智能型继电保护试验电源屏的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电力系统的继电保护试验与试验电源领域，具体涉及一种继电保护试验电源屏。智能型继电保护试验电源屏，它包括屏体；其特征在于屏体上设有：直流稳压、稳流功率电源，交流正弦波逆变功率电源，交流三相可调电压、电流信号电源，光纤数字保护IEC标准信号源。本实用新型具有多种功能的特点。
【专利说明】智能型继电保护试验电源屏
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统的继电保护试验与试验电源领域，具体涉及一种继电保护试验电源屏。
【背景技术】
[0002]电网中运行的继电保护试验电源屏普遍采用通过三相调压、升流再经桥式整流和LC电感电容滤波的模式，存在无稳压和稳流功能、直流输出不稳定、不易调节等问题。继电保护试验电源屏在工作时其输出为大电流，容易造成调压器与其他设备的老化和损坏。有些产品的整流和滤波技术不过关，造成直流输出中交流含量较高，纹波系数较大；有些产品的直流输出未采用直流专用型空气开关；有些产品甚至未采用漏保开关。总之，现有的继电保护试验电源屏存在技术上落后以及元器件老化等问题，形同虚设，不能满足现场继电保护检验工作的要求，甚至发生由于其交流以及直流输出没有区分而引起的交流串入直流，导致保护和开关误动作的事故，严重威胁到电网的安全运行。为此，需要开发新型继电保护试验电源屏。
[0003]研制开发新型的智能型继电保护试验屏，旨在给现场继电保护工作及其它试验工作提供稳定、方便的交、直流试验电源，并同时具备智能化保护试验和综自站保护试验的功能，满足和提高了站内二次工作的要求和质量，也为人身和设备的安全提供了更好的保障。
[0004]据悉，本实用新型通过湖北省电力试验研究院科技查新显示，国内外均无此类型
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【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种多功能的智能型继电保护试验电源屏。
[0006]为了实现上述目的，本本实用新型所采取的技术方案是:智能型继电保护试验电源屏，它包括屏体；其特征在于屏体上设有:直流稳压、稳流功率电源，交流正弦波逆变功率电源，交流三相可调电压、电流信号电源，光纤数字保护IEC标准信号源。
[0007]本实用新型的智能型继电保护试验电源屏采用集成交流电源，各相电压电流输出均可单独调节幅值，相位以及交流频率均可任意调节，且精度可靠；直流可调电源，抗负荷能力强，最大瞬时工作电流可达30A，体积小，重量轻，损耗小，有短路自保护功能，输出电压误差小于0.5%，电流误差小于0.5% ;液晶显示各路电压，电流，采用高速32位DSP加8路同步采样16位AD转换器，加上数字信号处理技术，能滤除各次谐波，保证高精度显示；不停电正弦波交流逆变电源，输出功率2kW，电压稳定度大于95%，稳定可靠，可实现无缝切换，还可在紧急情况下为站用交流供电设备提供电源，为抢修提供设备运行保障。
[0008]本实用新型整合最新的交直流电源技术以及智能化保护的试验仪器，结合传统综自站所的继电保护试验设备，组成高精度，高性能，高保障的交直流电源及智能、综自保护试验功能于一体的试验电源屏柜。且该屏柜与普通屏柜无异，安装在主控室内不仅实用而且整齐毫无违和感。[0009]与现有技术相比，本实用新型智能型继电保护试验电源屏新增加了自带试验功能，无需额外携带实验仪器，且对于智能化保护设备和常规综自保护设备都可以进行试验调试。在原有的交直流电源的功能上，采用了最新的电源技术，较之前传统电源屏有以下创新点:
[0010]1)采用大屏幕液晶显示屏显示电压，电流，谐波，相位等参数，显示直观，显示信息量大，以微控制器为核心加上高精度数据采集电路，通讯接口，功能扩展，联机方便；
[0011]2)采用集成的三相可调电源，实验电源与系统电源相隔离，输出自由可设定，有很闻的稳定性；
[0012]3)集成交流电源采用高速，高性能微控制器，软件上应用双精度算法产生各相任意的闻精度波形；
[0013]4)集成交流电源采用高速高分辨率D/A转换器，保证了全范围内电流，电压的精度和线性，波形失真小，具有很好的暂态特性，相频特性，幅频特性易于实现精确移相、谐波置加，闻频率亦可保证闻的精度。
[0014]5)集成的交流电源使用进口大功率高保真功放电路，具有完备的过热，过流，过压及短路保护。
[0015]6)集成的直流电源即可作为恒压源使用，也作为恒流源使用。
[0016]7)集成的直流电源输出精密连续可调输出，全程稳压值，恒流值任意调节。
