专利名称：一种电力仿真信号转换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于电力数字继电保护设备的检测技术，尤其是关于基于
RTDS的数字继电保护设备的仿真信号转换装置，具体来说是关于一种电力 仿真信号转换装置。
背景技术：
在电力系统中，继电保护设备需经检测设备检测才能并入电网运行。所 用检测设备通常为实时数字仿真设备(RTDS : Real Time Digital Simulation)。
RTDS可以测试常规的通过模拟量接口输入电压和电流的继电保护设 备。但随着IEC61850标准的颁布，电力行业开始遵循此标准建设变电站，所需 的继电保护设备输入输出接口为以太网接口或光纤接口，电压和电流等信息 通过数字信号的方式传送，传送标准遵循正C61850协议。
图1A是RTDS与传统继电保护装置的连接关系示意图，如图1A所示， 现有技术中，RTDS 101输出的信号(电压、电流)可是土10V的电压信号， 需要经放大器103放大后用电缆连接至传统继电保护装置105，到保护装置 105后需要采样和调理，存在转换误差；另外，采用电缆连接，无法实现电 气上的隔离，容易受到干扰，电缆也不能铺设得很长。另外，RTDS 101将 一开关输入量信号直接发送至传统继电保护装置105，并从传统继电保护装 置105接收一开关输出量信号。
中国专利申请第02124251公开了一种电力系统数字仿真装置，将电力系 统的机电暂态网络和电磁暂态网络分别分割为多个机电暂态子网和多个电磁 暂态子网，进行机电暂态仿真器和电磁暂态仿真器之间的仿真数据的转换和 传递，以便对电力系统的机电暂态过程和电磁暂态过程联合仿真。该数字仿 真装置可以进行大规模电力系统的实时动态仿真，将该电力系统的机电暂态和电磁暂态仿真在一次仿真过程中完成。本专利申请所公开的内容合并于此， 以作为本实用新型的现有技术。
实用新型内容
为了实现新型继电保护设备的入网检测及常规测试，本实用新型提供了 一种电力仿真信号转换装置,它可以将常规的模拟量信号转换成符合
IEC61850的数字信号，弥补RTDS无法对此类新型数字继电保护设备进行测 试的缺陷。
本实用新型提供一种电力仿真信号转换装置，所述的装置包括模数转换 单元，用于将实时数字仿真设备输出的电力模拟信号转换为电力数字信号； 标准数字信号生成单元，用于对所述的电力数字信号进行处理，生成符合变 电站通信标准的标准数字信号；采样值报文生成单元，用于对生成的符合变 电站通信标准的标准数字信号进行处理，生成符合变电站通信标准的采样值 报文；采样值报文传送单元，用于将所述的符合变电站通信标准的采样值报 文传送给待检测的数字继电保护设备。 .
本实用新型提供的电力仿真信号转换装置使RTDS通过该装置就可以 对数字继电保护装置进行测试，方便可靠，市场前景较为广阔。电力仿真信 号转换装置的采样值信号是采用以太网传播的，通讯距离可达100米，本装 置釆用光纤传送，不受电磁干扰，也不会干扰其他设备。同时由于直接传送 数字信号，所以本装置还实现了数字录波功能，相对于模拟录波，没有转换 误差，复现性强。本装置可以灵活设定数字继电保护装置对应的采样率和数 据包格式，以适应不同的情况。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的 一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中
图1A是RTDS与传统继电保护装置的链接关系示意图；图1B是包含本实用新型电力仿真信号转换装置的系统结构图2是本实用新型一实施例的电力仿真信号转换装置的系统结构图3是本实用新型图IB中电力仿真信号转换装置203的模块图4是本实用新型另一电力仿真信号转换装置400的模块图5是另一包含本实用新型电力仿真信号转换装置的系统结构图6是本实用新型另一电力仿真信号转换装置600的模块图7是本实用新型另一电力仿真信号转换装置700的模块图8是本实用新型另一实施例的电力仿真信号转换装置800的模块图9是图8所示电力仿真信号转换装置800的前面板示意图10是图8所示电力仿真信号转换装置800的后面板示意图11所示是图8所示电力仿真信号转换装置800的系统连接具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施 方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性 实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
本实用新型实施例提供一种电力仿真信号转换装置，
