一种直流控制保护录波数据回放加量测试装置及方法与流程

本发明涉及电力系统故障测试，尤其涉及一种直流控制保护录波数据回放加量测试装置及方法。

背景技术：

1、随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，以及直流电网制造水平的不断提高，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用，将会成为特高压直流输电中的重要的输电方式。目前特高压直流输电主要有三种方式，基于相控换相技术的电流源换流器型常规高压直流输电（lcc-hvdc）、基于可关断器件(通常为igbt)和高频调制技术柔性高压直流输电（vsc-hvdc）以及整流侧lcc-hvdc逆变侧vsc-hvdc的混合直流输电。国内常规直流互感器一般都是采用10khz采样速率，柔性直流根据测点的不同会配置不同采样速率的直流互感器，通常在桥臂侧及阀侧会采用50khz采样速率输出以提高直流互感器在故障时的响应速度。所以为了兼容各种应用场景直流互感器一般在远端模块采用50khz的采样速率输出，而在合并单元上根据具体的应用需求配置不同的输出速率，主要为10khz与50khz两种，故障录波装置一般统一配置所以一般都是采集10khz的数据。

2、而当换流站发生事故且无法准确定位保护及控制行为是否正确时，我们需要对具体设备施加数字量来进行故障波形回放给控制与保护设备。此时有两种方式一种是在合并单元前端模拟远端块输出或者在合并单元后端模拟合并单元输出，此时我们需要同时输出不同采样速率的数据来进行测试。目前还没有相应设备能同时施加不同截止频率下的多采样速率数据且可同时模拟现场远端模块与合并单元采样时刻的随机性。

3、现有的交流滤波器保护测试主要有两种方式：

4、1.rtds仿真测试

5、rtds仿真测试需要搭建复杂的测试系统，测试成本高，测试使劲长，现场不具备测试条件。

6、2.直流保护测试仪测试

7、直流保护测试仪施加数字量ft3信号给直流控制保护完成测试。直流保护测试仪测试时，由于直流系统尤其是柔性直流故障过程波形非常复杂目前还不能通过暂态计算获得精确故障数据只能施加工频量及高频量，无法施加暂态过程信息，同时也无法仿真直流互感器传变特性及合并单元随机晶振带来的高频信号延时误差。

8、3.录波回放

9、导入comtrade标准格式的现场录波生成文件或rtds、pscad的仿真录波生成文件，由直流保护测试仪下发至控制保护完成暂态测试。录波回放的方式需要投运后获取原始数据后再进行测试，缺乏合闸角对投运高频电流的影响，同时由于录波器已对两路合并单元进行了同步处理，失去了高频信号的随机性。同时由于录波数据只有10khz数据，对高频信号存在较大失真，测试过程不准确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直流控制保护录波数据回放加量测试装置及方法，采用便携式设计，双核cpu分别处理人机交互与数据处理以及直流互感器模拟发送，配置充电电池，以提前将录波数据下发至测试仪，方便现场快速便捷的给保护控制设备加量测试。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供一种直流控制保护录波数据回放加量测试装置，包括处理单元、与处理单元连接的充电电池、光电转换模块和通信模块；

4、所述处理单元包括fpga和处理器内核；

5、所述光电转换模块包括至少一个转换通道，各转换通道包括通过发送端（tx）或接收端（rx）与光纤接收器件连接的光纤串口，所述光纤接收器件与fpga连接；所述fpga中包括至少一个晶振体系；

6、所述通信模块包括网线接口和以太网物理层芯片，所述网线接口通过以太网物理层芯片连接至处理器内核，用于接收外部输入的录波数据；

7、所述处理器内核通过片外总线与液晶显示模块连接。

8、可选的，所述处理单元采用zynq 7020芯片。

9、可选的，所述光纤串口采用afbr 2418tz；所述光纤接收器件采用st接口，工作温度-40至85度，接收数据波长865nm，接收数据速率最大50mbd，具备良好的数据兼容性。

