一种智能变电站二次回路的测试系统的制作方法

1.本发明涉及智能变电站二次回路的测试技术领域，具体涉及一种智能变电站二次回路的测试系统。


背景技术：

2.在目前变电站测试领域，继电保护的检测与调试还停留在传统保护测试的模式上，测试人员手动操作继电保护测试装置，手动设置故障参数，监测保护装置的动作情况，验证保护定值及逻辑功能，记录测试结果并进行判断分析。在整个测试过程中，测试人员的个人经验和工作状态对测试结果有较大影响，且自动化测试程度低，测试周期长。另一方面，不同厂家的测试装置在控制软件、控制接口等方面差异较大，这对在智能变电站实现信息共享和互操作带来巨大挑战，现有的数字化保护测试软件，不能与保护装置进行通信，实现定值的读取和修改、压板的读取和修改、保护测量值的读取、保护事件报告的解析、遥控操作等功能。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种基于全景信息扫描的远动装置遥信配置快速校核方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
4.本发明采取的技术方案为：一种智能变电站二次回路的测试系统，包括人机交互模块、控制模块、模拟量转换模块、功率放大器模块和开关量模块，人机交互模块、模拟量转换模块、功率放大器模块和开关量模块连接到控制模块，控制模块用于文件解析、da数据生成、开出量控制、开入量识别和试验过程控制，模拟量转换模块用于外部模拟量隔离、da输出，功率放大器模块用于对输入小信号的放大，将其转换成波形相同但是带载能力更强的信号，用于驱动互感器类负载，开关量模块设置有4路相互独立的输入开入量，同时独立控制4路开出量。
5.优选的，上述一种智能变电站二次回路的测试系统还包括电源系统，电源系统一共包含控制电源模块、低频电压模块、低频电流模块和高频电流模块，控制电源模块输出5v、24v电压用于控制模块和开关量模块，低频电压模块输出
±
200v电压用于低频电压功率放大器，低频电流模块输出
±
3v电压用于低频电流功率放大器，高频电流模块输出
±
5v电压用于高频电流功率放大器。
6.优选的，上述功率放大器模块的电路采用q1a、q1b、q12、q13、q15a和q15b组成差分对称输入级和采用两对推挽电路分别驱动q3和q22构成输出级，q15a、q15b的输入端分别连接r9和r12，输出级连接有r7、r8、q14组成的偏置电路。
7.优选的，上述模拟量转换模块中设置有光隔离模块。
8.优选的，上述光隔离模块的电路包括线性光耦器和分别连接在线性光耦隔离器输入和输出端的两个运算放大器。
9.优选的，上述在控制模块中的fpga与dac之间增加隔离栅。
10.优选的，上述开关量模块的电路包括有源电路和无源电路。
11.优选的，上述无源电路针对开入量为无源接点输入时，继电器触点断开时，开入量识别为“0”，当继电器触点闭合时，开入量识别为“1”。
12.优选的，上述有源电路针对开入量为有源接点输入时，当无输入电压时，开入量识别为“0”，当有输入电压时，开入量识别为“1”。
13.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明测试装置数据采集、转换、放大、输出功能，可将来自仿真接口装置的采集信号转换成具备一定负载能力的电压、电流、开关量，能够实现变电站的快速测试，便于实现各个接口的连接。
附图说明
14.图1是控制原理示意图；
15.图2是电源系统原理图；
16.图3是功率放大器核心电路图；
17.图4是线性光耦电路图；
18.图5是前级运放电路图；
19.图6是模拟量隔离电路图；
20.图7是adum1401crwz应用电路图；
21.图8是ad5764模拟输出控制电路图；
22.图9是ad5764工作电路图；
23.图10是adr445brz连接图；
24.图11是adr445brz优化调整配置图；
25.图12是小信号输出调理电路图；
26.图13是无源开入量原理图；
27.图14是有源开入量原理图。
具体实施方式
28.下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
