高阻抗故障算法的数字信号处理器实现制造技术

用于检测高阻抗故障的三种算法的数字信号处理器实现。算法可以是基于小波的，基于高阶统计的以及基于神经网络的。算法被修改为处理１秒的数据而非１０秒的数据，且双缓冲采集被连接到算法的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及确定高阻抗故障(HIF)状况发生的算法，且具体涉及在继电器平台中使用数字信号处理器(DSP)来实现那些算法。
技术介绍
电力事业公司使用架空带电导体将电能传输给用户。美国有超过一百万英里的架空配电线，为工业、商业和住宅用户提供能量。架空导体暴露于自然环境和异常状况。在某些情况下，导体落到地上且依赖于表面而建立导电路径。如果该表面是草、土壤或沥青，会发生HIF，在这种情况下，故障电流远小于典型的相接地故障的故障电流。这种较小的故障电流使得难以用常规保护设备检测这样的情况。 下落(downed)或敞露导体的危险在于公众接触带电线的风险。人接触下落导体会导致严重受伤或甚至死亡。一旦检测到下落导体，则问题进一步复杂化。如果继电器使变电站的断路器跳闸，则诸如医院、机场和交通信号的重要公共实体失去电力会导致同等或更大程度的威胁生命的情形。于是，保护工程师面临的问题是首先检测到干扰，然后适当地做出反应。 2004年2月2日提交的美国专利申请Serial No.10/770,270，题为“HighImpedance Fault Detection”(‘270申请)，其公开通过引用结合于此，且转让给与本专利技术相同的受让人，说明了三种检测算法在继电器平台中的实现，每种算法使用相和/或地电流的不同特征来单独检测HIF。‘270申请中说明的HIF检测算法基于小波的，基于高阶统计的以及基于神经网络的。理想的是用DSP实现这三种算法，因为DSP是数据采集和缩放所需要的，且执行某些工作，使得继电器中的CPU(中央处理单元)不必做所有的事，然而 原始格式的每个算法覆盖10秒的数据，因此需要大量的计算能力和精度；并且 由于硬件限制和浮点运算的要求，不可能以原始格式实现所述算法。 本专利技术允许用DSP在继电器平台上实现这三种检测算法。根据本专利技术 将所述算法修改为处理1秒的数据而非10秒，且用循环缓冲和累加技术来实现该方案； 将双缓冲用于采集；并且 存在对每个算法的定点实现(fixed-point implementation)。
技术实现思路
一种用于检测电力线中的高阻抗故障的方法。所述方法包括 使用多个高阻抗故障检测装置，每个装置具有输出，用于独立检测高阻抗故障，每个故障检测装置通过分析从电力线收集了预定时段的数据来检测高阻抗故障，并在所述输出提供基于分析数据、指示高阻抗故障发生或未发生的信号； 将所述多个高阻抗故障检测装置中的每个高阻抗故障检测装置修改为将所述预定时段减少到1/n，其中n是大于1的整数；以及 将缓冲系统连接到每个故障检测装置的输出以从所述缓冲系统获得指示高阻抗故障发生或未发生的信号，该信号基于收集了所述预定时段的数据。 一种用于检测电力线中的高阻抗故障的系统。所述系统包括 多个高阻抗故障检测装置，每个装置具有输出，用于独立检测高阻抗故障，每个故障检测装置通过分析从电力线收集了预定时段的数据来检测高阻抗故障，并在所述输出提供基于分析数据、指示高阻抗故障发生或未发生的信号，所述多个高阻抗故障检测装置中的每个高阻抗故障检测装置被修改为将所述预定时段减少到1/n，其中n是大于1的整数；以及 缓冲系统，其连接到每个故障检测装置的输出以便从所述缓冲系统获得指示高阻抗故障发生或未发生的信号，该信号基于收集了所述预定时段的数据。 一种用于确定电力线中的高阻抗故障发生的处理设备。所述处理设备包括 两个缓冲器，各用于存储从电力线收集了第一预定时段的数据，该数据指示电力线上的电流； 多个高阻抗故障检测装置，每个装置具有输出，用于独立检测电力线上的高阻抗故障，每个故障检测装置交替地首先对存储在所述两个缓冲器中的一个存储器中的数据、然后对存储在所述两个缓冲器中的另一个缓冲器中的数据处理第一预定时段，每个高阻抗故障检测装置在所述输出提供基于经处理的数据、指示高阻抗故障发生或未发生的信号；以及 缓冲系统，其连接到每个高阻抗故障检测装置的输出，用于获得指示高阻抗故障发生或未发生的信号，该信号基于收集了第二预定时段的数据，所述第二预定时段是所述第一预定时段的n倍，其中n是2或更大的整数。 附图说明 图1所示为本专利技术的系统中使用的双缓冲采集系统的框图。 图2所示为本专利技术的系统中使用的循环缓冲系统的实施例。 具体实施例方式 现在参考图1，示出了双缓冲采集系统10的框图。系统10使用第一缓冲器12和第二缓冲器14来存储数据。在系统10将进入的数据存储在第一缓冲器12中的同时，对已存储在第二缓冲器14中的数据进行处理。当第一缓冲器12装满时，开关S1切换到第二缓冲器14，且开关S2切换到第一缓冲器12。每当一个缓冲器装满时开关S1和S2都来回切换。缓冲器12和14的大小设计为各容纳1秒的数据。 带通滤波器16处理来自缓冲器12或14的数据并传递滤波后的数据以便由算法18来分析，如图1所示。