aoc实用化技术的信号处理方法

aoc实用化技术的信号处理方法

0光学电流进行动态响应随着电气系统的发展，基于电磁感应原理的传统电磁电量传感器已经暴露出相当严重的缺点。短路故障情况下,电流互感器出现严重的磁饱和现象,导致二次输出电流波形严重失真,不能准确描述短路时的过渡过程。目前,电力系统的监视与控制正在从时间断面向时间过程发展,电力系统的保护与控制正在从电网的点和局部向系统全局发展。为了阻止破坏性越来越大的电力系统灾难事故,人们正在构建电力系统安全防御体系。提供电网准确动态过程测量数据的广域测量系统(WAMS)将成为电网保护控制的基础测量系统。传统的电磁式电流互感器不能准确反映电网动态过程,需要具有良好动态响应能力的新型互感器。Faraday磁光效应的光学电流互感器(OCT)具有很多优点:具有与电流大小和波形无关的线性化动态响应能力;传感头由绝缘材料制成,绝缘性能天然优良。针对OCT所面临的2个主要问题:测量精度受环境温度的影响和长期运行稳定性问题,应用自适应光学传感原理和螺线管聚磁光路结构,研制成功了新型的自适应光学电流互感器(AOCT)。本文在此基础上,研制了AOCT的信号处理系统,并与AOCT一起整机挂网运行。现场运行数据表明,AOCT及其信号处理系统能够为继电保护提供高保真的测量数据,提高了继电保护的动作可靠性。1t中构成闭环系统不可能实现OCT在本质上是开环系统,而且,在OCT中构成闭环系统不可能实现。若要实现OCT的高精度测量,就必须从外部为OCT引入新的独立变量,构成自适应光学电流传感原理。1.1自适应校正系数阵自适应光学电流传感原理就是利用2组互相独立的电流信号——与双折射和法拉第旋光角有关的电流和基波电流,经过自适应运算处理后,得到与温度漂移无关的高精度测量输出,如图1所示。当被测电流处于稳态时,稳态电流参考模型的测量输出作为期望信号,应用自适应滤波对OCT的测量输出进行实时自适应校正,消除外界因素对OCT准确度的影响,获得相应的自适应校正系数阵。电力系统出现故障时,立即停止计算新的校正参数,采用故障前一时刻稳态计算出的自适应校正系数,通过横向滤波器组直接输出。由于外界因素对OCT的影响在暂态过程中不变,因此,在故障前后的自适应校正系数也不变,因而在故障后测量的准确度就达到了参考模型稳态准确度的水平。由于故障后的校正参数并不是以故障后参考模型的输出为基础计算出的,因此,故障后由饱和等引起的参考模型的输出误差就不会对OCT暂态测量准确度产生影响。电力系统由稳态向暂态转变瞬间会在被测电流中出现奇异点,应用实时小波分析可以检测出转变时刻,以闭锁计算校正参数的自适应滤波。1.2自适应滤波方程鉴于AOCT自适应过程的实时性和准确性要求,将具有递推特性的Kalman滤波引入自适应滤波中,同时,为了消除由于计算中存在舍入误差而导致的算法发散现象,引入矩阵理论提出了一种新的时变噪声统计的平方根Kalman自适应算法。该滤波算法具有递推形式,适合计算机系统处理;在计算过程中无需知道全部过去的值;既适用于平稳过程,也适用于非平稳过程。平方根Kalman自适应滤波方程组如下:A(n)=ST(n-1)U(n)(1)B(n)=(UT(n)S(n-1)ST(n-1)U(n)+TM(n))-1(2)S(n)=S(n-1)-r(n)G(n)AT(n)(3)r(n)=11+B(n)TM(n)√(4)r(n)=11+B(n)ΤΜ(n)(4)G(n)=B(n)S(n-1)A(n)(5)Wk(n+1)=Wk(n)+G(n)e(n)(6)Y(n)=UT(n)Wk(n)(7)e(n)=d(n)-Y(n)-r(n)(8)r(n)=(1-cn)r(n-1)+cn(Y(n)-UT(n)W(n))(9)TM(n)=(1-cn)R(n-1)+cn(e2(n)-UT(n)S(n)ST(n)U(n))(10)式中:G(n)为Kalman比例向量;TM(n)为测量噪声的协方差;r(n)为测量噪声的均值;d(n)为期望信号;U(n)为采样输入向量。通过自适应滤波实时得到自适应校正系数阵W(n),并通过式(10)最终得到Kalman自适应滤波的输出Y(n)。2aoct的信号处理AOCT的自适应滤波等算法适合于计算机运算,为此,本文提出了应用数字信号处理器(DSP)实现AOCT的信号处理,并在此基础上构成了AOCT相应的信号处理系统。该系统是AOCT中十分重要的组成部分。2.1fpga网络ip-根据AOCT信号处理的技术特点,本文应用TI公司的DSP芯片TMS320F2812设计了一套32位定点DSP的高性能、低成本数字信号处理单元。