CN102608450A - 适用于智能变电站的测试校验系统及校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于智能变电站的测试校验系统及校验方法，包含上位机；一嵌入式系统下位机，下位机中包含采集板、信号板、数据板和同步板四个子板，信号板、数据板和同步板由外置式适配器提供DC5V供电；同步板为其他子板提供同步脉冲信号；上位机以太网口通过RJ45双绞线经工业交换机，与下位机的信号板、智能变电站以及数字化变电站的过程层、间隔层、站控层网络相连。该智能变电站测试校验装置能方便目前智能变电站以及数字化变电站的电气量检测及校核工作，大大提高了智能变电站以及数字化变电站的调试速度，从而为智能变电站以及数字化变电站建设提供良好的技术保证，为智能变电站以及数字化变电站的安全稳定运行打下坚实基础。

Description

适用于智能变电站的测试校验系统及校验方法

技术领域

本发明涉及一种适用于智能变电站的测试校验系统及校验方法，用于智能变电站以及数字化变电站电子式互感器、合并单元、保护测控装置、智能开关、电能表等系统级现场测试和校验，属于电力系统智能变电站以及数字化变电站检测/校验技术领域。

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。2009年国家电网公司一系列数字化变电站技术标准的制定标志着数字化变电站的建设已由科技项目阶段走向工程实践阶段。随着电子式互感器、合并单元、智能开关等的大规模应用，一方面电气设备之间的信号传递由传统的电缆模拟量传输方式转变为了光纤数字化传输方式；另一方面，数据共享、功能模块化分布式配置成为变电站建设的基本特征。相应的，对智能变电站以及数字化变电站的电气量校核技术和体系提出了新的要求。

为了解决工程应用的迫切需求，目前智能/数字化变电站中数字化的继电保护测控装置、数字量电能表、电子式互感器的现场校验主要有两种手段：一是采用厂家自己的测试工具，但这类测试工具一般功能简单、性能较低，通用性差，校验过程中出现无法联通时，难以界定哪方厂家技术有问题；二是采用第三方经过权威认证的校验工具，但这类测试工具现在只是完成一或两类设备的校验，不能完成数字化变电站整体（系统级）测试。智能开关设备和仿真电子式电流电压互感器特性的合并单元测试的现场校验目前国内外还是空白。

从现阶段智能变电站（数字化变电站）工程实施来看，由于缺乏系统级校验系统：第一，电流电压采集、I/O开关量处理等信息高度共享的模块存在多次重复性测试，大大增加了人力成本和资源消耗；第二，变电站设备整体运行效果只有投入运行后才能显现，而不能在这之前发现和解决问题，违背了增加校验、检测环节的初衷和目的；第三，校验、检测类设备过于分散，不便于设备的保管和维护，同时存在资源浪费的现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决智能变电站以及数字化变电站智能开关设备、仿真电子式互感器特性的合并单元测试的现场校验的迫切需求，并针对现有电子式互感器、电能表校验的技术现状的不足，开发出集电子式互感器、合并单元、保护测控装置、电能表、智能开关设备等检测校验一体化装置，以满足电力系统用户对于智能变电站及数字化变电站投运前的电气量系统级检测校验和投运时相位检测、波形分析的需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于智能变电站的测试校验系统及校验方法。

采用嵌入式系统系统技术的下位机+PC机上位机分布式实现。嵌入式下位机由采集板、信号板、数据板、同步板四块子板构成，优选地，采集板选购支持LabView二次开发的DT板卡，其余三块板卡自行开发。

其中信号板和数据板采用微处理器+FPGA组合架构，操作系统采用Vxworks，充分利用其实时性强、IO口配置丰富的特点，主要完成仿真6组采样通道共计22路电子式互感器特性、通过光纤以太网接收合并器试品IEC61850-9-1、IEC61850-9-2协议的采样值数据SV、自适应接收符合IEC60044-8的标准FT3或者符合国家电网标准的FT3采样值数据、通过光/电以太网仿真智能开关发送面向通用对象的变电站事件GOOSE报文；同步板采用DSP单处理器，主要完成IEEE1588报文处理及控制1PPS秒脉冲同步和IRGB码对时光脉冲信号输出。PC上位机利用其界面友好、数据处理能力强的特点，采用基于LabView应用软件开发，主要完成仿真电子式互感器特性测试数据的配置、通过电以太网接收SV和GOOSE及MMS报文、通过TCP/IP协议与嵌入式下位机进行数据交互、电子式互感器、电能表、智能开关设备、保护测控等专家分析功能，利用软件锁相环等技术实现电流电压二次回路相位核对。

