CN105376119A - 智能变电站系统级时间特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能变电站系统级时间特性测试装置，包括数据传输系统和数据分析系统，数据传输系统包括标准信号采集模块、数据处理转发模块和同步信号输出模块，标准信号采集模块和数据处理转发模块连接数据分析系统，同步信号输出模块的输出端连接标准信号采集模块的输入端和数据处理转发模块的输入端。本发明能够实现智能变电站被试合并单元、保护测控装置和智能开关设备的时间特性测试，大大提高了智能变电站的调试速度，并为智能变电站的快速发展建设提供了良好的技术保证，为智能变电站的安全稳定运行打下了坚实基础。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统智能变电站和数字化变电站的检测校验设备技术领域，尤其涉及一种智能变电站系统级时间特性测试装置。
背景技术
智能变电站是智能电网建设中不可或缺的重要组成部分。与传统变电站相比，智能变电站电气设备之间的采样、控制信号越来越多地由传统电缆模拟量传输方式转变为了光纤数字化传输方式，由此也带来了数据信息传输的不稳定性问题，其中时间性能的不稳定性尤为明显。EC61850（DL/T860）标准的一致性测试对于系统性能测试进行了相关规定和说明，其中一致性测试文档对性能测试提出了两方面的要求，分别为时间准确度和通讯延迟测试。时间准确度国内主要采用同步精度和时间守时精度作为测试指标，通讯延迟主要采用离散度和绝对延迟作为测试指标。
目前，智能变电站及数字化变电站的发展已经进入到大面积工程应用阶段，为保障智能变电站安全稳定的运行，投运前不仅需要对各种设备自身性能及功能进行测试，更需要加重对变电站的系统级测试，以达到对智能变电站整体性能和功能的综合评估与检测。从目前的状况来看，市场上已有的相关测试仪器和工具只能分别对合并单元、智能终端和保护测控等不同智能电子设备进行测试，脱离了智能变电站整体性、系统性的测试要求，降低了测试效率，且测试方式由测试设备自身产生测试信号，不能完全体现其真实运行情况；测试过程中依赖标准时钟源及其精度，并要求测试设备具有接入及输出对时信号的能力，降低了测试兼容性，增加了现场测试回路的复杂度和难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能变电站系统级时间特性测试装置，能够同时对智能变电站的被试合并单元、保护测控装置和智能开关设备进行时间特性测试，满足电力系统用户对智能变电站的系统级时间特性测试需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
智能变电站系统级时间特性测试装置，包括数据传输系统和数据分析系统，数据传输系统包括标准信号采集模块、数据处理转发模块和同步信号输出模块，所述的标准信号采集模块和数据处理转发模块连接数据分析系统，同步信号输出模块的输出端连接标准信号采集模块的输入端和数据处理转发模块的输入端；标准信号采集模块用于获取智能变电站一次电量的模拟信号，并基于同步信号输出模块的时钟节拍对模拟信号进行采样，将得到的标准采样数据提交至数据分析系统；数据处理转发模块用于接收智能变电站被试合并单元发出的FT3采样值数据，并标记到达时刻信息和进行格式转换，将带有时标的FT3采样值数据通过以太网提交至数据分析系统；数据处理转发模块还用于接收智能变电站被试合并单元发出的SV报文并标记到达时刻信息，将带有时标的被试合并单元SV报文提交至数据分析系统；数据处理转发模块还用于接收智能变电站保护测控装置发出的Goose报文和智能开关设备发出的Goose报文并分别标记到达时刻信息，将带有时标的保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文提交至数据分析系统；数据处理转发模块还用于实时采集智能开关设备的开关量信号并提交至数据分析系统；同步信号输出模块用于输出秒脉冲同步信号；数据分析系统用于提取并对比标准信号采集模块输出的标准采样数据和数据处理转发模块输出的FT3采样值数据的基波相位，实现智能变电站被试合并单元的时间特性测试；数据分析系统还用于对比数据处理转发模块输出的被试合并单元SV报文和保护测控装置Goose报文的时标信息，实现保护测控装置的时间特性测试；数据分析系统还用于对比数据处理转发模块输出的智能开关设备Goose报文的时标信息和开关量信号的变位信息，实现智能开关设备的时间特性测试。
