专利名称：便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，属电力系统继电保
护测试技术领域。
背景技术：
目前，国内在继电保护装置的测试中动态模拟实验系统得到了广泛的应用，近几
年电力系统实时仿真器(如RTDS)也得到了大量的应用，这两种试验系统能够比较真实地
模拟电力系统中的故障暂态过程，并且可同时提供多个电气量输出点，可以同时满足多个
继电保护测试的要求，但是它们共同的缺点是设备昂贵，结构复杂，使用费用高，维护费用
也比较高。目前只有少数的单位拥有这两种设备，大大限制了它们的推广应用。 另一方面，数字化变电站保护校验相对复杂，在变电站运行的条件下对部分间隔
保护校验的难度很大，目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和
电压量，因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置，而要完成试验必须自带
合并器提供模拟试验中的电流量和电压量，要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保
护校验便显得尤为困难。 目前，国内出现了一些符合IEC 61850标准的测试装置。然而，当前面世的测试装置局限于将传统继电保护静态测试的功能移植到数字化的继电保护测试仪中(即传统测试功能+IEC61850通信接口 )，测试装置没有仿真计算的功能，只是将事先存储的信号按照一定次序进行回放，因此这些测试装置只能针对单个的二次设备进行简单的开环测试，不能模拟系统的动态过程以及对多套装置进行测试。
发明内容本实用新型的目的是，针对现有的测试装置不能模拟系统的动态过程以及对多套装置进行测试，本实用新型应用数字动态实时仿真系统，提供一种基于IEC 61850标准的便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪。[0006] 实现本实用新型的技术方案是 本实用新型测试仪主要由测试系统主机(1) ， PCI总线扩展器(2) ， IEC61850通信卡(3)，信号扩展器(4)，光纤以太网(5)，继电保护装置(6)，G00SE以太网(7)，G00SE网络交换机(8)及数字故障录波器(9)等组成。所述测试系统主机的暂态仿真软件和IEC 61850高速通信卡有机结合，在暂态仿真软件上搭建数字仿真系统，对电力系统进行动态实时仿真，并将继电保护装置测试所需的电压、电流等信号经IEC 61850高速通信卡的光纤以太网通信接口输出遵循IEC61850-9-l、 IEC61850-9-2的数字信号。同时，受测试的继电保护装置的G00SE响应报文实时反馈回计算机形成闭环测试。 本实用新型应用数字动态实时仿真系统实现测试仪的功能采用以下技术 1、将实时仿真软件和基于IEC 61850的高速通信卡有机组合在一起。其中，实
时仿真软件应用数字动态实时仿真系统(Digital Dynamic Real TimeSimulator，简称DDRTS)的硬件包括完成PCI总线协议转换的32位PCI总线接口 、完成PCI总线与DSP快 速缓存和数据交换的大容量的32位FIF0、8位并行FLASH、最大1024Kx32bit静态RAM、 TI 公司的32位浮点DSP、3个100Mbps以太网接口芯片、3个155Mbps多/单模光纤接口模块、 信号同步接口、提供各种所需逻辑的可编程逻辑阵列CPLD。 2、采用多CPU微机运行DDRTS仿真系统软件平台。高速实时地进行数据计算、分 析、绘图、人机交互等处理，并提供多个PCI总线插槽给高速通信卡，完成对IEC61850的协 议转换，通过底层的WINDOWS的PCI总线驱动程序快速完成与高速通信卡的数据交换。 3 、通信卡和微机通过两个FIFO (First-In-First-Out ，先进先出)内存交换数据。 一块FIFO存储器为仿真数据缓冲区，微机写而通信卡读；另一块为返回状态数据区，通信 卡写而微机读。两类数据的流动是单向的，相接又形成闭环。通信卡和微机的数据必须遵 从相互约定的一套协议规范。 4、实现实时闭环测试。在仿真软件平台上搭建数字仿真系统，对电力系统进行动 态实时仿真，并将继电保护装置测试所需的电压、电流等信号经通信卡输出。