[发明专利]一种带方向的距离保护硬件电路及其实现方法

说明书

本发明公开了一种带方向的距离保护硬件电路及其实现方法，属于计算机应用领域。本发明利用大规模可编程专用集成电路(ASIC)技术对芯片进行设计，该距离保护方法包括四个部分：1)利用硬件电路求得各相电压和相差电压的正序分量；2)利用硬件电路对正序电压进行判断(是否是三相短路)产生控制信号，根据控制信号对电压正序分量锁存处理并输出；3)利用硬件电路完成带方向的距离保护阻抗计算模块(包括相间和接地距离保护)；4)利用硬件电路完成距离保护继电器动作模块，这四部分共同实现了带方向的距离保护算法模块。本发明智能电器专用芯片采用一片FPGA芯片(EP3C400240C8)，通过在FPGA上的硬件仿真和对实际保护单元的测试，验证了方向距离保护的正确性及可行性。

技术领域：

本发明属于计算机应用领域，具体涉及一种带方向的距离保护硬件电路及其实现方法。

背景技术：

在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的安全稳定运行提出了更高、更严格的要求。继电保护系统是电力系统的重要组成部分，而对于110kV及以上电压等级的线路，由于负荷电流大、线路长，电流保护往往不能满足技术要求，从而需要采用距离保护。

现阶段距离保护主要是微机距离保护，其典型流程为：

1)首先是经过启动元件判断有无故障，采用电流突变量法和零序电流法结合的方式；

2)然后经过选相元件判断故障相，通常采用相电流差突变量选相和电流序分量选相的方法；

3)最后利用测量元件计算测量阻抗和判断故障方向。

可以看到由于需要经过先启动后选相的过程，这种方法的主要缺点是阻抗计算缺乏实时性，并且还存在启动过程判断可靠性差、速度慢及计算过程复杂等缺点。另一方面，传统微机距离保护采用微控制器(MCU)，但是MCU也有固有的不足，即使DSP也无法从根本上解决程序“跑飞”等问题。因此，基于传统的微机距离保护已经不能满足新算法及理论的要求。

发明内容：

本发明的目的在于克服以上现有技术的缺点，提供了一种利用可编程ASIC技术实现带方向的距离保护硬件电路及其实现方法，代替了以往的电力系统微机保护。提供一种智能电器专用芯片的设计方法，通过微机保护专用芯片，用硬件实现了以往软件实现的距离保护的功能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种带方向的距离保护硬件电路，包括数据采集模块、数据处理模块、距离保护算法模块和继电器模块；其中，

数据采集模块，用于采集电抗变压器的输入输出三相电压电流信号，并将采集的电抗变压器的输入输出三相电压电流信号作为数据处理模块的数据输入；

数据处理模块，用于对输入三相电压电流信号进行滤波运算，并将滤波运算后的结果作为距离保护算法模块的输入；

距离保护算法模块，用于对数据处理模块输入的电压电流信号进行距离保护设计，将最终动作信号作为继电器的输入；

继电器模块，用于根据距离保护算法模块输入的信号进行动作，若输入信号为高，则继电器闭合；若输入信号为低，则继电器断开。

本发明进一步的改进在于，数据采集模块包括电压、电流互感器、多路模拟开关MUX和A/D转换器，其中，

电压、电流互感器，用于将采集到的电压电流进行缩小，并将缩小后的电压电流信号作为多路模拟开关MUX的输入；

多路模拟开关MUX，用于对电压电流信号进行通断选择，并将选择通过的电压电流信号作为A/D转换器的输入；

A/D转换器，用于将MUX选择通过的信号进行模/数转换，将转换后的电压电流信号送入数据处理模块。