專利名稱：智能變電站雙閉環測試裝置及控制方法
技術領域：
本發明涉及智能變電站測試、試驗領域，具體來講是一種智能變電站雙閉環測試裝置及控制方法。
背景技術：
智能電網迅猛發展，按照國家電網公司規劃，我國將建成大量智能變電站，而舊智能變電站二次側的試驗方法已經不能滿足要求，需要探討出全新的試驗方法。首先現有裝置都沒有閉環回路，只有前向通路，從而不能對發送出去的波形進行 實時修正，且不能觀測自身發送出去的波形；其次現有裝置都沒有閉環回路，只有前向通路，從而不能自動完成功放單元的零漂測量，需要定期人工手動測量；再次現有裝置中，比如繼電保護測試儀，通道數目有限，只能對單一保護裝置或者2-3臺保護裝置進行繼電保護試驗，不能同時對二次側所有線路進行試驗；故需要加以改進。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，在此提供一種結合上位機軟件方正平臺和主時鐘對時的智能變電站雙閉環測試裝置。本發明是這樣實現的，構造一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于包括有主控板單元、數模轉換單元、功率放大單元、反饋環切換單元、模數轉換單元、液晶顯示單元、網絡通信單元以及給裝置各單元提供電壓的電源提供單元；所述主控板單元與網絡通信單元連接通信，主控板單元還與數模轉換單元連接通信，數模轉換單元與功率放大單元連接通信，反饋環切換單元與功率放大單元和模數轉換單元連接通信，模數轉換單元與主控板單元連接通信,液晶顯示單元連接主控板單元。根據本發明所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于所述數模轉換單元包括D/A轉換模塊、濾波模塊和保護模塊104c ；
所述D/A轉換模塊用于將仿真數字量信號轉換成模擬信號；所述濾波模塊用于濾掉干擾工頻50Hz頻率的信號；所述保護模塊104c用于將后端D/A轉換模塊和功率放大單元隔離。根據本發明所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于所述模數轉換單元包含保護模塊107a、信號調理模塊和A/D轉換模塊；所述保護模塊107a用于隔離后端A/D轉換模塊和前端功率放大單元；信號調理模塊用于濾除IOOHz以上的信號，以及抗混疊濾波。根據本發明所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于網絡通信單元包含通信網絡模塊和對時網絡模塊，所述通信網絡模塊用于連接上位機仿真平臺，進行數據交互；所述對時網絡模塊用于與主機對時，使該裝置同步于主時鐘。根據本發明所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于反饋環切換單元包括反饋環路控制模塊和互感器模塊，所述互感器模塊用于將符合電力標準的電流、電壓轉換成能直接被模數轉換單元采集的電壓信號。根據本發明所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于所述主控板單元包括FPGA處理器和高速出立體DSP，所述FPGA處理器負責處理來自仿真平臺的仿真數據并進行通道分配，以及在校正系統零漂過程中修正零漂值和在正常發送仿真數據過程中修正仿真穩態值，所述DSP負責采集輸出數據并進行計算，得出修正值以及控制液晶顯示單
J Li ο根該裝置能夠模擬智能變電站常規互感器的特性；將上位機軟件仿真平臺的電力仿真數據轉換成符合智能變電站標準的電流、電壓；使用該裝置做試驗前，能通過閉環回路自動完成整個裝置的誤差校正，包括功率放大單元的零漂、閉環回路 切換單元的誤差、數模轉換單元的誤差；通過閉環回路將采集置實時發送出去的波形和接收和仿真平臺的波形，經過快速傅里葉變換處理后，可以實時校正裝置發送出去的波形。一種智能變電站雙閉環測試控制方法，其特征在于