所述的数据处理转发模块包括数据接收单元和数据转发单元，数据接收单元通过共享式双端口存储器与数据转发单元连接，数据接收单元用于接收智能变电站被试合并单元发出的SV报文、符合IEC60044-8标准或国家电网标准的FT3采样值数据、保护测控装置发出的Goose报文和智能开关设备发出的Goose报文，并分别记录被试合并单元SV报文、FT3采样值数据、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文的到达时刻信息，数据接收单元还用于实时采集智能开关设备的开关量信号；数据转发单元用于分别对被试合并单元SV报文、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文标记到达时刻信息，形成带有时标的被试合并单元SV报文、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文后传送给数据分析系统，数据转发单元还用于对FT3采样值数据标记到达时刻信息，并将带有时标的FT3采样值数据转换成IEC61850-9-1协议形式后通过以太网传送给数据分析系统，数据转发单元还用于将智能开关设备的开关量信号传送给数据分析系统。
所述的标准信号采集模块包括标准电压采集单元、标准电流采集单元和多路同步采集板，标准电压采集单元包括标准电压互感器和电压信号转换器，标准电压互感器的输出端连接电压信号转换器的输入端，标准电流采集单元包括标准电流互感器和电流信号转换器，标准电流互感器的输出端连接电流信号转换器的输入端，电压信号转换器的输出端和电流信号转换器的输出端分别连接多路同步采集板的输入端，多路同步采集板连接数据分析系统，多路同步采集板的输入端还连接同步信号输出模块的输出端。
所述的同步信号输出模块包括1PPS秒脉冲同步信号输出单元和IRIG-B码对时光脉冲信号输出单元。
所述的数据接收单元采用FPGA，所述的数据转发单元采用微处理器。
所述的数据分析系统采用PC上位机。
本发明通过标准信号采集模块对智能变电站一次电量的模拟信号进行采样并标定时标，为合并单元的时间特性测试提供用于对比的标准源；本发明通过数据处理转发模块实现对智能变电站多种形式的采样数据的接收、同步处理和转发，利用数据分析系统实现智能变电站各层设备的时间特性测试，大大提高了智能变电站的调试速度，并为智能变电站的快速发展建设提供了良好的技术保证，为智能变电站的安全稳定运行打下了坚实基础。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的智能变电站系统级时间特性测试装置，包括数据传输系统和数据分析系统，数据传输系统包括标准信号采集模块、数据处理转发模块和同步信号输出模块，标准信号采集模块和数据处理转发模块连接数据分析系统，同步信号输出模块的输出端连接标准信号采集模块的输入端和数据处理转发模块的输入端。
标准信号采集模块包括标准电压采集单元、标准电流采集单元和多路同步采集板，标准电压采集单元包括标准电压互感器和电压信号转换器，标准电压互感器的输出端连接电压信号转换器的输入端，电压信号转换器的输出端连接多路同步采集板的输入端；标准电流采集单元包括标准电流互感器和电流信号转换器，标准电流互感器的输出端连接电流信号转换器的输入端，电流信号转换器的输出端连接多路同步采集板的输入端，多路同步采集板连接数据分析系统，多路同步采集板的输入端还连接同步信号输出模块的输出端。标准信号采集模块用于获取智能变电站一次电量的模拟信号，并基于同步信号输出模块的时钟节拍对模拟信号进行采样，将得到的标准采样数据提交至数据分析系统，作为合并单元时间特性测试的对比信号。具体来说，标准电压互感器将智能变电站的一次电压转换为二次电压，经过电压信号转换器后二次电压成为可供A/D转换的小电压信号，同理，标准电流互感器将智能变电站的一次电流转换为二次电流，经过电流信号转换器后二次电流成为可供A/D转换的小电流信号，多路同步采集板基于同步信号输出模块的时钟节拍分别对小电压信号和小电流信号进行高精度采集，并将带有时标的标准采样数据传输给数据分析系统，作为合并单元时间特性测试的对比标准源。
