专利名称：智能变电站双闭环测试装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及智能变电站测试、试验领域，具体来讲是一种智能变电站双闭环测试装置及控制方法。
背景技术：
智能电网迅猛发展，按照国家电网公司规划，我国将建成大量智能变电站，而旧智能变电站二次侧的试验方法已经不能满足要求，需要探讨出全新的试验方法。首先现有装置都没有闭环回路，只有前向通路，从而不能对发送出去的波形进行 实时修正，且不能观测自身发送出去的波形；其次现有装置都没有闭环回路，只有前向通路，从而不能自动完成功放单元的零漂测量，需要定期人工手动测量；再次现有装置中，比如继电保护测试仪，通道数目有限，只能对单一保护装置或者2-3台保护装置进行继电保护试验，不能同时对二次侧所有线路进行试验；故需要加以改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，在此提供一种结合上位机软件方正平台和主时钟对时的智能变电站双闭环测试装置。本发明是这样实现的，构造一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于包括有主控板单元、数模转换单元、功率放大单元、反馈环切换单元、模数转换单元、液晶显示单元、网络通信单元以及给装置各单元提供电压的电源提供单元；所述主控板单元与网络通信单元连接通信，主控板单元还与数模转换单元连接通信，数模转换单元与功率放大单元连接通信，反馈环切换单元与功率放大单元和模数转换单元连接通信，模数转换单元与主控板单元连接通信,液晶显示单元连接主控板单元。根据本发明所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于所述数模转换单元包括D/A转换模块、滤波模块和保护模块104c ；
所述D/A转换模块用于将仿真数字量信号转换成模拟信号；所述滤波模块用于滤掉干扰工频50Hz频率的信号；所述保护模块104c用于将后端D/A转换模块和功率放大单元隔离。根据本发明所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于所述模数转换单元包含保护模块107a、信号调理模块和A/D转换模块；所述保护模块107a用于隔离后端A/D转换模块和前端功率放大单元；信号调理模块用于滤除IOOHz以上的信号，以及抗混叠滤波。根据本发明所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于网络通信单元包含通信网络模块和对时网络模块，所述通信网络模块用于连接上位机仿真平台，进行数据交互；所述对时网络模块用于与主机对时，使该装置同步于主时钟。根据本发明所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于反馈环切换单元包括反馈环路控制模块和互感器模块，所述互感器模块用于将符合电力标准的电流、电压转换成能直接被模数转换单元采集的电压信号。根据本发明所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于所述主控板单元包括FPGA处理器和高速出立体DSP，所述FPGA处理器负责处理来自仿真平台的仿真数据并进行通道分配，以及在校正系统零漂过程中修正零漂值和在正常发送仿真数据过程中修正仿真稳态值，所述DSP负责采集输出数据并进行计算，得出修正值以及控制液晶显示单
J Li ο根该装置能够模拟智能变电站常规互感器的特性；将上位机软件仿真平台的电力仿真数据转换成符合智能变电站标准的电流、电压；使用该装置做试验前，能通过闭环回路自动完成整个装置的误差校正，包括功率放大单元的零漂、闭环回路 切换单元的误差、数模转换单元的误差；通过闭环回路将采集置实时发送出去的波形和接收和仿真平台的波形，经过快速傅里叶变换处理后，可以实时校正装置发送出去的波形。一种智能变电站双闭环测试控制方法，其特征在于
正常发送仿真数据时
首先，由外界软件仿真平台仿真电力故障，生产数字量，该系统通过网络通信单元，接收仿真数据，并存储在主控板单元，经过数据通道分配处理以后，准备发送给数模转换单元;
然后，数模转换单元接收到主控板单元的数字量信号以后，将数字量信号转换成范围为-IOV到+IOV电压模拟量信号，经过滤波模块的处理，得到干净的正弦波信号；
然后功率放大单元将接收到的小信号电压模拟量放大成符合电力系统标准的大电流、大电压，并发送给接入的合并单元；
然后反馈环切换单元的互感器模块，按照需要的变比将发送出去的大电流、大电压统一转换成范围为-5V到+5V的电压信号；
然后经过二阶滤波以后的电压信号传送给模数转换单元，将模拟小信号量转换成数字量信号，并准备传送给主控板单元；