正常發送仿真數據時
首先，由外界軟件仿真平臺仿真電力故障，生產數字量，該系統通過網絡通信單元，接收仿真數據，并存儲在主控板單元，經過數據通道分配處理以后，準備發送給數模轉換單元;
然后，數模轉換單元接收到主控板單元的數字量信號以后，將數字量信號轉換成范圍為-IOV到+IOV電壓模擬量信號，經過濾波模塊的處理，得到干凈的正弦波信號；
然后功率放大單元將接收到的小信號電壓模擬量放大成符合電力系統標準的大電流、大電壓，并發送給接入的合并單元；
然后反饋環切換單元的互感器模塊，按照需要的變比將發送出去的大電流、大電壓統一轉換成范圍為-5V到+5V的電壓信號；
然后經過二階濾波以后的電壓信號傳送給模數轉換單元，將模擬小信號量轉換成數字量信號，并準備傳送給主控板單元；
最后WT主控板單元中高速處理器DSP得到模數轉換單元的數字量和上層軟件仿真的數字量后，經過傅里葉計算得到實際發送出去的量和仿真的量之間差值，依次按照算法計算出下一次發送的修正值，將該修正值送給FPGA處理器；
校正系統零漂和誤差
首先通過液晶顯示模塊的觸摸，FPGA處理器給環路切換單元發送控制信號，告知當前裝置將進入系統零漂和誤差校正狀態，啟動雙閉環回路中的校正零漂和誤差的環路，此時裝置屏蔽仿真平臺發送來的一切仿真數據數據和控制信號，而令FPGA向數模轉換單元發送零；
然后經過功率放大單元，環路切換單元，模數轉換單元，將系統中存在的直流量采集到主控板單元，此時高速處理器DSP計算出系統中存在的零漂和誤差，記錄此值，作為正常轉換和發送仿真數據的修正值。本發明的優點在于(1)該裝置是模擬智能變電站常規互感器的輸出信號，所以結合上位機軟件平臺，能夠測試合并單元、網絡交換機、繼電保護裝置、測量控制裝置、安控裝置、計量裝置、后臺監控系統等二次設備的連接可靠性。(2)該裝置能夠將上位機電力仿真小信號轉換成符合智能變電站要求的電流、電壓信號。(3)該裝置帶有兩個閉環，其中校正裝置各單元零漂的閉環提高了自動化程度，減少了裝置調試人員的工作量，同時也減少了該裝置的后期維護，讓智能變電站現場調試人員能夠在實驗前校正系統誤差。(4)該裝置帶有兩個閉環，其中正常監測裝置輸出量的閉環能夠實時檢測輸出量，能夠校正穩態時的輸出波形。(5)該裝置帶有兩個閉環，其中正常監測裝置輸出量的閉環具有濾波功能。(6)該裝置與主時鐘的對時部分和該裝置與上位機仿真軟件數據交互部分采用獨立的網絡部分，使數據交互和對時相互不干擾。(7)具有與主機對時功能，所以能夠多臺聯合使用給同步智能變電站各條線路、變壓器、母差合并單元輸入電流、電壓。(8)該裝置帶有液晶觸摸屏，操作簡單方便。
圖I是本裝置使用狀態框圖。圖2裝置功能單元模塊示意圖。圖3主控板單元框圖。圖4數模轉換單元框圖。圖5反饋環切換單元框圖。圖6模數轉換單元框圖。圖7網絡通信單元框圖。圖中101、主控板單元，101a、FPGA處理器，101b、高速處理器DSP，102、網絡通信單元，103、液晶顯示單元，104、數模轉換單元，104a、D/A轉換模塊，104b、濾波模塊，104c、保護模塊，105、功率放大單元，106、反饋環切換單元，106a、反饋環路控制模塊，106b、互感器模塊，107、模數轉換單元，107a、保護模塊，107b、信號調理模塊，107c、A/D轉換模塊，108、電源提供單元。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細描述