该单元既可以满足现有技术要求,也具有良好的扩展性,结构如图2所示。AOCT数字信号处理单元的性能指标包括:主处理器TMS320F2812,工作主频150MHz;外扩SRAM:256k×16位,12ns;外扩Flash:512k×16位,70ns;串行RTC:提供年、月、日、时、分、秒等实时时钟,IIC接口;片外E2PROM:1k×8位,SPI接口;以太网(局域网(LAN)):1通道,符合TCP/IP协议,最高速率10Mbit/s;片外16路数字量输入/输出;测频(计数器):片外10Hz～100kHz;异步串口:2通道,配置为1路RS-232和1路RS-485,RS-232传输速率为1Mbit/s,RS-422/RS-485传输速率为9.3751Mbit/s;模拟输入:通道数为12路单端输入,输入范围为±10V,分辨率为16位,采样率为2.50×105个采样点/s;模拟输出:通道数为4路单端输出,输出范围为±10V,分辨率为16位,建立时间为10μs;扩展总线:接口电平兼容+3.3V/+5V;工作温度:0℃～70℃。2.2光学电流传感信号的输出恒流源驱动的发光二极管(LED)发出稳定的光,经过光纤进入光学传感系统中,再经过另外2根光纤带着被测电流信息后返回AOCT的信号处理系统中,如图3所示。光学传感系统通过2根光纤分别将光学传感的水平信号和垂直信号输出至2个光电探测器中,经光电探测器将光强信号转化为电信号,输出至AOCT数字信号处理单元中。另外还有一路光电探测器接收电流参考模型输出的光脉冲信号,经过光电探测器后的电脉冲信号也输出至AOCT数字信号处理单元。在AOCT数字信号处理单元中,根据所输入的2路相互正交的模拟信号及电脉冲信号,分别进行平方根Kalman自适应滤波、小波实时算法和数字滤波算法等自适应光学传感原理的核心算法,对光学电流传感信号进行自适应校正,最终得到高精度的电流稳态和暂态测量值。经过AOCT数字信号处理单元处理后的电流值已经是数字量,与保护和计量仪表等设备相接时必须按照一定的规则传输数据。为了使AOCT具有更广泛的适应性,AOCT信号处理系统的输出有2种形态:模拟量和数字量。AOCT数字信号处理单元计算得到的数据经过D/A转换器后输出模拟量,同样的计算数据经过LAN器件CS8900A按照IEC61850-9的数据格式输出数字量。为了满足信号处理的抗干扰性能,模拟量经过了隔离运算放大器后再与外部设备相接,同样,数字量的输出也经过了光电隔离器。2.3程序框图程序框图如图4所示。2.4有关信号的问题1自适应系数在线复制采用A/D芯片硬中断,在A/D采样结束后立即乘以自适应系数,通过D/A芯片输出计算值,实现自适应系数的在线复制。自适应系数的计算是在A/D芯片硬中断以外的时段内分段进行。这样,时间延时既微小又固定,便于微机保护和数字化计量仪表的处理。同样,为了符合IEC60044-8标准中关于计算延时的规定,可以根据各挡延时时间,通过软件实现延时输出。2保持新值自适应系数在计算之后,立即存储于E2PROM中,并且每次保持最新值;在D/A输出之前所相乘的自适应系数也是读取自E2PROM,这样,即使出现DSP系统复位也能保证数据输出的连续性,可以避免出现数据波动较大的现象。3自适应系数s根据理论计算和现场实测结果,由于环境温度不会在极短时间内出现突变,因此,自适应系数不必随时更新,以1s为周期进行自适应系数的更新。3aoct的测量通过了高压试验和动热稳定试验的6台AOCT分别安装在保定供电局一条35kV线路两端的变电站和开关站中。AOCT的信号处理系统分别安装在变电站和开关站的主控室中,与AOCT配套安装的二次系统中,包含有一套工控机测量记录系统。该装置与AOCT的二次输出相接,分别记录AOCT的稳态测量数据和异常电流数据。同时,还有一套线路光纤纵差保护与AOCT的输出相连,两端电流的测量数据通过光纤传输至对端。从所记录的AOCT和电流互感器的测量数据来看,在线路故障时,传统的电磁式电流互感器发生饱和现象,电流波形严重失真;AOCT能够输出完整的电流波形。在故障后的前几个周期中,电磁式电流互感器与AOCT的电流波形并不相同,表明传统的电磁式电流互感器的饱和现象并未消除;在后几个周期中两者电流波形逐渐趋于一致。正是由于传统的电磁式电流互感器的故障电流测量失真,导致了线路差动保护和其他保护装置的误动或拒动。AOCT能够保真地记录故障电流波形,因此,应用AOCT实现的线路差动保护装置能够保证可靠动作。当故障电流为平