以下结合附图对本 实用新型进行详细说明。
图1B是包含本实用新型电力仿真信号转换装置的系统结构图，如图1B 所示，电力仿真信号转换系统200包括RTDS 201，电力仿真信号转换装置 203和数字继电保护设备205。其中电力仿真信号转换装置203耦接于RTDS 201，接收RTDS 201输出的模拟信号，将模拟信号转换成符合 正C61850-9-l/2标准的采样值报文并输出；数字继电保护设备205耦接于电 力仿真信号转换装置203，接收电力仿真信号转换装置203输出的符合 IEC61850-9-1/2标准的采样值报文。
图2是本实用新型一实施例的电力仿真信号转换装置的系统结构图，如 图2所示，电力仿真信号转换系统包括RTDS 1、电力仿真信号转换装置IO和数字继电保护设备3。其中电力仿真信号转换装置10包括
模数转换单元ll，连接于RTDS 1，用于将RTDS l输出的电力模拟信 号转换为电力数字信号；
标准数字信号生成单元13，连接于模数转换单元11，用于对所述的电力 数字信号进行处理，生成符合正C61850标准的标准数字信号；
采样值报文生成单元15，连接于标准数字信号生成单元13,用于对生成 的符合IEC61850标准的标准数字信号进行处理，生成符合IEC61850标准的 采样值报文-，
采样值报文传送单元17，连接于采样值报文生成单元15，用于将所述的 符合IEC61850标准的采样值报文传送给待检测的数字继电保护设备3，采样 值报文传送单元17可以包括多路光口。
在本实用新型的另一实施例中，电力仿真信号转换装置10还可包含一采 样值报文存储单元，用于将所述的符合IEC61850标准的采样值报文进行存 储。
在本实用新型的另一实施例中，采样值报文生成单元15还可包含一釆样
格式设置模块，用于对采样值报文的格式进行设置。
在本实用新型的另一实施例中，电力仿真信号转换装置IO还可包括 开关量模数转换单元，用于将实时数字仿真设备输出的模拟开关量转换
为数字开关量；
采样值报文生成单元15还用于对所述的符合变电站通信标准的标准数 字信号和数字开关量进行处理，生成符合变电站通信标准的采样值报文；
开关量数模转换单元，用于将数字继电保护设备反馈的数字开关量转换 为模拟开关量，并传送给实时数字仿真设备RTDS。
图3是本实用新型图1B中电力仿真信号转换装置203的模块图，如图3 所示，电力仿真信号转换装置203包括A/D转换单元301、数据采集单元 303、数据处理单元305、网络接口单元307，开关量输入单元309和开关量输出单元311，其中
A/D转换单元301的输入端与RTDS耦接，接收RTDS输出的模拟信号， 将模拟信号调理后转换成16位的数字信号，在本实用新型的一实施例中，数 据采集单元301可以采用TI公司推出的高速A/D转换芯片，其详细指标 为16位，6路，250kSPS。高速A/D转换芯片内部通过运放电路将输入的 士10V的模拟信号转换成符合要求的数字信号；
数据采集单元303耦接于A/D转换单元301，接收A/D转换单元301输 出的数字信号并将接收到的数字信号进行整理，得到符合IEC61850的数字 信号，在本实用新型的一实施例中，数据采集单元303还可用于控制A/D转 换单元301，根据设定的釆集参数控制A/D转换单元301的采集过程，数据 采集单元303可以为一数字信号处理器(DSP)，采集参数可以包括A/D 的零漂、修正系数、各路模拟量的定义、采样率等；
数据处理单元305，耦接于数据采集单元303，接收数据采集单元303 输出的数字信号并将其转换为符合IEC61850-9-l/2标准的采样值报文，在本 实用新型的一实施例中，数据处理单元305可以为一 32位嵌入式ARM (Advanced RISC Machines )处理器；
网络接口单元307，耦接于数据处理单元305，将接收的釆样值报文输出 至数字继电保护设备，在本实用新型的一实施例中，网络接口单元307可以 包括三路光口，可同时输出三路符合IEC61850-9-1/2标准的采样值报文(每 路采样值报文最多可包含12路采样信息)，并可以保证报文间的传输时间间 隔；
开关量输入单元309，耦接于数据处理单元305，接收RTDS输出的开 关量输入信号，用于反映节点状态(接通或者断开)；
开关量输出单元311，耦接于数据处理单元305，将开关量输出信号发送 至RTDS，用于控制外部继电器输出节点。
在本实施例中，网络接口单元307还用于接收数字继电保护设备输出的动作状态报文，并将接收到的动作状态报文输出到数据处理单元305;数据 处理单元305用于将接收到的动作状态报文转换为动作状态模拟信号，并将