不同传输速率、不同数据协议的FT3数据接收自适应。根据IEC60044-8协议要求，电子式电流电压互感器采样值输出采用高速率串行FT3输出。为保证数据传输过程中功耗稳定，FT3数据传输时采用曼切斯特编码形式。按照曼切斯特编码形式对数据时序进行跟踪，首先对FT3数据传输波特率进行预判断，其次结合稳定性检偏，最后确定FT3实际传输速率。根据传输速率判断结果，FPGA自动调节接收参数，并对接收到的编码数据进行CRC校验及解析，根据采样数据区的数据集长度区分是标准FT3协议和国家电网FT3协议，从而实现对不同传输速率、不同应用标准协议的FT3采样数据的接收。

以太网数据的消抖和同步。数据板配置一路光纤以太网收发端口，用于接收来自被试合并器的以太网采样数据以实现测试电子式电流电压互感器及合并器特性。微处理器支持MII接口，直接提供Ethernet MAC控制。方案中启用以太网中断和两组分辨率15ns的定时器，实现以太网数据到达时间的准确记录。根据报文长度，自动补偿报文头到达时间。为了消除网络抖动影响，PC上位机采用软件锁相环技术。

仿真电子式电流电压互感器特性的测试。嵌入式系统下位机的信号板通过TCP/IP协议与PC上位机通讯获得仿真电子式电流电压互感器特性模型数据和试验参数，微处理MPC8247根据试验参数计算得到电流电压输出实时采样数据，每1ms定时申请FPGA仿真双口RAM写技术，刷新测试数据。FPGA根据异步采样时间，可编程控制每组发送时间延迟，从而仿真电子式互感器异步采样特点。试验参数包括幅值、相位、谐波次数、衰减直流、频率、微分、光功率调节、异步、采集器发送数据采样率、信号有效及丢包控制等，实现电子式互感器不同运行工况下的暂稳态特性。

基于以上主要技术的支持，系统具备全面校验电子式电流电压互感器和合并单元的能力。

可溯源的数字化电能表、合并单元一体化校定。

数字化电能表虚负荷校定时，信号板接收标准功率源输出的3U3I信号，通过高精度分流分压和滤波回路至8通道24位同步AD采样，FPGA（现场可编程门阵列）完成AD采样触发控制和数据读取，通过仿真双口RAM形式传递给微处理器，微处理器一方面按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议要求通过光以太网收发端口发送采样值报文，同时转成符合IEC60044-8 标准的数字量，并按照合并单元接入采集器协议通过FPGA仿真双口RAM技术提交给FPGA，FPGA通过IO口并行发送至被检的合并单元，被检的合并单元转成符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议发送至被检数字电能表，被检的数字电能表和数字电能表校验仪同时根据AD数据计算电能并产生脉冲输出，对比M1和M2脉冲计算被检电能表的电能误差。

实负荷校定时，嵌入式系统信号板通过光纤以太网收发端口接收合并单元发送的现场实际测量值，根据电能表有效值、有功、无功、功率因数、频率等算法计算产生电能脉冲M1，对比采用同一合并单元输出数据计算电能的被试数字电能表产生的脉冲M2，计算实际的电能误差。信号板设置二位拨码用以决定当前处于实负荷、虚负荷检定。

虚拟检定时，嵌入式系统下位机的信号板通过TCP/IP协议与PC上位机通讯获得电流电压试验参数，微处理器根据试验参数计算得到电流电压输出实时采样数据，每1ms定时申请FPGA仿真双口RAM写技术，刷新测试数据。微处理器一方面按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议要求通过光以太网收发端口发送采样值报文，同时转成符合IEC60044-8 标准的数字量，并按照合并单元接入采集器协议通过FPGA仿双口RAM技术提交给FPGA，FPGA通过IO口并行发送至被检的合并单元，被检的合并单元转成符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议发送至被检数字电能表，被检的数字电能表和数字电能表校验仪同时根据试验数据计算电能并产生脉冲输出，对比M1和M2脉冲计算被检电能表的电能误差。