29.实施例1：如图1所示，一种智能变电站二次回路的测试系统，包括人机交互模块、控制模块、模拟量转换模块、功率放大器模块和开关量模块，人机交互模块、模拟量转换模块、功率放大器模块和开关量模块连接到控制模块，人机交互模块完成与用户之间的互操作，包括试验配置、试验流程控制、试验数据展示等，其余控制模块之间通过百兆以太网实现数据通信；控制模块用于文件解析、da数据生成、开出量控制、开入量识别和试验过程控制，模拟量转换模块用于外部模拟量隔离、da输出，生成功率放大器所需要的输入信号，其中，外部模拟量输入与da输出通过继电器实现二选一，功率放大器模块用于对输入小信号的放大，将其转换成波形相同但是带载能力更强的信号，用于驱动互感器类负载，开关量模块设置有4路相互独立的输入开入量，同时独立控制4路开出量，控制模块由cpu、fpga、接口模块及其他外围模块构成，其上运行嵌入使操作系统vxworks。
30.优选的，上述一种智能变电站二次回路的测试系统还包括电源系统，电源系统一共包含控制电源模块、低频电压模块、低频电流模块和高频电流模块，控制电源模块输出
5v、24v电压用于控制模块和开关量模块，低频电压模块输出
±
200v电压用于低频电压功率放大器，低频电流模块输出
±
3v电压用于低频电流功率放大器，高频电流模块输出
±
5v电压用于高频电流功率放大器。电源系统完成将220v交流输入电源转换成系统内部需要的各种供电电压的任务，其原理图如图2所示。
31.功率放大器模块共包含3种类型的功率放大器：
32.电压输出u1～u6
33.输入范围：0～7v(rms)
34.输出范围：0～120v(rms)
35.带宽：5khz(3db)
36.准确度：0.5％(》2v)，10mv(≤2v)
37.电流输出i1～i9
38.输入范围：0～7v(rms)
39.输出范围：0～10a(rms)
40.带宽：10khz(3db)
41.准确度：0.5％(》0。1a)，2.5ma(≤0.1a)
42.电流输出i10～i12
43.输入范围：0～7v(rms)
44.输出范围：0～5a(rms)
45.带宽：500khz(3db)
46.准确度：0.5％(》0.05a)，2.5ma(≤0.05a)。
47.优选的，上述功率放大器模块的电路如图3所示，采用q1a、q1b、q12、q13、q15a和q15b组成差分对称输入级和采用两对推挽电路分别驱动q3和q22构成输出级，q15a、q15b的输入端分别连接r9和r12，输出级连接有r7、r8、q14组成的偏置电路，输入级电路有效抑制共模电压，输出级可有效提高电压转换速率，输入电阻的设置可提高输入阻抗，同时与jfet门级杂散电容一起组成低通滤波，滤除信号源或电路版引入的高频干扰，偏置电路可设置功率放大器的静态工作电流，电路中 vb、-vb为自举电源输入端，可提高功率放大器的输出幅值。
48.优选的，上述模拟量转换模块中设置有光隔离模块；光隔离模块的电路包括线性光耦器和分别连接在线性光耦隔离器输入和输出端的两个运算放大器。光隔离是一种很常用的信号隔离形式。常用光耦器件及其外围电路组成。模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。光隔离选用型号hcnr201，其中1、2引脚作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。1、2引脚之间的电流记作if，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作ipd1和ipd2。输入信号经过电压-电流转化，电压的变化体现在电流if上，ipd1和ipd2基本与if成线性关系，线性系数分别记为k1和k2，即k1与k2一般很小(hcnr201是0.48％)，并且随温度变化较大(hcnr201的变化范围在0.26％到0.72％之间)，但芯片的设计使得k1和k2相等。和普通光耦一样，线性光耦真正隔