最后WT主控板单元中高速处理器DSP得到模数转换单元的数字量和上层软件仿真的数字量后，经过傅里叶计算得到实际发送出去的量和仿真的量之间差值，依次按照算法计算出下一次发送的修正值，将该修正值送给FPGA处理器；
校正系统零漂和误差
首先通过液晶显示模块的触摸，FPGA处理器给环路切换单元发送控制信号，告知当前装置将进入系统零漂和误差校正状态，启动双闭环回路中的校正零漂和误差的环路，此时装置屏蔽仿真平台发送来的一切仿真数据数据和控制信号，而令FPGA向数模转换单元发送零；
然后经过功率放大单元，环路切换单元，模数转换单元，将系统中存在的直流量采集到主控板单元，此时高速处理器DSP计算出系统中存在的零漂和误差，记录此值，作为正常转换和发送仿真数据的修正值。本发明的优点在于(1)该装置是模拟智能变电站常规互感器的输出信号，所以结合上位机软件平台，能够测试合并单元、网络交换机、继电保护装置、测量控制装置、安控装置、计量装置、后台监控系统等二次设备的连接可靠性。(2)该装置能够将上位机电力仿真小信号转换成符合智能变电站要求的电流、电压信号。(3)该装置带有两个闭环，其中校正装置各单元零漂的闭环提高了自动化程度，减少了装置调试人员的工作量，同时也减少了该装置的后期维护，让智能变电站现场调试人员能够在实验前校正系统误差。(4)该装置带有两个闭环，其中正常监测装置输出量的闭环能够实时检测输出量，能够校正稳态时的输出波形。(5)该装置带有两个闭环，其中正常监测装置输出量的闭环具有滤波功能。(6)该装置与主时钟的对时部分和该装置与上位机仿真软件数据交互部分采用独立的网络部分，使数据交互和对时相互不干扰。(7)具有与主机对时功能，所以能够多台联合使用给同步智能变电站各条线路、变压器、母差合并单元输入电流、电压。(8)该装置带有液晶触摸屏，操作简单方便。
图I是本装置使用状态框图。图2装置功能单元模块示意图。图3主控板单元框图。图4数模转换单元框图。图5反馈环切换单元框图。图6模数转换单元框图。图7网络通信单元框图。图中101、主控板单元，101a、FPGA处理器，101b、高速处理器DSP，102、网络通信单元，103、液晶显示单元，104、数模转换单元，104a、D/A转换模块，104b、滤波模块，104c、保护模块，105、功率放大单元，106、反馈环切换单元，106a、反馈环路控制模块，106b、互感器模块，107、模数转换单元，107a、保护模块，107b、信号调理模块，107c、A/D转换模块，108、电源提供单元。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述
本发明在此提供一种智能变电站双闭环测试装置，包括有主控板单元101、数模转换单元104、功率放大单元105、反馈环切换单元106、模数转换单元107、液晶显示单元103、网络通信单元102以及对装置实现电压转换的电源提供单元108。电源供电单元，将交流220V转换为装置所需要的各种等级的电压。其中主控板单元101，完成数据处理；控制液晶显示103 ;控制数模单元104 ;控制模数单元107、反馈环切换单元106、网络通信单元102。其中本发明所述数模转换单元104，用于将电力仿真数据转换成模拟电流、电压小信号，给功率放大单元使用。所述功率放大单元105，用于将模拟电流、电压小信号转换成符合变电站通信标准的电流、电压信号。所述反馈环切换单元106，用于选择哪条闭环回路工作。模数转换单元107，用于将模拟电流、电压小信号转换成符合主控板单元101标准的数字量信号。所述液晶显示单元103，用于显示当前自动闭环测试装置发送出去的电流、电压信号的幅值、相角信息，以及系统存在的误差值；并且可以通过液晶显示单元的触摸按钮选择所述双闭环的状态。其中所述网络通信单元102，用于接收上位机软件仿真平台的仿真数据，以及无线IEEE1588对时。如图2所示所述主控板单元101与网络通信单元102连接通信，主控板单元101还与数模转换单元104连接,数模转换单元104与功率放大单元105连接通信,反馈环切换单元106与功率放大单元105和模数转换单元107连接通信，模数转换单元107与主控板单元101连接通信，液晶显示单元103连接主控板单元101。所述数模转换单元104包括D/A转换模块104a、滤波模块104b和保护模块104c。所述D/A转换模块104a用于将仿真数字量信号转换成模拟信号；所述滤波模块104b用于将滤掉除工频50Hz以外频率的信号；所述保护模块104c用于将后端D/A转换模块104a和功率放大单元105隔离。所述模数转换单元107包含保护模块107a、信号调理模块107b和A/D转换模块107c ;所述保护模块107a用于隔离后端模数转换模块107和前端功率放大单元105 ;信号调理模块107b用于滤除IOOHz以上的信号，以及抗混叠滤波。 网络通信单元102包含通信网络模块和对时网络模块，所述通信网络模块用于连接上位机仿真平台，进行数据交互；所述对时网络模块用于与主机对时。反馈环切换单元106包括反馈环路控制模块106a和互感器模块106b，所述互感器模块106b用于将符合电力标准的电流、电压转换成能直接被A/D转换模块107c采集的电