本發明在此提供一種智能變電站雙閉環測試裝置，包括有主控板單元101、數模轉換單元104、功率放大單元105、反饋環切換單元106、模數轉換單元107、液晶顯示單元103、網絡通信單元102以及對裝置實現電壓轉換的電源提供單元108。電源供電單元，將交流220V轉換為裝置所需要的各種等級的電壓。其中主控板單元101，完成數據處理；控制液晶顯示103 ;控制數模單元104 ;控制模數單元107、反饋環切換單元106、網絡通信單元102。其中本發明所述數模轉換單元104，用于將電力仿真數據轉換成模擬電流、電壓小信號，給功率放大單元使用。所述功率放大單元105，用于將模擬電流、電壓小信號轉換成符合變電站通信標準的電流、電壓信號。所述反饋環切換單元106，用于選擇哪條閉環回路工作。模數轉換單元107，用于將模擬電流、電壓小信號轉換成符合主控板單元101標準的數字量信號。所述液晶顯示單元103，用于顯示當前自動閉環測試裝置發送出去的電流、電壓信號的幅值、相角信息，以及系統存在的誤差值；并且可以通過液晶顯示單元的觸摸按鈕選擇所述雙閉環的狀態。其中所述網絡通信單元102，用于接收上位機軟件仿真平臺的仿真數據，以及無線IEEE1588對時。如圖2所示所述主控板單元101與網絡通信單元102連接通信，主控板單元101還與數模轉換單元104連接,數模轉換單元104與功率放大單元105連接通信,反饋環切換單元106與功率放大單元105和模數轉換單元107連接通信，模數轉換單元107與主控板單元101連接通信，液晶顯示單元103連接主控板單元101。所述數模轉換單元104包括D/A轉換模塊104a、濾波模塊104b和保護模塊104c。所述D/A轉換模塊104a用于將仿真數字量信號轉換成模擬信號；所述濾波模塊104b用于將濾掉除工頻50Hz以外頻率的信號；所述保護模塊104c用于將后端D/A轉換模塊104a和功率放大單元105隔離。所述模數轉換單元107包含保護模塊107a、信號調理模塊107b和A/D轉換模塊107c ;所述保護模塊107a用于隔離后端模數轉換模塊107和前端功率放大單元105 ;信號調理模塊107b用于濾除IOOHz以上的信號，以及抗混疊濾波。 網絡通信單元102包含通信網絡模塊和對時網絡模塊，所述通信網絡模塊用于連接上位機仿真平臺，進行數據交互；所述對時網絡模塊用于與主機對時。反饋環切換單元106包括反饋環路控制模塊106a和互感器模塊106b，所述互感器模塊106b用于將符合電力標準的電流、電壓轉換成能直接被A/D轉換模塊107c采集的電
壓小信號。所述主控板單元101包括FPGA處理器IOla和高速出立體DSPlOlb，所述FPGA處理器IOla負責處理來自仿真平臺的仿真數據并進行通道分配，所述DSP負責采集輸出數據并進行計算。一種智能變電站雙閉環測試控制方法，
正常發送仿真數據時
首先，由外界軟件仿真平臺仿真電力故障，生產數字量，該系統通過網絡通信單元102，接收仿真數據，并存儲在主控板單元101，經過數據通道分配處理以后，準備發送給數模轉換單元104 ；
然后，數模轉換單元104接收到主控板單元101的數字量信號以后，將數字量信號轉換成范圍為-IOV到+IOV電壓模擬量信號，經過濾波模塊104b的處理，得到比較干凈的正弦波信號；
然后功率放大單元105將接收到的小信號電壓模擬量放大成符合電力系統標準的大電流、大電壓，并發送給接入的合并單元；
然后反饋環切換單元106的互感器模塊106b，按照需要的變比將發送出去的大電流、大電壓變成范圍為-5V到+5V的電壓信號；
然后經過二階濾波以后的電壓信號傳送給模數轉換單元107，將模擬小信號量轉換成數字量信號，并準備傳送給主控板單元101 ；
最后主控板單元中高速處理器DSP得到模數轉換單元107的數字量和上層軟件仿真的數字量后，經過傅里葉計算得到實際發送出去的量和仿真的量之間差值，依次按照算法計算出下一次發送的修正值，將該修正值送給FPGA處理器；
校正系統零漂和誤差
首先通過液晶顯示模塊103的觸摸，FPGA處理器給環路切換單元106發送控制信號，告知當前裝置將進入系統零漂和誤差校正狀態，啟動雙閉環回路中的校正零漂和誤差的環路，此時裝置屏蔽仿真平臺發送來的一切數據，而FPGA將向數模轉換單元104發送零；