智能开关设备全场景测试。根据《智能开关设备现场校验规范》要求，智能开关设备现场校验是验证装置IED的正确性能，可以不包括它所控制的开关设备。主要测试内容是开关设备的时间测量和网络负荷试验，测试步骤为：设定被检开关的分/合试验状态，PC上位机仿真电力系统故障类型配置故障电流电压试验参数，通过TCP/IP协议通讯传送至嵌入式系统下位机的信号板，信号板根据故障参数，计算电流电压量实时采样值，并通过FPGA发送至被试间隔的合并单元，合并单元进行插值同步等一系列算法处理，输出符合IEC61850-9-2、IEC60044-8协议的电流电压采样值数据。间隔内保护、测控、自动安全装置根据自己的保护、测量、安全算法执行相应的功能。根据故障范围和类型，保护有可能会执行保护跳、重合、后加速跳闸等一系列操作。PC上位机借助网络交换机实现三网合一，根据接收到的SV、GOOSE、MMS报文，从而可以实际测量智能开关设备IED的分闸、合闸时间及网络不同背景流量对其影响。

整站配置工具SCD文件静态测试。装置仿真电力系统各种故障，借助嵌入式系统技术实现故障电流、电压及开关状态设定和输出。PC上位机接收来自过程层的SV和GOOSE报文、间隔层的GOOSE和MMS报文、站控层的GOOSE、MMS报文，利用其强大的数据处理能力和友好的人机交互界面，可以十分方便有效的测试SCD文件的正确性。

本发明所达到的有益效果：

为了适应智能变电站以及数字化变电站快速发展，在满足智能变电站以及数字化变电站过程层、间隔层、站控层现场一体化测试/校验的迫切需求的前提下，同时满足各个厂家设备之间的兼容性以及适用性：

1、全面仿真电子式互感器特性的测试能力。相对传统的物理动态模拟系统，数字实时仿真精度高、安全性好、重复性强、运行方便。根据互感器的原理和特性，可以很方便地改变互感器的各种参数，或在同一参数下运行各种工作状态；

2、支持智能变电站以及数字化变电站系统级测试校验。PC（上位机）提供专家分析功能，依靠其强大的数据处理和以太网通讯能力，不仅接收由下位机转发的来自过程层的SV报文，还可以接收来自保护、测控、电能表等间隔层设备发送的GOOSE、MMS报文和来自站控层的MMS报文。不仅可以验证合并单元、智能开关设备、电能表、保护测控装置各类报文的合法性，还可以实现整站配置文件SCD的静态测试。根据合法报文，实时精确的给出分析结果，实现电子式互感器、合并单元、智能开关设备、电能表、保护测控及自动安全装置的测试和校验，同时为测试过程中故障分析提供了有力工具。

3、FT3协议自适应。采用兼容的硬件回路设计，通过软件自动识别不同传输波特率、不同报文长度下的FT3采样数据传输协议，无需用户额外配置，自适应的对FT3采样数据进行通讯监测与解码工作，实现对FT3数据的采样接收功能；

4、 支持多种采样传输协议。具备多种智能变电站以及数字化变电站的采样接收能力，支持IEC60044-8 FT3、国网公司FT3、IEC61850-9-2、IEC61850-9-2LE等数字化采样输入方式；

5、可溯源的合并单元电能表一体化校验。目前国内智能变电站以及数字化变电站电能表虚负荷校验，都是参照过去模拟的电流电压互感器应用时的方法，只测试了电能表部分。而随着电子式互感器的应用，影响电能表计量准确度的还有合并器。本装置在电能表校验时，以虚负荷校验为例：装置把模拟量通过AD转成符合IEC60044-8 标准的数字量，并通过FT3按照合并单元接入采集器协议送至被检的合并单元，被检的合并单元转成符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议发送至被检数字电能表，被检的数字电能表和数字电能表校验仪同时根据AD数据计算电能并产生脉冲输出，对比M1和M2脉冲计算被检电能表的电能误差。

