樣值存儲區首地址指針(指向r1存儲區對應位置)和當前存儲地址指針偏移量，在上電時完成初始化；
上述r3存儲區為優先線路信息存儲區，內容包括優先計算的2條線路的線路編號、採樣值存儲區首地址指針(指向r1存儲區對應位置)、當前存儲地址指針偏移量和保護動作時間計數換算值；
2)根據中斷優先級從高到低的順序，開闢4級中斷，中斷時間分別為312.5us、1ms、20ms、50ms；
所述中斷1為312.5us採樣中斷，用於完成微電網區域所有線路的同步採樣，並將採樣數據存入採樣緩衝區；
所述中斷2為1ms優先保護中斷，用於完成母線電壓和2條優先線路的保護計算和保護邏輯判斷；
所述中斷3為20ms保護中斷，用於完成微電網區域所有線路的保護計算和保護邏輯判斷；
所述中斷4為50ms測控中斷，用於完成微電網區域所有線路的遙測邏輯、遙控邏輯、同期邏輯、電能質量邏輯和定時的輔助信息處理邏輯；
3)在中斷1內，完成所有線路的同步採樣和採樣數據的保存；
4)在中斷2內，首先完成母線a、b、c三相電壓值的計算和低頻、低壓、過頻、過壓保護邏輯的判斷；然後檢測r3存儲區中2條優先線路的編號，如果編號為0，表示沒有故障線路，中斷返回；否則進入步驟5)；
5)指針指向r3存儲區中優先線路1信息，根據線路1採樣數據存儲區和保護動作時間計數換算值，優先進行線路1的保護計算和保護邏輯判斷；
6)針指向r3存儲區中優先線路2信息，根據線路2採樣數據存儲區和保護動作時間計數換算值，優先進行線路2的保護計算和保護邏輯判斷，完成後中斷返回；
7)在中斷3內，首先根據r2存儲區每條線路的索引信息及r1存儲區的採樣值，完成線路a、b、c三相電流值的計算和保護邏輯的判斷，在計算過程中，如果檢測到某條線路電流量大於啟動門檻時，置該線路啟動標誌。所有線路計算完成後，進入步驟8)；
8)檢查是否有線路啟動標誌，如果有，進入步驟9)，否則，中斷返回；
9)檢索該啟動線路編號是否與r3存儲區中優先線路的線路編號一致，如果不一致，則判斷有新線路發生故障，進入步驟10)，否則中斷返回；
10)根據以下公式計算保護動作時間計數換算值：
m換算＝(t定值-m啟動*20)
其中t定值是保護動作時間時限的整定定值(單位ms)，m啟動為在20ms保護中斷中保護啟動的計數值，20為換算係數，計算所得的m換算即為保護動作時間計數換算值；
11)將該線路的線路編號、採樣數據存儲區首地址指針、當前採樣數據存儲地址指針和步驟10)中計算的保護動作時間計數換算值存入r3存儲區對應位置。將內存指針無縫切換到該故障線路，則在下一個中斷2內，優先完成該故障線路的保護計算和保護邏輯，實現了保護優先級的動態分配；
12)在中斷4內，完成所有線路的遙測邏輯、遙控邏輯、同期邏輯、電能質量邏輯和定時的輔助信息處理邏輯。
如圖3所示，本發明提出的插件在線檢測方法，其步驟是：
1)微電網區域保護控制一體化裝置的主cpu插件的flash區包括兩片數據區，一片數據區用於保存裝置的所有插件信息，稱為插件配置庫，另一片數據區用於保存現場運行裝置實際配置的插件信息，稱為運行配置庫；
2)在裝置運行過程中，主cpu插件定時通過can總線與所有插槽的插件進行插件信息的交互；交互過程如下：
2-1)主cpu插件每隔15分鐘定時通過can總線向所有插槽的插件廣播握手報文；
2-2)各插件接收到主cpu插件發送的握手報文後，向主cpu插件發送應答報文，報文內容包括插件所在插槽編號、插件序列號、插件資源以及插件當前狀態；
2-3)主cpu插件接如果收到各插件的應答報文，對報文進行解析並存入報文緩衝區，否則循環接收；
2-4)當主cpu插件接收到所有插件的應答報文或者連續三次未收到某插件應答報文後，置報文更新標誌＝1，進入步驟2-6)，否則進入步驟2-5)；
2-5)主cpu插件向未收到應答報文的插件連續發送三次定向握手報文，進入步驟2-4)；
2-6)主cpu插件檢測到報文更新標誌＝1後，將接收到的插件信息與運行配置庫中插件信息進行校對；
2-7)如果插件信息與運行配置庫中插件信息校對不一致，進入步驟3)，否則，判斷無插件更新，本次檢測流程結束，進入步驟2-1)進行新一輪檢測；
3)主cpu插件將更新的插件信息與裝置插件庫進行匹配，匹配成功後進入步驟4)；否則告警，告警原因為x插件配置錯誤，進入步驟2-1)；
第4)主cpu插件將裝置插件庫中資源與接收到的插件資源進行校驗，如果校驗成功，將信息存入主cpu插件的運行配置庫，進入步驟5)；如果不成功告警，告警原因為x插件校驗錯誤，進入步驟2-1)；
5)將信息存入主cpu插件的運行配置庫，置配置更新標誌＝1，報文更新標誌＝0；
6)裝置自動復位，重新初始化。
如圖4所示，本發明提出的智能化配置方法，其步驟是：