数据处理转发模块包括数据接收单元和数据转发单元，本实施例中的数据接收单元采用FPGA实现，数据转发单元采用微处理器实现。数据接收单元通过共享式双端口存储器即双口RAM与数据转发单元连接，能够实现每1ms的数据交换。其中，数据接收单元的外围电路包括秒脉冲同步信号接收单元、以太网数据接收单元和FT3采样值数据接收单元，FT3采样值数据接收单元采用两组HFBR-2416光接收器件，能够自适应接收符合IEC60044-8标准或国家电网标准的FT3采样值数据；以太网数据接收单元采用两组AFBR-5803以太网收发器件，由FPGA直接控制，能够实现两组SV报文或Goose报文的接收，其中SV报文为被试合并单元输出的符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2协议的采样值数据，Goose报文为保护测控装置和智能开关设备发出的面向通用对象的变电站事件。数据接收单元通过监测1PPS秒脉冲同步信号或IRIG-B码对时光脉冲信号，实时接收智能变电站被试合并单元发出的SV报文、符合IEC60044-8标准或国家电网标准的FT3采样值数据、保护测控装置发出的Goose报文和智能开关设备发出的Goose报文，并分别记录被试合并单元SV报文、FT3采样值数据、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文的到达时刻信息，数据接收单元还用于实时采集智能开关设备的开关量信号。数据转发单元用于分别对被试合并单元SV报文、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文标记到达时刻信息，形成带有时标的被试合并单元SV报文、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文后传送给数据分析系统。由于数据分析系统不能直接接收FT3格式的采样值数据，数据转发单元还用于对FT3采样值数据标记到达时刻信息，并将带有时标的FT3采样值数据转换成IEC61850-9-1协议形式后通过以太网传送给数据分析系统，数据转发单元还用于将智能开关设备的开关量信号传送给数据分析系统。
同步信号输出模块包括1PPS秒脉冲同步信号输出单元和IRIG-B码对时光脉冲信号输出单元，能够分别输出1PPS秒脉冲同步信号或IRIG-B码对时光脉冲信号，为标准信号采集模块的多路同步采集板和数据处理转发模块的数据接收单元提供秒脉冲同步信号。
本实施例中的数据分析系统采用PC上位机，数据分析系统用于提取并对比标准信号采集模块输出的标准采样数据和数据处理转发模块输出的FT3采样值数据的基波相位，实现智能变电站被试合并单元的时间特性测试；数据分析系统还用于对比数据处理转发模块输出的被试合并单元SV报文和保护测控装置Goose报文的时标信息，实现保护测控装置的时间特性测试；数据分析系统还用于对比数据处理转发模块输出的智能开关设备Goose报文的时标信息和开关量信号的变位信息，实现智能开关设备的时间特性测试。
本发明的工作原理是：标准信号采集模块基于同步信号输出模块的时钟节拍对智能变电站一次电量的模拟信号进行采样，并将带有时标的标准采样数据提交至数据分析系统；利用数据处理转发模块获取被试合并单元将智能变电站一次电量的模拟信号进行采样后输出的FT3采样值数据并记录其到达时刻信息，将带有时标的FT3采样值数据转换成IEC61850-9-1协议形式后通过以太网传送给数据分析系统；数据分析系统对带有时标的FT3采样值数据进行插值处理获得同步采样数据，通过提取并对比同步采样数据和标准采样数据的基波信号的相位信息，完成电压电流精度比对、相位同步核对和绝对延迟时间测量，实现合并单元的时间特性测试。
本发明的数据处理转发模块可接收智能变电站保护测控装置发出的Goose报文和被试合并单元发出的SV报文，并基于同步信号输出模块输出的秒脉冲同步信号分别记录保护测控装置Goose报文和被试合并单元SV报文的到达时刻信息，形成带有时标的保护测控装置Goose报文和被试合并单元SV报文后提交至数据分析系统，数据分析系统根据被试合并单元SV报文和保护测控装置Goose报文的时标信息，计算继电保护在发生故障时的动作时限，完成保护测控装置的时间特性测试。
本发明通过数据处理转发模块获取智能开关设备发出的Goose报文，并记录智能开关设备Goose报文的到达时刻信息，形成带有时标的智能开关设备Goose报文后传送给数据分析系统，同时实时采集智能开关设备的开关量信号并提交至数据分析系统，数据分析系统根据智能开关设备Goose报文的时标信息和开关分/合状态的变位信息，计算智能开关设备接收Goose报文并处理的延迟时间和智能开关设备开关分/合状态变位并发送Goose报文的延迟时间，完成智能开关设备的时间特性测试。