6、支持智能开关设备全场景测试。利用PC上位机仿真电力系统故障模型，通过嵌入式系统下位机将电流、电压数据输出到合并单元，合并单元转成符合IEC61850-9-1、IEC61850-9-2和IEC60044-8协议的采样数据发送至继电保护、测控等间隔类设备，继电保护根据保护算法，判断故障类别并执行相关保护措施。智能开关设备接收继电保护跳合闸命令或者测控分合闸命令GOOSE报文，完成开关的分、合操作。测试场景与实际运行情况吻合，真实反应智能开关设备分合闸时间等工作性能。

7、支持智能变电站以及数字化变电站电流电压二次回路相位核对。PC上位机通过接收数据板提供的带有时标的FT3的电流电压采样数据，利用插值同步技术，实现数据同步，根据有效值计算算法，得到电流电压的幅值和相位，从而实现二次回路核相。对于来自以太网的电流电压数据，考虑网络抖动及发送延迟影响，PC机采用软件锁相环技术进行网络消抖，对采样数据进行二次采样同步，根据有效值计算算法，得到电流电压的幅值和相位，从而实现二次回路核相。

该智能变电站测试校验装置能方便目前智能变电站以及数字化变电站的电气量检测及校核工作，大大提高了智能变电站以及数字化变电站的调试速度，从而为智能变电站以及数字化变电站建设提供良好的技术保证，为智能变电站以及数字化变电站的安全稳定运行打下坚实基础。

附图说明

图1为本发明适用于智能变电站的测试校验系统结构示意图；

图2为信号板主要电气原理图；

图3为数据板主要电气原理图；

图4为同步板主要电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

嵌入式系统下位机采用标准4U工业机箱，分层横向布置采集板、信号板、数据板、同步板。装置前端布置输入或者接收端子、电源开关、试验功能选择拨码和装置运行状态指示，后端布置FT3、光纤以太网、同步脉冲输出端子。嵌入式系统下位机通过RJ45双绞线经工业交换机与PC上位机相连。采集板通过USB与PC上位机交换采样数据及获得工作电源。

一、嵌入式系统技术（下位机）包括采集板、信号源、数据板和同步板四个子板：

1、采集板采用USB接口的支持LabView二次开发的DT板卡，USB既提供与上位机的数据通讯，又提供采集板卡的电源供应。采集板具体参数如下：

测量限值：±10V（峰-峰值）；

带宽： 25KHz；

采样精度： 0.01%；

多通道同步误差：≤0.5μS；

最大无损坏输入电压：±20V（峰-峰值）

输入阻抗：1MΩ

采样速率24.5K

采集板支持两路模拟量输入，依靠其高分辨率、高采样率、支持LabView二次开发的特点，主要应用于电子式电流电压互感器稳态特性校验。采集板接收同步板的同步秒脉冲信号，对电流、电压标准源的模拟信号和电子式互感器输出模拟量小信号进行采样，并将带有时标的采样数据通过USB接口提交给PC上位机。

2、信号板采用DC5V供电，由外置式适配器提供。主模块采用FPGA与微处理器结合的双CPU架构，FPGA采用XILINX公司的SPARTAN3系列芯片，具备灵活的可编程逻辑及丰富的外围接口。微处理器采用了摩托罗拉公司新一代POWER PC MPC8247，使下位机的稳定性、运算速度和通讯能力得到可靠保证。配备双片总存储容量64M字节SDRAM及单片存储容量16M字节的NOR Flash。配备24位8通道同步采样高精度模数转换芯片ADS1278，以及外围分流器和1ppm的电阻分压器及滤波回路。操作系统选用具有良好的可靠性和卓越的实时性被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域的VxWorks。为了方便系统的功能扩展和升级，平台提供文件系统支撑。信号板电气原理结构如图2所示。