1)在微電網區域保護控制一體化裝置的主cpu插件中(同樣可設置在flash區中)設置裝置的在線資料庫和運行配置庫，在線資料庫為裝置實際運行資料庫，包括在線遙測庫、在線遙信庫、在線遙控庫、在線電能質量庫、在線保護信息庫和在線iec61850通訊模板庫；其中在線遙測庫為裝置實際運行時的遙測條目信息，在線遙信庫為裝置實際運行時的遙信條目信息，在線遙控庫為裝置實際運行時的遙控條目信息，在線電能質量庫為裝置實際運行時的電能質量條目信息，在線保護信息庫為裝置實際運行時的保護條目信息，在線iec61850通訊模板庫包括遙測模板庫、遙信模板庫、遙控模板庫、電能質量模板庫和保護模板庫；運行配置庫與在線檢測方法中所述的運行配置庫為同一資料庫，由前述在線檢測方法進行更新；
2)在初始化過程中，微電網區域保護控制一體化裝置的主cpu插件檢測配置更新標誌是否為1(該標誌由前述插件在線檢測流程在檢測有插件更新時置1)，如果配置更新標誌＝1，進入步驟3)，否則退出本方法；
3)將運行配置庫中插件1…..n的遙測信息庫內容與裝置的在線遙測庫條目1…..n的信息進行比較，如果不一致，進入步驟4)，否則進入步驟5)；其中n為實際配置的插件數目；
4)將運行配置庫中插件1…..n的遙測信息庫內容拷貝到主cpu插件的在線遙測庫對應條目，完成在線遙測庫更新，置遙測庫更新標誌＝1，並保存所有更新插件編號，進入步驟5)；
5)將運行配置庫中插件1…..n的遙信信息庫內容與裝置的在線遙信庫條目1…..n的信息進行比較，如果不一致，進入步驟6)，否則進入步驟7)；
6)將運行配置庫中插件1…..n的遙信信息庫內容拷貝到主cpu插件的在線遙信庫對應條目，完成在線遙信庫更新，置遙信庫更新標誌＝1，並保存所有更新插件編號，進入步驟7)；
7)將運行配置庫中插件1…..n的遙控信息庫內容與裝置的在線遙控庫條目1…..n的信息進行比較，如果不一致，進入步驟8)，否則進入步驟9)；
8)將運行配置庫中插件1…..n的遙控信息庫內容拷貝到主cpu插件的在線遙控庫對應條目，完成在線遙控庫更新，置遙控庫更新標誌＝1，並保存所有更新插件編號，進入步驟9)；
9)將運行配置庫中插件1…..n的保護信息庫內容與裝置的在線保護信息庫條目1…..n的信息進行比較，如果不一致，進入步驟10)，否則進入步驟11)；
10)將運行配置庫中插件1…..n的保護信息庫內容拷貝到主cpu插件的在線保護信息庫對應條目，完成在線保護信息庫更新，置保護信息庫更新標誌＝1，並保存所有更新插件編號，進入步驟11)；
11)將運行配置庫中插件1…..n的電能質量庫內容與裝置的在線電能質量庫條目1…..n的信息進行比較，如果不一致，進入步驟12)，否則進入步驟13)；
12)將運行配置庫中插件1…..n的電能質量庫內容拷貝到主cpu插件的在線電能質量庫對應條目，完成在線電能質量庫更新，置電能質量庫更新標誌＝1，並保存所有更新插件編號，進入步驟13)；
13)檢測遙測庫更新標誌是否為1，如果更新標誌＝1，進入步驟14)，否則進入步驟15)；
14)根據保存的更新插件編號，將運行配置庫對應插件的iec61850遙測模板庫內容拷貝到主cpu插件的在線iec61850遙測模板庫，完成在線iec61850遙測模板更新，所有插件完成更新後，置遙測庫更新標誌＝0，進入步驟15)；
15)檢測遙信庫更新標誌是否為1，如果更新標誌＝1，進入步驟16)，否則進入步驟17)；
16)根據保存的更新插件編號，將運行配置庫對應插件的iec61850遙信模板庫內容拷貝到主cpu插件的在線iec61850遙信模板庫，完成在線iec61850遙信模板庫更新，所有插件完成更新後，置遙信庫更新標誌＝0，進入步驟17)；
17)檢測遙控庫更新標誌是否為1，如果更新標誌＝1，進入步驟18)，否則進入步驟19)；
18)根據保存的更新插件編號，將運行配置庫對應插件的iec61850遙控模板庫內容拷貝到主cpu插件的在線iec61850遙控模板庫，完成在線iec61850遙控模板庫更新，所有插件完成更新後，置遙控庫更新標誌＝0，進入步驟19)；
19)檢測電能質量庫更新標誌是否為1，如果更新標誌＝1，進入步驟20)，否則進入步驟21)；
20)根據保存的更新插件編號，將運行配置庫對應插件的iec61850電能質量模板庫內容拷貝到主cpu插件的在線iec61850電能質量模板庫，完成在線iec61850電能質量模板庫更新，所有插件完成更新後，置電能質量庫更新標誌＝0，進入步驟21)；
21)檢測保護信息庫更新標誌是否為1，如果更新標誌＝1，進入步驟22),否則進入步驟23)；
22)根據保存的更新插件編號，將運行配置庫對應插件的iec61850保護模板庫內容拷貝到主cpu插件的在線iec61850保護模板庫，完成在線iec61850保護模板庫更新，所有插件完成更新後，置保護信息庫更新標誌＝0，進入步驟23)；
23)置配置更新標誌＝0，完成本次智能化配置。
雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但實施例並不是用來限定本發明的。在不脫離本發明之精神和範圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬於本發明之保護範圍。因此本發明的保護範圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。