然后經過功率放大單元105，環路切換單元106，模數轉換單元107，將系統中存在的直流量采集到主控板單元101，此時高速處理器DSPlOlb計算出系統中存在的零漂和誤差，記錄此值，作為正常轉換和發送仿真數據的修正值。本發明中主控板單元101采用FPGA+DSP的模式，FPGA處理器IOla負責處理來自仿真平臺的仿真數據并進行通道分配。高速處理器DSPlOlb負責采集輸出數據并進行計算。數模轉換單元包括D/A轉換模塊、濾波模塊和保護模塊。D/A轉換模塊用于將仿真數字量信號轉換成模擬信號；濾波模塊用于將濾掉除工頻50Hz以外頻率 的信號；保護模塊用于將后端D/A |旲塊和功率放大單兀隔尚。功率放大單元包括電流信號放大和電壓信號放大。反饋環切換單元106包括反饋環路控制模塊和互感器模塊。主控板單元101通過一個控制信號線控制反饋環路模塊，從而選擇雙閉環回路的工作狀體；互感器模塊用于將符合電力標準的電流、電壓轉換成能直接被A/D芯片采集的電壓小信號，此模塊只工作在發送電力仿真數值時，而在校正系統誤差過程中，是不經過該模塊，直流信號直接送給模數轉換單元。模數轉換單元107包含保護模塊、信號調理模塊和A/D轉換模塊。保護模塊用于隔離后端模數單元和前端功放單元；信號調理模塊用于濾除IOOHz以上的信號，以及抗混疊濾波。網絡通信單元102包含通信網絡模塊和對時網絡模塊，所述通信網絡模塊用于連接上位機仿真平臺，進行數據交互；所述對時網絡模塊用于與主機對時。主控板單元、數模轉換單元、反饋環切換單元、模數轉換單元，構成該裝置其中一個閉環，用于測量裝置正常發送仿真數據之前，前向通路中的所述的模數轉換單元、功率放大單元、以及反饋環路中所述的反饋環切換單元的存在的固有誤差。主控板單元、數模轉換單元、反饋環切換單元、模數轉換單元，構成該裝置另一個閉環，用于測量裝置正常發送仿真數據時，裝置送給后續被測裝置的波形數據、及算出當前誤差值。
權利要求
1.一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于包括有主控板單元(101)、數模轉換單元(104)、功率放大單元(105)、反饋環切換單元(106)、模數轉換單元(107)、液晶顯示單元(103)、網絡通信單元(102)以及給裝置各單元提供電壓的電源提供單元(108);所述主控板單元(101)與網絡通信單元(102)連接通信，主控板單元(101)還與數模轉換單元(104)連接通信,數模轉換單元(104)與功率放大單元(105)連接通信,反饋環切換單元(106)與功率放大單元(105)和模數轉換單元(107)連接通信，模數轉換單元(107)與主控板單元(101)連接通信，液晶顯示單元(103)連接主控板單元(101)。
2.根據權利要求I所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于所述數模轉換單元(104)包括D/A轉換模塊(104a)、濾波模塊(104b)和保護模塊(104c)； 所述D/A轉換模塊(104a)用于將仿真數字量信號轉換成模擬信號；所述濾波模塊(104b)用于濾掉干擾工頻50Hz頻率的信號；所述保護模塊(104c)用于將后端D/A轉換模塊(104a)和功率放大單元(105)隔離。
3.根據權利要求I所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于所述模數轉換單元(107)包含保護模塊(107a)、信號調理模塊(107b)和A/D轉換模塊(107c);所述保護模塊(107a)用于隔離后端A/D轉換模塊(107c)和前端功率放大單元(105);信號調理模塊(107b)用于濾除IOOHz以上的信號，以及抗混疊濾波。
4.根據權利要求I所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于網絡通信單元(102)包含通信網絡模塊和對時網絡模塊，所述通信網絡模塊用于連接上位機仿真平臺，進行數據交互；所述對時網絡模塊用于與主機對時，使該裝置同步于主時鐘。