FPGA主要完成仿真双口RAM技术实现与MPC8247每1ms数据交换，六组22通道电子式互感器实时采样数据异、同步控制输出，光和电各一组信号秒同步脉冲输入并透传给MPC 8247，控制AD高频率采样同步触发及数据读取；

MPC 8247主要完成根据试验项目和试验参数计算实时采样数据，计算数据通过FPGA仿真双口RAM技术实现与FPGA每1ms数据交换，数字电能表校验时完成电能表电量算法及比对功能，利用其内置通讯管理模块CPM直接控制Ethernet MAC，控制FCC1口完成SV报文的接收，控制FCC2口完成SV、GOOSE报文的发送和与PC上位机通讯。

ADS1278及其采样回路主要完成3U3I高精度采样，实现高精度数字电能表的虚负荷校验、数字量溯源及电子式互感器暂态特性前置单元功能。

外围器件包括：

六组Agilent(安捷伦)公司的HFBR-1414光发送器件，用来发送电子式互感器实时采样数据；

一组Agilent(安捷伦)公司的HFBR-2412光接收器件，用来接收被试合并单元发送的同步触发信号；

一组Agilent(安捷伦)公司的AFBR-5803以太网收发器件，连接FCC1口，传输速率设置为100MB/S、全双工模式用来接收SV报文 ；

两组电以太网收发器件，一组连接SCC1口，传输速率设置为10MB/S、全双工模式用于程序下载和调试；一组连接FCC2口，传输速率设置为100MB/S、全双工模式用于SV、GOOSE报文的收发和与PC上位机通讯。

6路DI开入回路，主要用来接收电能脉冲或者开关量信号，实现电能表校验脉冲比对和智能开关设备全场景测试；

仿真实时数据的计算、采集器协议的多样化、AD高采样率是信号板的技术要点，PC上位机根据电子式互感器故障情况下抽象模型依次发送各个状态下的各次谐波幅值、初始相位、频率、直流衰减系数、微积分、采样频率等参数。信号板MPC 8247通过TCP/IP协议分帧接收模型配置数据，接收完数据，根据正弦波周期性、前后半个周波方向性对称的特点，每个状态的各次谐波正弦波仅计算第一个周波的前半个周波，从而大大降低CPU的消耗。采集器协议的多样化，仿真电子式互感器特性是为了兼容不同类型、不同厂家的合并单元，协议数据形式分为单相、三相电流、三相电压、三相电流电压及厂家私有协议，FT3编码又有曼切斯特、自定义等，CRC校验又分为累加和取反及多项式等，为方便与数据板交换数据完成电子式互感器暂稳态特性校验，每帧报文的编码起始段在不影响报文正确解码的前提下增加自定义编码形式，传递协议类型的具体信息。AD高采样率可以更好的还原原始信号，利用FPGA可编程逻辑及丰富的外围接口，实现20K采样。

综合以上信息，信号板主要功能可实现电子式互感器暂态特性前置单元功能、数字化电能表虚负荷实负荷检定功能及虚拟检定下位机功能、仿真电子式互感器特性合并单元测试下位机功能、保护测控和自动安全装置及智能开关设备全场景测试下位机功能。 

3、数据板采用DC5V供电，由与数据板相同的一外置式适配器提供。主模块采用FPGA与微处理器结合的双CPU架构，FPGA采用XILINX公司的SPARTAN3系列芯片，具备灵活的可编程逻辑及丰富的外围接口。微处理器采用了摩托罗拉公司新一代POWER PC MPC8247，使下位机的稳定性、运算速度和通讯能力得到可靠保证。配备双片总存储容量64M字节SDRAM及单片存储容量16M字节的NOR Flash。操作系统选用具有良好的可靠性和卓越的实时性被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高领域的VxWorks。为了方便系统的功能扩展和升级，平台提供文件系统支撑。信号板电气原理结构如图3。

FPGA主要完成仿真双口RAM技术实现与MPC8247每1ms数据交换，接收两组电子式互感器FT3格式实时采样数据输入，光和电各一组信号秒同步脉冲输入并透传给MPC 8247；