本发明能够实现智能变电站被试合并单元、保护测控装置和智能开关设备的时间特性测试，大大提高了智能变电站的调试速度，并为智能变电站的快速发展建设提供了良好的技术保证，为智能变电站的安全稳定运行打下了坚实基础。
Claims (6)
1.智能变电站系统级时间特性测试装置，其特征在于：包括数据传输系统和数据分析系统，数据传输系统包括标准信号采集模块、数据处理转发模块和同步信号输出模块，所述的标准信号采集模块和数据处理转发模块连接数据分析系统，同步信号输出模块的输出端连接标准信号采集模块的输入端和数据处理转发模块的输入端；标准信号采集模块用于获取智能变电站一次电量的模拟信号，并基于同步信号输出模块的时钟节拍对模拟信号进行采样，将得到的标准采样数据提交至数据分析系统；数据处理转发模块用于接收智能变电站被试合并单元发出的FT3采样值数据，并标记到达时刻信息和进行格式转换，将带有时标的FT3采样值数据通过以太网提交至数据分析系统；数据处理转发模块还用于接收智能变电站被试合并单元发出的SV报文并标记到达时刻信息，将带有时标的被试合并单元SV报文提交至数据分析系统；数据处理转发模块还用于接收智能变电站保护测控装置发出的Goose报文和智能开关设备发出的Goose报文并分别标记到达时刻信息，将带有时标的保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文提交至数据分析系统；数据处理转发模块还用于实时采集智能开关设备的开关量信号并提交至数据分析系统；同步信号输出模块用于输出秒脉冲同步信号；数据分析系统用于提取并对比标准信号采集模块输出的标准采样数据和数据处理转发模块输出的FT3采样值数据的基波相位，实现智能变电站被试合并单元的时间特性测试；数据分析系统还用于对比数据处理转发模块输出的被试合并单元SV报文和保护测控装置Goose报文的时标信息，实现保护测控装置的时间特性测试；数据分析系统还用于对比数据处理转发模块输出的智能开关设备Goose报文的时标信息和开关量信号的变位信息，实现智能开关设备的时间特性测试。
2.如权利要求1所述的智能变电站系统级时间特性测试装置，其特征在于：所述的数据处理转发模块包括数据接收单元和数据转发单元，数据接收单元通过共享式双端口存储器与数据转发单元连接，数据接收单元用于接收智能变电站被试合并单元发出的SV报文、符合IEC60044-8标准或国家电网标准的FT3采样值数据、保护测控装置发出的Goose报文和智能开关设备发出的Goose报文，并分别记录被试合并单元SV报文、FT3采样值数据、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文的到达时刻信息，数据接收单元还用于实时采集智能开关设备的开关量信号；数据转发单元用于分别对被试合并单元SV报文、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文标记到达时刻信息，形成带有时标的被试合并单元SV报文、保护测控装置Goose报文和智能开关设备Goose报文后传送给数据分析系统，数据转发单元还用于对FT3采样值数据标记到达时刻信息，并将带有时标的FT3采样值数据转换成IEC61850-9-1协议形式后通过以太网传送给数据分析系统，数据转发单元还用于将智能开关设备的开关量信号传送给数据分析系统。
3.如权利要求1或2所述的智能变电站系统级时间特性测试装置，其特征在于：所述的标准信号采集模块包括标准电压采集单元、标准电流采集单元和多路同步采集板，标准电压采集单元包括标准电压互感器和电压信号转换器，标准电压互感器的输出端连接电压信号转换器的输入端，标准电流采集单元包括标准电流互感器和电流信号转换器，标准电流互感器的输出端连接电流信号转换器的输入端，电压信号转换器的输出端和电流信号转换器的输出端分别连接多路同步采集板的输入端，多路同步采集板连接数据分析系统，多路同步采集板的输入端还连接同步信号输出模块的输出端。
4.如权利要求3所述的智能变电站系统级时间特性测试装置，其特征在于：所述的同步信号输出模块包括1PPS秒脉冲同步信号输出单元和IRIG-B码对时光脉冲信号输出单元。
5.如权利要求4所述的智能变电站系统级时间特性测试装置，其特征在于：所述的数据接收单元采用FPGA，所述的数据转发单元采用微处理器。
6.如权利要求5所述的智能变电站系统级时间特性测试装置，其特征在于：所述的数据分析系统采用PC上位机。
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