同时，受测试 的继电保护装置的响应信号可实时反馈回计算机形成闭环测试。 5、IEC61850通信卡内部多路光纤以太网端口的之间同步由板上DSP处理器控制， IEC61850通信卡之间的同步，统一由一个外部硬件同步信号控制，实现同步功能，各卡之间 的同步转换命令时间误差小于lus。如果每个测试节点需要带多套二次设备，则需要配置信 号扩展器，每个信号扩展器可以将一个合并单元的信息同步扩展到最多24个光口。 与现有的继电保护测试仪相比，本实用新型提供的继电保护测试仪具有如下优 点①提供数字动模功能，基于暂态仿真软件，模拟输出暂态分量，便于分析暂态分量对保 护动作的影响，检验继电保护装置在各种故障暂态分量的条件下的动作行为；②提供实时 闭环测试功能，用数字仿真系统故障，并将暂态数字仿真结果变为真实波形输出；③基于 GPS统一时钟的数据同步采样，使得采集数据能够根据绝对时标在同一个时间坐标系上进
行分析；④本实用新型提供的继电保护测试仪，利用离线电力系统暂态计算程序，构造一个 基于实际电网模型的高精度的廉价、便携的测试系统，为相关研究工作提供了便利，同时填 补了相关仪器仪表的空白。 本实用新型适用于全数字继电保护的闭环测试。
图1为本实用新型的具体实施方案示意图； 图2为本实用新型实施例的硬件体系结构示意图； 图3为本实用新型实施例的高速通信卡和微机进行数据交换的示意图； 图4本实用新型实施例的高速通信卡的实施方案示意图； 图中图号表示为(l)测试系统主机；(2)PCI总线扩展器；(3) IEC61850通信卡； (4)信号扩展器；(5)光纤以太网；(6)保护装置设备；(7)GOOSE以太网；(8)GOOSE网络交换 器；(9)数字故障录波器；(10)PIC总线/PIC-X总线；(12)信号同步接口。
具体实施方式
图1为本实用新型实施例的具体实施方案示意图。如图1所示，测试系统主要由
4测试系统主机(1)， PCI总线扩展器(2)， IEC61850通信卡(3)，信号扩展器(4)，光纤以太网(5)，继电保护装置(6) ，GOOSE以太网(7) ，GOOSE网络交换机(8)及数字故障录波器(9)等组成。本实施例的便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪处于测试系统的核心位置。其中，测试系统主机(1)运行DDRTS仿真软件，通过PCI总线扩展器(2)的插槽将仿真计算得到的电压、电流送至IEC61850通信卡(3)， IEC61850通信卡(3)按照IEC61850-9-l、IEC61850-9-2标准对处理后的数据打包，传送至信号扩展器(4)，再通过光纤以太网(5)与保护装置(6)相连；继电保护装置(6)产生的开关变位等信息通过GOOSE以太网(7) 、GOOSE网络交换机(8)和IEC61850通信卡(3)返回测试系统主机(1)，参与电网的拓扑分析及电磁暂态计算；为了更好的参照保护的动作时间以及动作性能，将保护信息接至数字故障录波器(9)，以供比较对照。 图2为本实用新型实施例的硬件系统结构示意图。如图2所示，它主要由完成PCI总线协议转换的32位PCI总线接口、完成PCI总线与DSP快速缓存和数据交换的大容量的32位FIF0、8位并行FLASH、最大1024Kx32bit静态RAM、 TI公司的32位浮点DSP、3个100Mbps以太网接口芯片、3个155Mbps多/单模光纤接口模块、信号同步接口、提供各种所需逻辑的可编程逻辑阵列CPLD等构成。 IEC61850通信卡与测试系统主机通信采用PCI总线接口 ， PCI总线可以提供极高的数据传送速率(132MB/s)。 PCI总线与CPU无关，与时钟频率亦无关，可适用于各种平台，支持多处理器和并发工作。PCI总线具有良好的扩展性，通过PCI-PCI桥路，可允许扩展。当测试节点数目超过7个，就需要配置PCI总线扩展器。 图3为本实用新型实施例的高速通信卡和微机进行数据交换的示意图。如图3所示，通信卡和微机通过两个FIFO (First-In-First-0ut ，先进先出)内存交换数据。 一块FIFO存储器为仿真数据缓冲区，微机写而通信卡读；另一块为返回状态数据区，通信卡写而微机读。两类数据的流动是单向的，相接又形成闭环。