MPC 8247主要完成通过FPGA仿真双口RAM技术实现与FPGA每1ms数据交换，并根据外部跳线选择把标准源采集器数据、试品FT3按照IEC61850-9-1协议形式同时增加相对同步脉冲的时标、接收计数器等信息，利用其内置通讯管理模块CPM直接控制Ethernet MAC，控制FCC1口完成SV报文的接收，控制FCC2口完成SV报文的发送。

外围器件包括：

三组Agilent(安捷伦)公司的HFBR-2416光接收器件，具备高速的光信号采集能力，可满足不同波特率下的FT3数据接收需求；

一组Agilent(安捷伦)公司的HFBR-2412光接收器件，用来接收光同步脉冲信号；

一组Agilent(安捷伦)公司的AFBR-5803以太网收发器件，连接FCC1口，传输速率设置为100MB/S、全双工模式用来接收SV报文 ；

两组电以太网收发器件，一组连接SCC1口，传输速率设置为10MB/S、全双工模式用于程序下载和调试；一组连接FCC2口，传输速率设置为100MB/S、全双工模式用于SV报文的接收和发送。

FT3协议自适应接收及FT3、以太网数据接收及同步处理是数据板的主要技术要点。试品FT3协议自适应接收首先对接入的FT3数据进行波特率检测，确定FT3数据波特率后对编码稳定性进行判断，并对编码异常情况进行处理。在编码正常时对FT3数据进行解码，获取FT3数据集长度后自动调整数据接收区域大小，实现对不同波特率、不同数据集长度FT3采样数据的自适应获取。采集器（标准源或者仿真电子式互感器特性）FT3数据，虽然协议因互感器类型、校验方式不同有多种，但波特率是固定的。先根据FT3数据波特率对编码进行稳定性判断，同时设置FIFO队列对当前编码缓存，当检测到报文起始帧时，根据与信号板的内部协议，对当前缓冲区前推固定点解码，提取当前协议类型，根据协议类型对起始帧数据进行解码，获取采集器数据。PC上位机不能直接接收FT3格式的试品SV数据，方案采用数据板FPGA接收，为了同步处理需求，采集板和数据板接收来自相同同步板的秒脉冲同步信号，数据板每接收一帧FT3数据，都记录下报文到达时刻，MPC8247把FPGA交互的当前FT3数据及报文到达时刻组织成符合IEC61850-9-1协议的以太网数据传送给PC上位机，实现PC上位机FT3格式数据的接收。以太网数据PC上位机虽然能够直接接收，但在变电站不接同步信号源的采样点对点情况下，以太网数字输出的电子式互感器校验及合并器延时测试就没法解决了。为了解决这种应用下出现的问题，方案中数据板采用以太网中断形式，同时接收由FPGA透传过来的秒脉冲同步信号，启用分辨率<17ns的定时器。接收到秒同步信号时定时器清零，每收到一帧以太网数据，则记录报文到达时间，在不影响采样数据有效信息的情况下，利用协议备用字节增加报文到达时刻信息，便于PC上位机数据同步。

综合以上信息，数据板主要功能可实现电子式互感器暂稳态特性中标准源及试品数据的接收及转传。 

4、同步板采用USB或者DC5V供电，DC5V来自于信号板、数据板使用的同一外置式适配器。主模块采用ADI公司Blackfin DSP系列最近新增一款产品：ADSP-BF518处理器，该处理器内置“以太网媒体访问控制器”(EMAC)模块。它还具有TSYNC模块，进一步扩展了支持IEEE 1588标准EMAC功能的能力；还提供其它额外特性，可支持以太网的各种IEEE 1588应用。根据IEEE 1588或者处理器晶振，可实现至少两路光信号及三路电信号同步脉冲信号输出，同步脉冲包括1PPS秒脉冲和IRGB码。由于系统的功能简单，程序采用内置FLASH、编程器固化。同步板电气原理结构如图4。