压小信号。所述主控板单元101包括FPGA处理器IOla和高速出立体DSPlOlb，所述FPGA处理器IOla负责处理来自仿真平台的仿真数据并进行通道分配，所述DSP负责采集输出数据并进行计算。一种智能变电站双闭环测试控制方法，
正常发送仿真数据时
首先，由外界软件仿真平台仿真电力故障，生产数字量，该系统通过网络通信单元102，接收仿真数据，并存储在主控板单元101，经过数据通道分配处理以后，准备发送给数模转换单元104 ；
然后，数模转换单元104接收到主控板单元101的数字量信号以后，将数字量信号转换成范围为-IOV到+IOV电压模拟量信号，经过滤波模块104b的处理，得到比较干净的正弦波信号；
然后功率放大单元105将接收到的小信号电压模拟量放大成符合电力系统标准的大电流、大电压，并发送给接入的合并单元；
然后反馈环切换单元106的互感器模块106b，按照需要的变比将发送出去的大电流、大电压变成范围为-5V到+5V的电压信号；
然后经过二阶滤波以后的电压信号传送给模数转换单元107，将模拟小信号量转换成数字量信号，并准备传送给主控板单元101 ；
最后主控板单元中高速处理器DSP得到模数转换单元107的数字量和上层软件仿真的数字量后，经过傅里叶计算得到实际发送出去的量和仿真的量之间差值，依次按照算法计算出下一次发送的修正值，将该修正值送给FPGA处理器；
校正系统零漂和误差
首先通过液晶显示模块103的触摸，FPGA处理器给环路切换单元106发送控制信号，告知当前装置将进入系统零漂和误差校正状态，启动双闭环回路中的校正零漂和误差的环路，此时装置屏蔽仿真平台发送来的一切数据，而FPGA将向数模转换单元104发送零；
然后经过功率放大单元105，环路切换单元106，模数转换单元107，将系统中存在的直流量采集到主控板单元101，此时高速处理器DSPlOlb计算出系统中存在的零漂和误差，记录此值，作为正常转换和发送仿真数据的修正值。本发明中主控板单元101采用FPGA+DSP的模式，FPGA处理器IOla负责处理来自仿真平台的仿真数据并进行通道分配。高速处理器DSPlOlb负责采集输出数据并进行计算。数模转换单元包括D/A转换模块、滤波模块和保护模块。D/A转换模块用于将仿真数字量信号转换成模拟信号；滤波模块用于将滤掉除工频50Hz以外频率 的信号；保护模块用于将后端D/A |旲块和功率放大单兀隔尚。功率放大单元包括电流信号放大和电压信号放大。反馈环切换单元106包括反馈环路控制模块和互感器模块。主控板单元101通过一个控制信号线控制反馈环路模块，从而选择双闭环回路的工作状体；互感器模块用于将符合电力标准的电流、电压转换成能直接被A/D芯片采集的电压小信号，此模块只工作在发送电力仿真数值时，而在校正系统误差过程中，是不经过该模块，直流信号直接送给模数转换单元。模数转换单元107包含保护模块、信号调理模块和A/D转换模块。保护模块用于隔离后端模数单元和前端功放单元；信号调理模块用于滤除IOOHz以上的信号，以及抗混叠滤波。网络通信单元102包含通信网络模块和对时网络模块，所述通信网络模块用于连接上位机仿真平台，进行数据交互；所述对时网络模块用于与主机对时。主控板单元、数模转换单元、反馈环切换单元、模数转换单元，构成该装置其中一个闭环，用于测量装置正常发送仿真数据之前，前向通路中的所述的模数转换单元、功率放大单元、以及反馈环路中所述的反馈环切换单元的存在的固有误差。主控板单元、数模转换单元、反馈环切换单元、模数转换单元，构成该装置另一个闭环，用于测量装置正常发送仿真数据时，装置送给后续被测装置的波形数据、及算出当前误差值。
权利要求
1.一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于包括有主控板单元(101)、数模转换单元(104)、功率放大单元(105)、反馈环切换单元(106)、模数转换单元(107)、液晶显示单元(103)、网络通信单元(102)以及给装置各单元提供电压的电源提供单元(108);所述主控板单元(101)与网络通信单元(102)连接通信，主控板单元(101)还与数模转换单元(104)连接通信,数模转换单元(104)与功率放大单元(105)连接通信,反馈环切换单元(106)与功率放大单元(105)和模数转换单元(107)连接通信，模数转换单元(107)与主控板单元(101)连接通信，液晶显示单元(103)连接主控板单元(101)。
2.根据权利要求I所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于所述数模转换单元(104)包括D/A转换模块(104a)、滤波模块(104b)和保护模块(104c)； 所述D/A转换模块(104a)用于将仿真数字量信号转换成模拟信号；所述滤波模块(104b)用于滤掉干扰工频50Hz频率的信号；所述保护模块(104c)用于将后端D/A转换模块(104a)和功率放大单元(105)隔离。