算法18是‘270申请中所述的三种检测算法，即基于小波的，基于高阶统计的以及基于神经网络的。 尽管处理器的时间步长等于32个循环/秒，但结果每秒被刷新，因为处理一缓冲器的数据要用1秒。 格式如‘270申请所述的每个算法18覆盖10秒的数据。因为本专利技术不可能以该格式实现算法，每个算法18都被修改为一次处理1秒的数据。 如图2所示的循环缓冲系统20连接到算法18的输出以便获得将从每个算法18获得的10秒的数据。虽然图2仅示出一个连接到算法18输出的系统20，本领域的普通技术人员应理解每个算法有一个系统20。 如图2所示，每加第10个值，系统20移除(remove)第一值。算法等式被修改为补偿由非线性引入的误差，所述非线性是由于10秒间隔的斩断(chopping)而导致的。每秒采集的数据被处理并作为初始条件用于计算随后一秒的数据。结果存储在10秒循环缓冲器中，该缓冲器也用作累加器。 对算法的修改如下 a.对第一个1秒间隔进行计算，且输出被存储为累加器第一值； b.计算的输出也作为初始输入用于计算第二个1秒间隔，且输出被存储为第二累加器值；以及 c.该过程继续进行，直到达到10秒。 第11个1秒被当作第一秒且过程如上重复。在任何给定的时间，总输出是10个缓冲器值的总和。 根据本专利技术，存在对所述三个高阻抗故障检测算法中的每个算法的定点实现。所述算法最初使用浮点运算来开发以验证和确认该构思，然后转化为定点运算以便最终实现。定点数字信号处理器适于以经济的方式实现大量产品，因为它们比包含浮点运算单元的信号处理器便宜得多、耗电少且执行快。 每个算法的代码实施在合适的中央处理单元上，例如，具有66MHz时钟速度和64KB统一高速缓存的Motorola ColdFire 5307CPU。数据采集以每秒32个采样的速率进行，并且所述HIF算法的处理在最高优先级的任务中每秒执行一次，所述任务每4.1ms被中断一次以便执行来自DSP的数据传输和保护算法。 对来自浮点和定点仿真的结果进行比较，显示出在转换过程中无精度损失。 应理解，对本专利技术的优选实施例的说明仅是示例性的，而非穷举的。本领域的普通技术人员可以在不背离所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围的情况下，对所公开的主题的实施例做出某些增加、删除和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测电力线中的高阻抗故障的方法，包括：　　　　使用多个高阻抗故障检测装置，每个装置具有输出，用于独立检测所述高阻抗故障，每个所述故障检测装置通过分析从所述电力线收集了预定时段的数据来检测所述高阻抗故障，并在所述输出提供基于所述分析数据、指示所述高阻抗故障发生或未发生的信号；　　　　将所述多个高阻抗故障检测装置中的每个高阻抗故障检测装置修改为将所述预定时段减少到１／ｎ，其中ｎ是大于１的整数；以及　　　　将缓冲系统连接到每个所述故障检测装置的所述输出以从所述缓冲系统获得指示所述高阻抗故障发生或未发生的信号，该信号基于收集了所述预定时段的所述数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-3-16 60/553,5041.一种检测电力线中的高阻抗故障的方法，包括使用多个高阻抗故障检测装置，每个装置具有输出，用于独立检测所述高阻抗故障，每个所述故障检测装置通过分析从所述电力线收集了预定时段的数据来检测所述高阻抗故障，并在所述输出提供基于所述分析数据、指示所述高阻抗故障发生或未发生的信号；将所述多个高阻抗故障检测装置中的每个高阻抗故障检测装置修改为将所述预定时段减少到1/n，其中n是大于1的整数；以及将缓冲系统连接到每个所述故障检测装置的所述输出以从所述缓冲系统获得指示所述高阻抗故障发生或未发生的信号，该信号基于收集了所述预定时段的所述数据。2.一种检测电力线中的高阻抗故障的系统，包括多个高阻抗故障检测装置，每个装置具有输出，用于独立检测所述高阻抗故障，每个所述故障检测装置通过分析从所述电力线收集了预定时段的数据来检测所述高阻抗故障，并在所述输出提供基于所述分析数据、指示所述高阻抗故障发生或未发生的信号，所述多个高阻抗故障检测装置中的每个高阻抗故障检测装置都被修改为将所述预定时段减少到1/n，其中n是大于1的整数；以及缓冲系统，其连接到每个所述故障检测装置的所述输出以便从所述缓冲系统获得指示所述高阻抗故障发生或未发生的信号，该信号基于收集了所述预定时段的所述数据。3.如权利要求2所述的高阻抗故障检测系统，还包括两个缓冲器，各用于交替地将从所述电力线收集的数据存储所述减少的预定时段，所述多个高阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰彼得森，史蒂文A孔斯曼，穆罕默德Y哈吉马哈西，雷纳尔多努奎，詹姆斯斯陶皮斯，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]