10、可选的，所述晶振体系的外部晶振采用50mhz的高恒温晶振，频率精度等级可达5ppm，以保证整个系统虚拟晶振体系的正常运转。

11、第二方面，本发明提供一种直流控制保护录波数据回放加量测试方法，包括：

12、通过以太网ftp协议将原始录波数据导入到处理器内核的文件系统中；

13、从所述录波数据中选择需要发送的采样值通道，并生成相对应的10khz采样值序列；

14、对所述10khz采样值序列进行离散逆rc滤波，得到逆滤波后的10khz采样值序列；

15、对所述逆滤波后的10khz采样值序列进行离散插值，得到50khz的采样值序列；

16、模拟无源二阶低通滤波回路对所述50khz的采样值序列进行50khz滤波处理，得到50khz滤波后的采样值序列；

17、fpga通过多个晶振生成的多路独立时钟并行驱动多个ft3端口，对所述50khz滤波后的采样值序列进行模拟后仿真发送。

18、可选的，对所述10khz采样值序列进行离散逆rc滤波过程包括：

19、根据rc滤波的传递函数：

20、；

21、；

22、式中，为rc滤波的截止频率；为rc滤波的阻尼系数；为原始信号的频谱；为截止角频率；

23、对原始录波数据进行逆滤波处理，用于补偿5khz频谱范围内的损失信号，逆滤波采用双线性离散化变换；逆滤波公式表示为：

24、；

25、；

26、式中，为10khz采样值序列；为逆滤波后的10khz采样值序列；为采样周期；分别为中间变量；预畸变后的数字域截止角频率。

27、可选的，所述离散插值采用立方插值；对所述逆滤波后的10khz采样值序列进行5倍离散插值，公式表示为：

28、；

29、式中，为50khz的采样值序列。

30、可选的，所述模拟无源二阶低通滤波回路对所述50khz的采样值序列进行50khz滤波处理中，低通滤波回路由两个电阻r和两个电容c组成，滤波公式表示为：

31、；

32、；

33、式中，为50khz滤波后的采样值序列；为50khz的采样值序列；为采样周期；为中间参数。

34、可选的，所述驱动多个ft3端口发送的过程为：

35、每一个ft3端口依据自身晶振提供的位同步时钟，在硬件驱动层对待发送的采样值序列进行ft3协议编码，生成采样数据帧，所述编码过程包括：

36、将当前时刻所有通道的采样点按协议规定的顺序排列，形成数据净荷；

37、在数据净荷前附加起始符和采样计数器，在数据净荷后附加crc校验码，组合成包括帧头、多通道采样值及crc校验码的完整采样数据帧；

38、发送时，对当前采样数据帧按字节进行并串转换，逐位输出至光电转换模块；同时，crc校验逻辑并行计算下一帧数据的crc校验码，采用流水线控制模式，使数据发送过程与crc校验过程重叠进行；模块与模块之间运行时相互独立，并行占用内部硬件资源，通过牺牲处理器资源换取多通道数据的高速连续输出；

39、当一帧采样数据全部发送完毕后，ft3端口持续输出空闲位编码，维持线路空闲状态，直至新一帧采样数据的发送中断触发，开始下一轮发送；当所有采样数据发送完毕后，同步完成最后一帧数据的crc校验计算，并将crc校验码作为该帧的结束字节发送，最终经光电转换模块进行电光转换后输出，完成整个测试数据的发送。

40、可选的，所述仿真发送采用同步触发模式，即所有故障发生时刻均由fpga统一管理，给出同步触发命令后，所有ft3端口均按照自身晶振体系所控制的绝对时间进行报文发送。

41、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

42、1.本发明采用便携式设计，双核cpu分别处理人机交互与数据处理以及直流互感器模拟发送，配置充电电池，可提前将录波数据下发至测试仪，方便现场快速便捷的给保护控制设备加量测试；

43、2.本发明采用二阶rc无源滤波的逆滤波离散进行反向滤波，以保证在10khz采样速率下有效频谱范围内的信号还原；

44、3.本发明采用立方插值，将10khz采样数据升阶为50khz采样数据，降低升阶过程引入的其他高频干扰信号；

45、4.本发明采用rc离散滤波，对50khz采样数据按照直流互感器真实截止频率进行离散滤波，模拟直流互感器的真实采样过程，同时可将升阶过程引入的高频干扰滤除；

46、5.本发明利用fpga的硬件处理能力，同时接入多路晶振，单独控制对应的ft3输出模块，模拟现场直流互感器远端模块及合并单元的非同步工作模式；

47、6.本发明采用同步触发的模式进行输出，保证各路ft3数据在异步工作模式下按照故障发生时刻进行同步。