离的是电流，要想真正隔离电压，需要在输入和输出处增加运算放大器等辅助电路。电路如图4所示，设输入端电压为vin，输出端电压为vout，光耦保证的两个电流传递系数分别为k1、k2。将前级运放的电路提出来看，如图5所示，设运放负端的电压为vi，运放输出端的电压为vo，在运放不饱和的情况下二者满足下面的关系：
49.vo＝vo0-gvi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
50.其中vo是在运放输入差模为0时的输出电压，g为运放的增益，一般比较大。
51.忽略运放负端的输入电流，可以认为通过r1的电流为ip1，根据r1的欧姆定律得：
[0052][0053]
通过r3两端的电流为if，根据欧姆定律得：
[0054][0055]
其中，vdd为光耦2脚的电压，考虑到led导通时的电压基本不变，这里的vdd作为常数对待。
[0056]
根据光耦的特性，即
[0057]
k1＝ip1/if
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0058]
将(1)(2)(3)表达式代入上式，可得：
[0059][0060]
上式经变形可得到：
[0061][0062]
将(6)的表达式代入(3)式可得：
[0063][0064]
考虑到g特别大，则可以做以下近似：
[0065][0066]
这样，输出与输入电压的关系如下：
[0067][0068]
可见，在上述电路中，输出和输入成正比，并且比例系数只由k3和r1、r2确定。一般选r1＝r2，达到只隔离不放大的目的。
[0069]
模拟量隔离电路全图如图6所示。
[0070]
为了保护控制电路，使其与可能的有害共模电压隔离，在控制模块中的fpga与dac之间增加隔离栅，选用数字隔离芯片adum1401crwz，电路图如图6所示。
[0071]
da转换共需要12路模拟量小信号输出，用3片ad5764的dac芯片实现12路模拟小信号输入，电路图如图8所示。ad5764采用spi串行接口方式输入，能够以最高30mhz的时钟速率工作。对于多片dac，可采用菊花链工作模式将其串在一起，菊花链工作模式的优点是减少了dac与fpga之间的连线，而缺点则是增加了dac输出的刷新时间，且增加了误码的几率。故本设计中5片dac采用控制线共用，输入、输出数据线独立工作的模式；ad5764输出电压表示为：
[0072][0073]
其中：d是dac所加载编码的十进制等效值。
[0074]
da转换模拟输出控制：当电源电压发生变化时，voutx引脚通过一个低阻抗路径钳位至0v。为了避免输出放大器输出短路为0v，传输门g1打开。一直持续到电源稳定下来并向数据寄存器写入一个有效字，g2打开，g1闭合。通过复位逻辑(rstin#)控制输入，也可以从外部对两个传输门进行控制。在关断或掉电时，rstin#输入信号为低电平，打开g1，闭合g2。如图9所示的控制图。
[0075]
da转换的可编程短路保护：输出放大器短路电流可以在iscc引脚与pgnd之间插入外部电阻来设置。可编程电流范围为500μa～10ma，相应的电阻范围为120kω～6kω。电阻
值计算公式为r＝60/isc。如果iscc引脚悬空，短路电流限制值默认为5ma。当驱动容性负载时，短路电流限制为很小的值时可能会影响输出的压摆率。因此，所设的短路电流值应考虑所驱动的容性负载大小。、
[0076]
ad5764包含2位数字i/o端口(d0和d1)，这2位可以独立地配置为输入或者输出，可驱动或通过串行接口读回其值。i/o端口信号以dvcc和dgnd为基准。配置为输出时，可以作多路复用器的控制信号，或用于控制系统中的其它校准电路。配置为输入时，以限制开关为例，其逻辑信号可以接到d0和d1并通过数字接口读回。
[0077]
ad5764集成局部接地失调调整功能，在功能寄存器中使能此功能时，它会根据dac接地引脚agnd与refgnd引脚之间的电压差值调整dac输出，确保dac输出电压始终以本地dac接地引脚为参考。
[0078]
