CN201368907Y - 一种电力仿真信号转换装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种电力仿真信号转换装置

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IEC61850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±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，本装置采用光纤传送，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。

附图说明

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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RTDS201，接收RTDS 201输出的模拟信号，将模拟信号转换成符合IEC61850-9-1/2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10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11，连接于RTDS 1，用于将RTDS 1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IEC61850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还可包含一采样格式设置模块，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10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±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，根据设定的采集参数控制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IEC61850-9-1/2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，将接收的采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、数据采集单元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IEC61850-9-1/2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、采样率、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采用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AD 801，采用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±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AD 801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，将接收的采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 ServiceData Unit)数目、逻辑设备名(LDName，Logical-Device Name)、标记控制信息(TCI，Tag Control Infomation)、应用标识(APPID，Application Identifier)、GOOSE控制块(goCB，GOOSE-Control-Block)、GOOSED、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100μs；

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、GOOSED、MAC地址和开关量到GOOSE的映射关系等。配置结束后的采集参数可保存，以确保掉电后采集参数不会丢失。

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采样值报文输出。

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，输出的每个采样值报文的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路采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，通过同步采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907、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可将采样值报文输出至数字继电保护设备，指示灯905用于显示光口903的工作状态，网口907可通过以太网采与上位机相连，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10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11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采样值报文)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。

Claims (7)

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1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1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1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：

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；

采样值报文生成单元，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。

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