5.根據權利要求I所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于反饋環切換單元(106)包括反饋環路控制模塊(106a)和互感器模塊(106b)，所述互感器模塊(106b)用于將符合電力標準的電流、電壓轉換成能直接被模數轉換單元采集的電壓信號。
6.根據權利要求I所述的一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于所述主控板單元(101)包括FPGA處理器(IOla)和高速出立體DSP (101b)，所述FPGA處理器(IOla)負責處理來自仿真平臺的仿真數據并進行通道分配，以及在校正系統零漂過程中修正零漂值和在正常發送仿真數據過程中修正仿真穩態值，所述DSP負責采集輸出數據并進行計算，得出修正值以及控制液晶顯示單元。
7.一種智能變電站雙閉環測試控制方法，其特征在于 正常發送仿真數據時 首先，由外界軟件仿真平臺仿真電力故障，生產數字量，該系統通過網絡通信單元(102)，接收仿真數據，并存儲在主控板單元(101 )，經過數據通道分配處理以后，準備發送給數模轉換單元(104)； 然后，數模轉換單元(104)接收到主控板單元(101)的數字量信號以后，將數字量信號轉換成范圍為-IOV到+IOV電壓模擬量信號，經過濾波模塊(104b)的處理，得到干凈的正弦波信號； 然后功率放大單元(105)將接收到的小信號電壓模擬量放大成符合電力系統標準的電流、電壓，并發送給接入的合并單元； 然后反饋環切換單元(106)的互感器模塊(106b)，按照需要的變比將發送出去的大電流、大電壓統一轉換成范圍為-5V到+5V的電壓信號；然后經過二階濾波以后的電壓信號傳送給模數轉換單元(107)，將模擬小信號量轉換成數字量信號，并準備傳送給WT主控板單元(101)； 最后WT主控板單元中高速處理器DSP得到模數轉換單元(107)的數字量和上層軟件仿真的數字量后，經過傅里葉計算得到實際發送出去的量和仿真的量之間差值，依次按照算法計算出下一次發送的修正值，將該修正值送給FPGA處理器； 校正系統零漂和誤差 首先通過液晶顯示模塊(103)的觸摸，FPGA處理器給環路切換單元(106)發送控制信號，告知當前裝置將進入系統零漂和誤差校正狀態，啟動雙閉環回路中的校正零漂和誤差的環路，此時裝置屏蔽仿真平臺發送來的一切仿真數據數據和控制信號，而令FPGA向數模轉換單元(104)發送零； 然后經過功率放大單元(105)，環路切換單元(106)，模數轉換單元(107)，將系統中存在的直流量采集到主控板單元(101)，此時高速處理器DSP計算出系統中存在的零漂和誤差，記錄此值，作為正常轉換和發送仿真數據的修正值。
全文摘要
本發明公開了一種智能變電站雙閉環測試裝置，其特征在于包括有主控板單元、數模轉換單元、功率放大單元、反饋環切換單元、模數轉換單元、液晶顯示單元、網絡通信單元以及給裝置各單元提供不同電壓的電源提供單元。該裝置結合上位機軟件平臺和主時鐘，能夠測試變電站的合并單元、網絡交換機、繼電保護裝置、測量控制裝置、安控裝置、計量裝置、后臺監控系統等二次設備的連接可靠性以及配置的正確性。該裝置帶有兩個閉環，其中校正裝置各單元零漂的閉環提高了自動化程度，減少了裝置調試人員的工作量，同時也減少了該裝置的后期維護，讓智能變電站現場調試人員能夠在實驗前校正系統誤差；另一個閉環能夠實時監測雙閉環測試裝置的輸出量，并根據檢測值校正穩態時的輸出波形。
文檔編號G05B19/042GK102768314SQ20121023091
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者井實, 吳杰, 周傳瑞, 張華 , 張昌華, 易建波, 王彪, 甄威, 羅必露, 黃琦 申請人:四川電力科學研究院, 電子科技大學