3.根据权利要求I所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于所述模数转换单元(107)包含保护模块(107a)、信号调理模块(107b)和A/D转换模块(107c);所述保护模块(107a)用于隔离后端A/D转换模块(107c)和前端功率放大单元(105);信号调理模块(107b)用于滤除IOOHz以上的信号，以及抗混叠滤波。
4.根据权利要求I所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于网络通信单元(102)包含通信网络模块和对时网络模块，所述通信网络模块用于连接上位机仿真平台，进行数据交互；所述对时网络模块用于与主机对时，使该装置同步于主时钟。
5.根据权利要求I所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于反馈环切换单元(106)包括反馈环路控制模块(106a)和互感器模块(106b)，所述互感器模块(106b)用于将符合电力标准的电流、电压转换成能直接被模数转换单元采集的电压信号。
6.根据权利要求I所述的一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于所述主控板单元(101)包括FPGA处理器(IOla)和高速出立体DSP (101b)，所述FPGA处理器(IOla)负责处理来自仿真平台的仿真数据并进行通道分配，以及在校正系统零漂过程中修正零漂值和在正常发送仿真数据过程中修正仿真稳态值，所述DSP负责采集输出数据并进行计算，得出修正值以及控制液晶显示单元。
7.一种智能变电站双闭环测试控制方法，其特征在于 正常发送仿真数据时 首先，由外界软件仿真平台仿真电力故障，生产数字量，该系统通过网络通信单元(102)，接收仿真数据，并存储在主控板单元(101 )，经过数据通道分配处理以后，准备发送给数模转换单元(104)； 然后，数模转换单元(104)接收到主控板单元(101)的数字量信号以后，将数字量信号转换成范围为-IOV到+IOV电压模拟量信号，经过滤波模块(104b)的处理，得到干净的正弦波信号； 然后功率放大单元(105)将接收到的小信号电压模拟量放大成符合电力系统标准的电流、电压，并发送给接入的合并单元； 然后反馈环切换单元(106)的互感器模块(106b)，按照需要的变比将发送出去的大电流、大电压统一转换成范围为-5V到+5V的电压信号；然后经过二阶滤波以后的电压信号传送给模数转换单元(107)，将模拟小信号量转换成数字量信号，并准备传送给WT主控板单元(101)； 最后WT主控板单元中高速处理器DSP得到模数转换单元(107)的数字量和上层软件仿真的数字量后，经过傅里叶计算得到实际发送出去的量和仿真的量之间差值，依次按照算法计算出下一次发送的修正值，将该修正值送给FPGA处理器； 校正系统零漂和误差 首先通过液晶显示模块(103)的触摸，FPGA处理器给环路切换单元(106)发送控制信号，告知当前装置将进入系统零漂和误差校正状态，启动双闭环回路中的校正零漂和误差的环路，此时装置屏蔽仿真平台发送来的一切仿真数据数据和控制信号，而令FPGA向数模转换单元(104)发送零； 然后经过功率放大单元(105)，环路切换单元(106)，模数转换单元(107)，将系统中存在的直流量采集到主控板单元(101)，此时高速处理器DSP计算出系统中存在的零漂和误差，记录此值，作为正常转换和发送仿真数据的修正值。
全文摘要
本发明公开了一种智能变电站双闭环测试装置，其特征在于包括有主控板单元、数模转换单元、功率放大单元、反馈环切换单元、模数转换单元、液晶显示单元、网络通信单元以及给装置各单元提供不同电压的电源提供单元。该装置结合上位机软件平台和主时钟，能够测试变电站的合并单元、网络交换机、继电保护装置、测量控制装置、安控装置、计量装置、后台监控系统等二次设备的连接可靠性以及配置的正确性。该装置带有两个闭环，其中校正装置各单元零漂的闭环提高了自动化程度，减少了装置调试人员的工作量，同时也减少了该装置的后期维护，让智能变电站现场调试人员能够在实验前校正系统误差；另一个闭环能够实时监测双闭环测试装置的输出量，并根据检测值校正稳态时的输出波形。
文档编号G05B19/042GK102768314SQ20121023091
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者井实, 吴杰, 周传瑞, 张华 , 张昌华, 易建波, 王彪, 甄威, 罗必露, 黄琦 申请人:四川电力科学研究院, 电子科技大学