ADSP-BF518处理器，主要完成IEEE1588协议的接收与处理，并控制输出1PPS秒脉冲和IRGB对时码。外围器件包括：

NS (美国国家半导体公司)公司的DP83640以太网收发器件，用来接收IEEE 802.3（Ethernet）报文 ；

两组Agilent(安捷伦)公司的HFBR-1414光发送器件，用来发送1PPS同步脉冲；

一组Agilent(安捷伦)公司的HFBR-1414光发送器件，用来发送IRGB码对时；

全场景测试能够实现纳秒级同步精度是同步板的技术要点。由于纯CPU方案精度不够，特别对于某些协议信息，比如Sync,Delay_Req和Delay_Resp，他们作为事件信息需要在进入或者离开一个节点前被打上时间戳，这些时间信息被插入信号流后会被本地节点用做调整计算的Delta。为了实现主从间的高度同步，打时间戳的点一定靠近通信路径即(PHY).通常节点或者通信设备的软件在时间延迟上具有不确定性，导致软件无法在发送和接收信息时准确获取时间戳。方案采用硬件支持，硬件可以直接在通信链路上监测信号并获取准确的到达、离开时间。

综合以上信息，同步板主要功能可实现提供纳秒级同步精度信号。

二、PC上位机

PC机最低硬件配置：

1、Windows 2000 SP4、Windows XP SP2

2、Intel Pentium处理器（x86兼容）、1GHZ或者更高

3、512MB RAM和4G可用硬盘空间

4、至少一组以太网、二组标准USB接口

PC机回路连接：

以太网口通过RJ45双绞线经光电交换机，与嵌入式下位机的信号板、智能变电站以及数字化变电站的过程层、间隔层、站控层网络相连，通过USB与嵌入式下位机的采集板相连。

 采用美国国家仪器（NI）公司的Labview环境进行一体化智能校验系统的人机界面开发，Labview的成熟技术已经被测试、测量、控制、仿真等领域广泛接收并应用。

综合以上信息，PC机主要完成仿真电子式互感器特性测试数据的配置、接收SV和GOOSE及MMS报文、通过TCP/IP协议与嵌入式下位机进行数据交互、电子式互感器、电能表、智能开关设备、保护测控等专家分析功能，利用软件锁相环等技术实现电流电压二次回路相位核对。                                 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种适用于智能变电站的测试校验系统，其特征是，包含

上位机；

一嵌入式系统下位机，所述下位机中包含采集板、信号板、数据板和同步板四个子板，所述信号板、数据板和同步板由外置式适配器提供DC5V供电；所述同步板为其他子板提供同步脉冲信号；

其中，所述采集板采用USB接口的支持LabView二次开发的DT板卡，接收所述同步板的同步秒脉冲信号，对电流、电压标准源的模拟信号和电子式互感器输出模拟量信号进行采样，并将带有时标的采样数据通过USB接口提交给所述上位机；所述信号板和数据板采用FPGA与微处理器POWER PC的组合架构；

所述同步板采用DSP单处理器，对IEEE1588报文处理及控制秒脉冲信号同步和IRGB码对时光脉冲信号输出；

所述数据板接收两组电子式互感器FT3格式实时采样数据输入，光和电各一组信号秒同步脉冲输入并透传给微处理器POWER PC；所述数据板中，微处理器POWER PC通过FPGA仿真双口RAM与FPGA数据交换，并根据外部跳线选择把标准源采集器数据、试品FT3按照IEC61850-9-1协议形式同时增加相对同步脉冲的时标、接收计数器信息，利用微处理器POWER PC内置通讯管理模块控制微处理器POWER PC的FCC1口接收SV报文、控制FCC2口发送SV报文；

所述信号板中，FPGA接收光和电各一组信号秒同步脉冲输入并透传给微处理器POWER PC，控制AD采样同步触发及数据读取；微处理器POWER PC根据试验项目和试验参数计算实时采样数据，并通过FPGA仿真双口RAM与FPGA数据交换，利用微处理器POWER PC内置通讯管理模块控制FCC1口接收SV报文、控制FCC2口发送SV报文、GOOSE报文及与所述上位机通讯； 

所述上位机以太网口通过RJ45双绞线经工业交换机，与所述下位机的信号板、智能变电站以及数字化变电站的过程层、间隔层、站控层网络相连。

2.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的测试校验系统，其特征是，所述上位机基于LabView应用软件对仿真电子式互感器特性测试数据配置，通过电以太网接收SV报文、GOOSE报文及MMS报文，通过TCP/IP协议与所述下位机进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的测试校验系统，其特征是，所述同步板至少包含两路光信号及三路电信号的同步脉冲信号输出。