[0017]本实用新型的有益效果是:采用直流稳压、稳流功率电源，交流正弦波逆变功率电源，交流三相可调电压、电流信号电源，光纤数字保护IEC标准信号源组装在一起(均设在屏体上)，本实用新型具有多种功能的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的正视图。
[0019]图2为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的直流稳压、稳流功率电源的电气连接图。
[0020]图3为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的直流稳压、稳流功率电源的电路原理图。
[0021]图4为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的交流正弦波逆变功率电源的电气连接图。
[0022]图5为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的交流正弦波逆变功率电源的电路原理图。
[0023]图6为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的交流三相可调电压、电流信号电源(或称三相可调电压电流信号电源)的电气连接图。
[0024]图7为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的交流三相可调电压、电流信号电源(或称三相可调电压电流信号电源)的电路原理图。
[0025]图8为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的光纤数字保护IEC标准信号源的电气连接图。
[0026]图9为本实用新型智能型继电保护试验电源屏的光纤数字保护IEC标准信号源的电路原理图。[0027]图中:1-屏体，2-直流稳压、稳流功率电源，3-交流正弦波逆变功率电源，4-交流三相可调电压、电流信号电源，5-光纤数字保护IEC标准信号源。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，智能型继电保护试验电源屏，它包括屏体1，直流稳压、稳流功率电源2，交流正弦波逆变功率电源3，交流三相可调电压、电流信号电源4，光纤数字保护IEC标准信号源5 ;屏体I上设有:直流稳压、稳流功率电源2，交流正弦波逆变功率电源3，交流三相可调电压、电流信号电源4，光纤数字保护IEC标准信号源5。
[0029]所述的直流稳压、稳流功率电源2，交流正弦波逆变功率电源3，交流三相可调电压、电流信号电源4，光纤数字保护IEC标准信号源5均直接安装在屏体I上，所有输入、输出线均按到屏体的屏内端子排上。
[0030]其中:直流稳压、稳流功率电源2，要求抗负荷能力强，最大瞬时工作电流可达30A，长时间工作电流10A。采用PWM技术，体积小，重量轻，损耗小，短路自保护，输出电压精度小于0.5%，输出电流精度小于0.5%。液晶显示各路电压，电流，采用高速32位DSP加8路同步采样16位AD转换器，加上数字信号处理技术，能滤除各次谐波，保证的高精度显示。
[0031]交流正弦波逆变功率电源3，要求由变电站DC220V直流控制电源供电，采用SPWM脉宽调制技术，输出为稳频稳压、滤除杂讯、失真度低的纯净正弦波；内置旁路开关，交流220V和逆变输出快速切换；并具有直流供电电压过高或过低保护和输出故障保护等功能。
[0032]交流三相可调电压、电流信号电源4，要求输出的各相交流电压、交流电流的电压幅值、频率，相位可单独调节，幅值输出精度0.2级，相电流输出有效值O?40A，三相并联输出有效值最高可达O?120A，频率范围(基波)20?1000Hz，谐波次数I?20次。
[0033]光纤数字保护IEC标准信号源5，要求数字继电保护试验信号源用于产生智能保护和测控装置在各种正常和异常情况下所需要试验信号，输入到智能保护和测控装置，测试这些装置的动作行为。数字继电保护试验信号源可对符合IEC61850标准规范的各种数字化测控和保护单元进行检定。可完成各种自动化程度高的大型复杂校验工作:能自动测试及扫描各种保护定值，进行故障回放，测试备自投、快切、系统振荡等，实时存储测试数据，显示矢量图，联机打印报告等。
[0034]一)直流稳压、稳流功率电源
[0035]1.本电源各部分组成见图2-3，各组成部分均为模块式结构，它包括CPU⑤、IXD显示屏①、三通道数字毫表计②、按键开关③、主控电源模块⑥、功率输出模块⑦、实验电源屏端子排⑧。
[0036]其中:①-1XD显示屏，②-三通道数字毫表计，③-按键开关，④-开入量，⑤-CPU，⑥-主控电源模块，⑦-功率输出模块，⑧-实验电源屏端子排；1-SPI，2-1/0，3-D/A, 4-SPI, 5-D/A, 6-1/0, 7-1/0, 8-电源输入，9-电压调节，10-电流调节，11_直流输出，12-输出控制，13-电源输入，14-电源输入AC220V。