动作状态模拟信号传送给实时数字仿真设备RTDS。动作状态报文可以是符 合IEC61850协议的通用的以对象为中心的变电站事件(GOOSE)报文， GOOSE报文中包括保护或者智能开关传送的保护跳合闸信号，数据处理单 元305包括一 GOOSE报文解析模块，用于解析被测保护装置或者智能开关 发送的GOOSE报文。
图4是本实用新型另一电力仿真信号转换装置400的模块图，如图4所 示，电力仿真信号转换装置400包括A/D转换单元401 、数据釆集单元403、 数据处理单元405、网络接口单元407，开关量输入单元409、开关量输出单 元411和上位机接口单元413。其中，上位机接口单元413耦接于数据处理 单元405，采用TCP/IP协议通过以太网与上位机相连，利用上位机对采集 参数进行配置，在本实施例中，上位机接口单元413包含一个电口，上位机 可以是台式机或者笔记本电脑，电力仿真信号转换装置400的其余组成部分 与电力仿真信号转换装置203相似，故在此不再赘述。
图5是另一包含本实用新型电力仿真信号转换装置的系统结构图，如图 5所示，电力仿真信号转换系统500包括上位机501，电力仿真信号转换装 置400和数字继电保护设备503。其中电力仿真信号转换装置400耦接于上 位机501，接收上位机501输出的模拟信号，将模拟信号转换成符合 正C61850-9-l/2标准的采样值报文并输出；数字继电保护设备503耦接于电 力仿真信号转换装置400，接收电力仿真信号转换装置400输出的符合 IEC61850-9-1/2标准的采样值报文。通过与上位机501相连接，电力仿真信 号转换装置400还可作为继电保护测试仪使用。
图6是本实用新型另一电力仿真信号转换装置600的模块图，如图6所 示，电力仿真信号转换装置600包括A/D转换单元601、数据采集单元603、 数据处理单元605、网络接口单元607，开关量输入单元609、开关量输出单元611和存储器单元613。其中，存储器单元613，耦接于数据处理单元605， 用于保存A/D的零漂、修正系数、各路模拟量的定义、釆样率、ASDU数目、 LDName等采集参数，在本实施例中，存储器单元613可以是硬盘、闪存或 是内存中的一种或几种，电力仿真信号转换装置600的其余组成部分与电力 仿真信号转换装置203相似，故在此不再赘述。
在本实用新型的另一实施例中，数据处理单元305还可以具有录波功能， 可以将采样值保存在存储器单元613中，供上位机调用，便于分析故障原因。
图7是本实用新型另一电力仿真信号转换装置700的模块图，如图7所 示，电力仿真信号转换装置700包括A/D转换单元701、数据采集单元703、 数据处理单元705、网络接口单元707，开关量输入单元709、开关量输出单 元711和GPS接口单元713。其中，GPS接口单元713，耦接于数据处理单 元705，通过外接一 GPS设备可使电力仿真信号转换装置700釆用GPS秒 脉冲进行同步，实现多套数据转换装置同时工作；电力仿真信号转换装置700 的其余组成部分与电力仿真信号转换装置203相似，故在此不再赘述。
图8所示是本实用新型另一实施例的电力仿真信号转换装置800的模块 图，如图8所示，电力仿真信号转换装置800包括
2个16位高速AD801，釆用TI公司推出的高速A/D转换芯片，详细 指标为16位，6路，250kSPS，与RTDS耦接，接收RTDS输出的士10V 模拟信号，将模拟信号调理后转换成16位的数字信号；
TI高速DSP 803，主频为160MHz，耦接于16位高速AD 801，用于控 制16位高速AD 801 ，根据设定的采集参数控制16位高速AD 801的采集过 程，接收16位高速AD801转换的数字信号并输出，采集参数可以包括A/D 的零漂、修正系数、各路模拟量的定义、采样率等；
ARM处理器805，主频为200MHz，耦接于TI高速DSP 803，接收TI 高速DSP 803输出的数字信号并将其转换为符合IEC61850-9-1/2标准的采 样值报文，同时ARM处理器805还具有录波功能，可以将采样值保存在存储器中，供上位机调用，便于分析故障原因；
3路光口 807，耦接于ARM处理器805，将接收的釆样值报文输出至数 字继电保护设备，可同时输出三路符合IEC61850-9-1/2标准的采样值报文 (每路采样值报文最多可包含12路采样信息)，并可以保证报文间的时间间 隔；
SDRAM 811，耦接于ARM处理器805，运行时用于存储录波数据，实
时显示采集信号的波形；