4.根据权利要求1或3所述的适用于智能变电站的测试校验系统，其特征是，所述同步板中还包含以下外围器件：

以太网收发器件，用来接收IEEE 802.3报文，

两组光发送器件，用来发送1PPS同步秒脉冲，

一组光发送器件，用来发送IRGB对时码。

5.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的测试校验系统，其特征是，所述信号板中还包含以下外围器件：

六组用来发送电子式互感器实时采样数据的光发送器件，

一组用来接收被试合并单元发送的同步触发信号的光接收器件，

一组与所述信号板中的FCC1口连接的以太网收发器件，以全双工模式接收SV报文，

两组电以太网收发器件，一组连接所述信号板中的SCC1口，以全双工模式进行程序下载和调试，另一组连接所述信号板中的FCC2口，以全双工模式收发SV报文、GOOSE报文和与所述上位机通讯，

6路用来接收电能脉冲或者开关量信号的DI开入回路，用于对电能表校验脉冲比对和智能开关设备全场景测试。

6.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的测试校验系统，其特征是，所述数据板中还包含以下外围器件：

三组具备高速光信号采集能力、对不同波特率下的FT3数据接收的光接收器件， 

一组用来接收光同步脉冲信号的光接收器件，

一组以太网收发器件，连接所述数据板中的FCC1口，以全双工模式接收SV报文，

两组电以太网收发器件，一组连接所述数据板中的SCC1口，以全双工模式进行程序下载和调试；一组连接所述数据板中的FCC2口，以全双工模式接收和发送SV报文。

7.基于权利要求1的系统的适用于智能变电站的测试校验方法，其特征是，

数字化电能表虚负荷校定的步骤为：

信号板接收标准功率源输出的3U3I信号，通过高精度分流分压和滤波回路至8通道24位同步AD采样，由信号板中的FPGA对AD采样触发控制和数据读取，通过仿真双口RAM形式传递给信号板中的微处理器，该微处理器按照IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议要求通过光以太网收发端口发送采样值报文，同时转成符合IEC60044-8 标准的数字量，并按照合并单元接入采集器协议通过FPGA仿真双口RAM提交给该FPGA，该FPGA通过IO口并行发送至被检的合并单元，被检的合并单元转成符合IEC61850-9-1或IEC61850-9-2的协议发送至被检数字电能表，被检的数字电能表和数字电能表校验仪同时根据AD数据计算电能并产生脉冲输出，对比脉冲，计算被检电能表的电能误差。

8.根据权利要求7所述的适用于智能变电站的测试校验方法，其特征是，

数字化电能表实负荷校定的步骤为：

信号板通过光纤以太网收发端口接收合并单元发送的现场实际测量值，根据电能表有效值、有功、无功、功率因数、频率算法计算产生电能脉冲M1，对比采用同一合并单元输出数据计算电能的被试数字电能表产生的脉冲M2，计算实际的电能误差。

9.根据权利要求7所述的适用于智能变电站的测试校验方法，其特征是，

智能开关设备全场景测试内容是开关设备的时间测量和网络负荷试验，其测试步骤为：

设定被检开关的分/合试验状态，上位机仿真电力系统故障类型配置故障电流电压试验参数，通过TCP/IP协议通讯传送至嵌入式系统下位机的信号板，信号板根据故障参数，计算电流电压量实时采样值，并通过信号板中的FPGA发送至被试间隔的合并单元，合并单元进行插值同步系列算法处理，输出符合IEC61850-9-2、IEC60044-8协议的电流电压采样值数据；

间隔内保护、测控、自动安全装置根据自己的保护、测量、安全算法执行相应的功能；

根据故障范围和类型，保护执行保护跳、重合或后加速跳闸系列操作；

上位机借助网络交换机实现三网合一，根据接收到的SV、GOOSE、MMS报文，从而可以实际测量智能开关设备IED的分闸、合闸时间及网络不同背景流量对其影响。

Images