[0037]2.CPU⑤是控制操作核心，型号为STM32。CPU⑤的电源由主控电源模块⑥供电，而主控电源模块⑥由交流AC220V电源供电，AC220V连接至试验电源屏的端子。
[0038]3.CPU⑤(主控模块)的两路D/A信号3和D/A信号5输出送到功率输出模块⑦的电压调节9端和电流调节10端，用于控制和调节功率输出模块⑦的输出电压和输出电流。CPU⑤的一路I/O信号7用于接至功率输出模块⑦的输出控制12端，用于开启和关闭功率输出模块⑦的直流输出。
[0039]4.CPU⑤的两路SPI 口 1和SPI4，SPI 口 1 (1路)用于连接IXD显示屏①，显示所需显示的信号；SPI4路用于与三通道数字毫表计②的连接，测量开入量的动作时间。
[0040]5.CPU⑤的I/O信号6用于连接一个按键组件③，该取按键信息用于操作人员的按键操作。
[0041]6.CPU⑤的I/O信号2用于接入开关输入量,该开关输入量的动作信息由CPU⑤识别后在IXD显示屏②上显示。
[0042]7.本直流功率电源的AC220V电源输入13，直流功率输出11，四路开关量输入④均接至实验电源屏端子排⑧。
[0043]二)交流正弦波逆变功率电源
[0044]1.本电源各部分组成见图4-5，它包括DPS数字信号处理器①、主控模块②、电源模块③、功率模块④，各组成部分均为模块式结构。其中:①-DPS数字信号处理器，②-主控模块(接口电路)，③-电源模块，④-功率模块(功率电路)，⑤-实验电源屏端子排；1-SPI, 2-PWM，3-SPI，4-D/A电路，5-PWM外围电路，6-PWM驱动电路，7-A/D电路，8-传感器，9_信号输入，10-PWM控制，11-反馈输出，12-电源，13-交流输出，AC220V, 14-电源输入DC220V。
[0045]2.本电源由14直流DC220V供电，DC220V直接连接在功率模块④的电源端口 12。DC220V通过电源模块③变换后，将变换后的电源连接至DPS数字信号处理器①和主控模块②。
[0046]3.DPS数字信号处理器①中，DSP型号为DSP5704。DPS数字信号处理器①中有两路SPI 口 1和SPI 口 3，其中一路SPI 口 1连接主控模块②的D/A电路输出正弦波，用于功率模块④的正弦波信号输入；另一路SPI 口 3连接主控模块②的A/D电路，用于测量功率模块④反馈输出的正弦波，进行反馈控制。
[0047]4.主控模块②内由D/A电路4、PWM外围电路5、PWM驱动电路6、A/D电路7、正弦波传感器8这5个部分组成。
[0048]5.DPS数字信号处理器①的PWM输出口连接至主控模块②的PWM外围电路，在经过驱动后，用于功率模块④的PWM斩波控制，从而控制其输出正弦波交流电源13。
[0049]6.主控模块②中，D/A电路4由①的SPI 口 1控制，输出正弦波信号9连接至功率模块④作为信号模块，控制该模块输出，输出标准正弦波交流功率电源13。
[0050]7.主控模块②中PWM外围电路5连接①的PWM输出端2，对PWM信号进行处理，再接至PWM驱动电路6，驱动后连接至④的PWM控制输入端10。④块进行PWM斩波，输出正弦波交流功率电源13。
[0051]8.功率模块④输出的正弦波电压反馈信号11接至传感器8，传感后通过A/D转换电路7转换成数字信号后连接至①的SPI输入3，由DPS数字信号处理器①采集后进行软件反馈控制，用于保证输出正弦波交流电源的输出性能和精度。
[0052]9.功率模块④输出的交流功率电源13和供电的DC220V直流电源14均接至试验电源屛内侧面的端子排⑤上。
[0053]三)、交流三相可调电压、电流信号电源[0054]1.本信号电源的各部分组成见图6-7，它包括IXD显示屏①、光电编码器②、主控模块③、电源模块⑦，各组成部分均为模块式结构。其中:①-LCD显示屏，②-光电编码器，③-主控模块，④-DSP数字信号处理器，⑤-CPLD可编程控制器，⑥-数/模转换，⑦-电源模块，⑧-实验电源屏端子排；1_SPT，2-控制总线，3-SPI，4-1/0，5-1/0，6-1/0，7-D/A, 8-开关量输入，9-开关量输出，10-电压功率输出，11-电流功率输出，12-电源输入AC220V。图7中有存储器，对应图6中为光电编码器。
[0055]2.本信号电源由AC220V交流电源供电，电源供电模块⑦由电源输入AC220V12提供，分别输出电源接至主控模块③和电压功率输出10，电流功率输出11。
[0056]3.主控模块③由DSP数字信号处理器④、CPLD可编程控制器⑤、数/模转换⑥三部分组成。
[0057]4.DSP的控制总线与CPLD连接。CPLD输出D/A数模转换器的控制逻辑与DPS的控制总线一起控制D/A输出所需要的三相电压、三相电流信号，连接至电压、电流功率输出单元。