通信卡和微机的数据必须遵从相互约定的一套协议规范。 图4为本实用新型实施例的高速通信卡的实施方案示意图。如图4所示，高速通信卡在上电后，由DSP自动引导，从8位并行的FLASH装入程序代码到片内RAM，并在片内RAM高速流水线运行。DSP按协议从仿真数据FIFO缓冲区读入数据，首先读取微机给的配置信息包，进行配置，如获取仿真步长，输出端口等。写入3个光纤收发器的数据包统一控制发出去，保证3个光口数据的同时性。而光纤收发器收到数据后传给以太网接口控制器，由以太网控制器以中断的方式通知DSP，DSP再将数据包写入返回状态FIFO数据区，由微机通过PCI总线读走。在交互仿真中，DSP不断地从仿真数据缓冲区读取新的数据，并定时地往光纤收发器发出数据和往返回状态数据区写入数据。 通信卡内部3路光纤以太网端口的之间同步由板上DSP处理器控制，多块通信卡之间的同步，统一由一个外部硬件同步信号控制，实现同步功能，各卡之间的同步转换命令时间误差小lus。 一个光纤以太网端口能完成7个电压量，5个电流量的传输，其功能相当于变电站过程层中的一个合并单元(MU)。
权利要求一种便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，其特征在于，所述测试仪由测试系统主机(1)，PCI总线扩展器(2)，IEC61850通信卡(3)，信号扩展器(4)，光纤以太网(5)，继电保护装置(6)，GOOSE以太网(7)，GOOSE网络交换机(8)及数字故障录波器(9)等组成；所述测试系统主机的暂态仿真软件和IEC 61850高速通信卡有机结合，在暂态仿真软件上搭建数字仿真系统，对电力系统进行动态实时仿真，并将继电保护装置测试所需的电压、电流等信号经IEC 61850高速通信卡的光纤以太网通信接口输出遵循IEC61850-9-1、IEC61850-9-2的数字信号，受测试的继电保护装置的GOOSE向应报文实时反馈回计算机形成闭环测试。
2. 根据权利要求l所述的便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，其特征是，IEC61850通信卡内部多路光纤以太网端口的之间同步由板上DSP处理器控制，IEC61850通信卡之间的同步，统一由一个外部硬件同步信号控制，实现同步功能，各卡之间的同步转换命令时间误差小于lus。
3. 根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，其特征是采用数字动态实时仿真系统。
4. 根据权利要求1所述的基于IEC 61850标准的便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，其特征是提供遵循IEC61850-9-l、 IEC61850-9-2、 GOOSE等标准的多路光纤以太网通信接口。
5. 根据权利要求l所述的便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，其特征是，IEC61850通信卡与测试系统主机通信采用的是PCI总线接口， IEC 61850的高速通信卡安装于便携式工控机的PCI总线插槽中。
专利摘要一种便携式全数字继电保护暂态闭环测试仪，其特征在于，所述测试仪由测试系统主机(1)，PCI总线扩展器(2)，IEC61850通信卡(3)，信号扩展器(4)，光纤以太网(5)，继电保护装置(6)，GOOSE以太网(7)，GOOSE网络交换机(8)及数字故障录波器(9)等组成。所述测试系统主机的暂态仿真软件和IEC 61850高速通信卡有机结合，在暂态仿真软件上搭建数字仿真系统，对电力系统进行动态实时仿真，并将继电保护装置测试所需的电压、电流等信号经IEC 61850高速通信卡的光纤以太网通信接口输出遵循IEC61850-9-1、IEC61850-9-2的数字信号，受测试的继电保护装置的GOOSE响应报文实时反馈回计算机形成闭环测试。本实用新型适用于全数字继电保护的闭环测试。
文档编号G01R31/327GK201518052SQ20092018959
公开日2010年6月30日 申请日期2009年10月26日 优先权日2009年10月26日
发明者上官帖, 孙闵, 苏永春, 辛建波 申请人:江西省电力科学研究院