基准电压源的选择：选择低噪声、低温度系数、宽温度范围基准电压源adr445brz，有利于减小dac输出误差，电路图如图10所示，在输入和输出端接0.1μf电容到地，以稳定工作；在输入端接10μf电容到地，可以提高线路电压瞬态性能。trim脚使用户可以在有限范围内调整器件的输出电压。通过一个点危机连接在输出和接地之间，将调整端连接至trim引脚，可以调整基准电压源的误差和总体系统误差。优化的调整配置如图11所示，r1允许输出微调，但并不一定是必需的。rp应足够大，以保证不会超出最大输出电流。使用调整功能对温度性能的影响可以忽略。但是，所有电阻都必须是低温度系数电阻，否则会产生误差。
[0079]
模拟量小信号输出调理电路选择：为了提高dac输出负载能力，在dac输出之后加运放隔离，电压跟随输出。需要选用低噪声运放，此处选用op27gsz，如图12所示。
[0080]
优选的，上述开关量模块的电路包括有源电路和无源电路。无源电路针对开入量为无源接点输入时，如图13所示，继电器触点断开时，开入量识别为“0”，当继电器触点闭合时，开入量识别为“1”；有源电路针对开入量为有源接点输入时，如图14所示，当无输入电压时，开入量识别为“0”，当有输入电压时，开入量识别为“1”。开入量采用有源、无源自适应电路，可适应各种类型、各种工作电压(24v～250v)、任意极性的接点。
[0081]
作为测试仪器，上述光数字继电保护测试装置需要进行定期校准和检验。随着智能变电站的推广和普及，光数字继电保护测试仪的数量也会大幅度增加，会增加检验人员的工作负担。因此，有必要制定统一的通信接口，操作人员只需要熟悉一种操作界面即可完成各种型号光数字继电保护测试仪的检验，从而提高检验工作的效率。通信接口为一种基于xml的继电保护测试仪的通信接口，通信接口包含一个根元素“message”，通过“message”元素可以达到以下目的：
[0082]
1)向测试仪传递配置信息。
[0083]
2)启动或者停止测试仪。
[0084]
3)获取测试仪的反馈信息。
[0085]“message”元素包含以下属性：
[0086]
1)version：描述“message”的版本。
[0087]
2)type：描述“message”的类型，包括request(请求)、respond(响应)、report(报告)3种类型。
[0088]
3)sequence：描述当前“message”的顺序号。
[0089]
当“message”的类型为“request”或者“respond”时，包含1个“execute”元素。“execute”元素包含以下属性：
[0090]
1)command：描述要执行何种命令，包括启动、停止、系统配置、状态配置4种类型。
[0091]
2)return：描述执行命令的结果是成功还是失败，仅当所述“message”的类型为“respond”时该属性才出现。
[0092]
当需要进行系统配置时，所述“execute”元素还包括一“block”元素和一“control”元素。所述“block”元素包括零到多个“svcb”元素用于设置sv控制块；包括零到多个“gocb”元素用于设置goose控制块。所述“control”元素包括一“sv”元素用于设置采样值参数；包括一“map”元素用于映射开入量；包括一“port”元素用于设置物理端口。
[0093]
当需要进行状态配置时，所述“execute”元素还包括一到多个“state”元素用于设置状态序列。所述“state”元素包括一“trigops”元素用于设置状态切换的触发条件；包括零到多个“svcb”元素用于设置当前状态下sv通道的值；包括零到多个“gocb”元素用于设置当前状态下goose通道的值；包括一“hardcontact”元素用于设置当前状态下开出量硬接点的值。
[0094]
当“message”的类型为“report”时，根据报告的内容，“message”包含以下2种子元素的其中之一：
[0095]
1)“input”元素：用于报告开入量动作时的状态、动作的开入量、动作时间、动作类型；
[0096]
2)“state”元素：用于报告状态的编号及状态的结束时间，以跟踪测试的进度。
[0097]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。