[0058]5.CPLD可编程控制器⑤的I/O输入口连接至开关量输入模块，读取开入量信号送至CPLD可编程控制器⑤。CPLD的I/O输出口连接至开关量输出模块，输出所需输出的开出量。
[0059]6.DSP数字信号处理器④的SPI 口 I连接至IXD显示屏①，输出需显示的信息，用于操作界面显示。
[0060]7.DSP数字信号处理器④的I/O 口 4连接光电编码器②用于识别光电编码器的操作信号，用于操作人员进行操作控制。
[0061]8.电流功率输出11/电源输入AC220V12模块连接至主控模块③的D/A输出数/模转换⑥；将D/A输出的三相电压、电流信号进行功率放大,输出三相O?120V的电压信号源和三相O?40A的电流信号源。
[0062]9.开关量输入8将现场的开关量输入信号进行光电隔离后，输入至⑤的I/O输入端5，由DSP数字信号处理器④读取。
[0063]10.开关量输出9将CPLD可编程控制器⑤的I/O输出端6输出的信号通过继电器隔离后，输出继电器空接点开出量至现场进行控制。
[0064]11.开关量输入8,开关量输出9,电压信号源、电流信号源输出10,电流功率输出11以及AC220V交流供电输入电源输入AC220V12，都连接至实验电源屏端子排⑧。
[0065]四)、光纤数字保护IEC标准信号源
[0066]1.本信号源的各部分组成见图8-9，它包括电脑①、主控模块④、接口模块⑧，各组成部分均为模块式结构。其中:①-电脑,②-以太网电口，③-GPS对时，④-主控模块，⑤-CPU/FPGA模块，⑥-交换机，⑦-电源模块，⑧-接口模块，⑨-实验电源屏端子排；1-网口，2-串口，3-总线，4-串口，5-1/0，6-1/0，7-SPI，8-D/A (数模/转换模块)，9_以太网光口，10-FT3接受光口，11-FT3发送光口，12-B码收/发光口，13-开关量输入，14-开关量输出，15-电压功率输出，16-电流功率输出，17-AC220v输入。
[0067]2.本信号源由试验电源屏上接来的AC220V交流电源供电。电源供电模块由AC220V供电，分别输出主控模块④和接口模块⑧。
[0068]3.主控模块④中CPU/FPGA模块⑤通过网口 I与一路以太网电口②连接后，连接至电脑①，在电脑①上进行人机操作。
[0069]4.CPU/FPGA模块⑤提供串口 2与GPS对时③连接，读取GPS数据，保证对时精度。
[0070]5.CPU/FPGA模块⑤通过交换机⑥与多路通信接口连接，读入或输出以太网光口 9和FT3发送光口 11和FT3接受光口 10的数据。
[0071 ] 6.CPU/FPGA模块⑤通过串口 4与B码接受和发送模块12通信，进行B码发送和接受。
[0072]7.CPU/FPGA模块⑤通过I/O 口 5接受开关量输入13接来的现场设备传来的开入
量信号。
[0073]8.CPU/FPGA模块⑤通过I/O 口 6发出开关量输出信号到开关量输出14，发出开出量信号至现场设备。
[0074]9.CPU/FPGA模块⑤通过SPI7 口连接D/A (数模/转换模块)8，输出交流电压、电流信号，送至电压功率输出15和电流功率输出16，通过其功率放大后输出合适功率的交流电压、电流信号源。
[0075]10.以太网光模块9输出以太网光通信信号,用于与IEC61850标准的光纤通信连接的设备进行通信。
[0076]11.FT3发送光口 11和FT3接受光口 10用于与IEC60044标准的光纤通信连接的设备进行发送和接受通信。
[0077]12.B码收/发光口 12也是光模块，输入/输出光通信信号与其他B码通信设备联系进行校时或授时工作。
[0078]13.开关量输入13、开关量输出14的信号为电信号，连接至实验电源屏端子排⑨；电压功率输出15和电流功率输出16的信号也连接至实验电源屏端子排⑨；AC220v输入17也连接至实验电源屏端子排⑨上。
[0079]14.以太网光口 9、FT3发送光口 11和FT3接受光口 10以及B码收/发光口 12均直接安装在本信号源的面板上；连接电脑①的以太网电口②和GPS对时③口也直接安装在本信号源的面板上。
【权利要求】
1.智能型继电保护试验电源屏，它包括屏体(I);其特征在于屏体(I)上设有:直流稳压、稳流功率电源(2)，交流正弦波逆变功率电源(3)，交流三相可调电压、电流信号电源(4)，光纤数字保护IEC标准信号源(5)。
【文档编号】H02B15/00GK203522011SQ201320681002
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】何守胜, 陈前臣, 陈昌黎, 张锦文, 柯朝晖, 阮叔轩, 徐敏, 方安安, 刘建国 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司咸宁供电公司, 武汉市豪迈电力自动化技术有限责任公司