Flash 813，耦接于ARM处理器805，用于保存A/D的零漂、修正系数、 各路模拟量的定义、采样率、应用服务数据单元(ASDU， Application Service Data Unit)数目、逻辑设备名(LDName， Logical-Device Name)、标记控制 《言息(TCI， Tag Control Infomation)、应用丰示识(APPID， Application Identifier)、 GOOSE控制块(goCB， GOOSE-Control-Block) 、 GOOSEID、 MAC地址和 开关量到GOOSE的映射关系等参数；
8路开关量输入815，耦接于ARM处理器805，提供八对完全隔离的开 入量，输入不分极性，可检测空接点、有源接点(15V-250V)，输入信号的时 间分辨率为lOOjas;
电口 819，耦接于ARM处理器805，用于连接以太网，通过以太网与 上位机相连，利用上位机对采集参数进行配置；
CAN总线接口821，耦接于ARM处理器805，可以对开关量的输入和 输出进行扩展；
8路开关量输出823，耦接于ARM处理器805，提供八对完全隔离的开 关量输出为空接点输出。
电力仿真信号转换装置800第一次上电时需要通过以太网连接到上位机 配置采集参数，主要包括A/D的零漂、修正系数、各路模拟量的定义、采 样率、ASDU数目、LDName、 TCI、 APPID、 goCB、 GOOSEID、 MAC地 址和开关量到GOOSE的映射关系等。配置结束后的釆集参数可保存，以确保掉电后釆集参数不会丢失。
在使用时，需要将RTDS的模拟量输出接到电力仿真信号转换装置800 的模拟量输入接口，通过光纤连接电力仿真信号转换装置800的光口和数字 继电保护装置的光口 ，上电后即可自动将输入的模拟量转换成符合配置要求 的釆样值报文输出。
开入量用于获取被测对象的动作信息；开出量为被测试设备提供状态信 号，用于在试验时启动保护或外部设备。
需要修改系统参数、调用录波数据或需要作为数字保护测试仪使用时， 通过网线联机，运行上位软件既可以完成相关功能。
本实用新型电力仿真信号转换装置800的采样率可以设为最高每周波 255点，输出的每个釆样值报文的ASDU数目可以灵活定义，三路光口同时 输出不同LDName、 TCI和MAC地址的采样值报文，也可以在同一光口输 出多个不同LDName、 TCI和MAC地址的采样值报文。同时，24路模拟量 是与三个光口相配套的，可以满足3路釆样值报文所需的全部采样值信息， 并非限定模拟量的路数不能再增加，通过同步釆样实现多套装置同时工作。
图9所示是图8所示电力仿真信号转换装置800的前面板示意图，如图 9所示，本装置外形为2U机箱，可装在机柜上使用。前面板上包括电源开 关901、三路光口 903及相应的指示灯905、 一路网口卯7、 8路开入量接口 909和4路开出量接口911，其中电源开关901用于控制电力仿真信号转换 装置800的开启和关闭，光口 903可将釆样值报文输出至数字继电保护设备， 指示灯卯5用于显示光口 903的工作状态，网口 907可通过以太网釆与上位 机相连，开入量接口 909可检测空接点、有源接点，开出量接口911为空接 点输出。
图10所示是图8所示电力仿真信号转换装置800的后面板示意图，如图 IO所示，后面板上包括电源插座913、 GPS接口915、 24路模拟量输入接口 917和4路开出量接口 911，其中电源插座913用于连接一电源，GPS接口 915可以通过连接一外部GPS设备对电力仿真信号转换装置800进行秒脉 冲同步，模拟量输入接口917用来采集模拟量。
图11所示是图8所示电力仿真信号转换装置800的系统连接图，如图8 和图ll所示，电力仿真信号转换装置800的接收RTDS 201输出的24路模 拟信号和8路开关量输入信号，经过电力仿真信号转换装置800转换成数字 报文通过光口输出到数字继电保护设备205，数字继电保护设备205将一反 馈的数字信号回传至电力仿真信号转换装置800，电力仿真信号转换装置800 将反馈的数字信号转换为8路开关量输出信号并发送至RTDS 201 。图11中 的电力仿真信号转换装置800还可连接多个数字继电保护设备205，同时对 多个数字继电保护设备205进行测试。
通过以上本实用新型的实施例，可以看出本实用新型的有益效果在于
1. 本装置既可以脱机运行，其作用类似于数字化变电站中的合并单元 (MU);也可以通过以太网接上位机(PC机)联机，作为数字录波器或数
字继电保护装置测试仪使用；
2. 采用以太网作为联机方式，具有快速、可靠、安全稳定的特点；相对 于传统的并口、 USB 口，较好地实现了电器上的隔离，不需要驱动程序，通 讯距离长(可达到100M);
3. 本装置采用ARM和DSP的结构，DSP负责数据采集，ARM用于 生成、发送采样值报文、与上位机通讯。该结构保障了系统所需功能的高速、 稳定、可靠工作；
4. 具备三路光口，可同时发送三路符合IEC61850-9-1/-9-2要求的采样 值报文，可以满足大多数情况下的需求；
5. 采样值报文的采样率(每周波采样点)、ASDU数目(多少个采样点 组成一个釆样值报文)均可根据实际情况灵活设定；
6. 具备录波功能，可以将采样值保存在内部RAM中，便于分析故障原因。RTDS通过该装置就可以对数字继电保护装置进行测试，方便可靠，市
场前景较为广阔。
以上所述的具体实施方式
，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实 施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神 和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求1.一种电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的装置连接于实时数字仿真设备和数字继电保护设备之间，所述的装置包括模数转换单元，连接于所述的实时数字仿真设备，将实时数字仿真设备输出的电力模拟信号转换为电力数字信号；标准数字信号生成单元，连接于所述的模数转换单元，对所述的电力数字信号进行处理，生成符合变电站通信标准的标准数字信号；采样值报文生成单元，连接于所述的标准数字信号生成单元，对生成的符合变电站通信标准的标准数字信号进行处理，生成符合变电站通信标准的采样值报文；采样值报文传送单元，连接于所述的采样值报文生成单元，将所述的符合变电站通信标准的采样值报文传送给待检测的所述的数字继电保护设备。
2. 如权利要求1所述的电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的装 置还包括动作状态报文解析单元，用于将数字继电保护设备输出的动作状态报文 转换为动作状态模拟信号，并输出到实时数字仿真设备。
3. 如权利要求1所述的电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的装 置还包括采样值报文存储单元，连接于所述的采样值报文生成单元，将所述的符 合变电站通信标准的采样值报文进行存储。
4. 如权利要求l所述的电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的采 样值报文生成单元包括采样格式设置模块，对采样值报文的格式进行设置。
5. 如权利要求l所述的电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的采 样值报文传送单元包括多路光口，每路光口发送一组符合变电站通信标准的采样值报文。
6. 如权利要求l所述的电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的模数转换单元包括二十四路模数转换模块，对实时数字仿真设备输出的二十 四路电力模拟信号同时进行模数转换；所述的采样值报文传送单元包括三路光口，同时输出三路符合变电站 通信标准的采样值报文。
7. 如权利要求l所述的电力仿真信号转换装置，其特征在于，所述的装 置还包括开关量模数转换单元，连接于所述的实时数字仿真设备，将实时数字仿 真设备输出的模拟开关量转换为数字开关量；釆样值报文生成单元，对所述的符合变电站通信标准的标准数字信号和 数字开关量进行处理，生成符合变电站通信标准的采样值报文；开关量数模转换单元，连接于所述的实时数字仿真设备，将数字继电保 护设备反馈的数字开关量转换为模拟开关量，并传送给实时数字仿真设备。
专利摘要本实用新型是关于一种电力仿真信号转换装置，所述的装置包括模数转换单元，用于将实时数字仿真设备输出的电力模拟信号转换为电力数字信号；标准数字信号生成单元，用于对所述的电力数字信号进行处理，生成符合变电站通信标准的标准数字信号；采样值报文生成单元，用于对生成的符合变电站通信标准的标准数字信号进行处理，生成符合变电站通信标准的采样值报文；采样值报文传送单元，用于将所述的符合变电站通信标准的采样值报文传送给待检测的数字继电保护设备。本实用新型提供的电力仿真信号转换装置使RTDS通过该装置就可以对数字继电保护装置进行测试，方便可靠。
文档编号G01R31/327GK201368907SQ20092010483
公开日2009年12月23日 申请日期2009年1月5日 优先权日2009年1月5日
发明者冯辰虎, 平 刘, 蔚 刘, 前 向, 周晓阳, 钢 李, 宁 王, 锋 钱 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司;北京博电新力电力系统仪器有限公司;华北电网有限公司