CN103323691B - 一种新型智能化多功能综合试验仪及测试方法 - Google Patents

一种新型智能化多功能综合试验仪及测试方法 Download PDF

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夏勇军
黎恒烜
杨军
彭晓涛
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湖北省电力公司电力科学研究院
武汉大学
国家电网公司
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Abstract

本发明提供一种用于智能变电站数字化二次设备试验的综合试验仪,由上位机、下位机两部分组成。其中,上位机为软件平台,采用面向对象程序设计语言构建,装载在外接的PC机中,下位机为底层硬件平台,采用FPGA+ARM的主体结构。综合试验仪可根据需要,在四种工作模式中选择任意一种工作模式,可以作为数据源输出IEC61860-9-2格式、GOOSE格式或者是IEC60044-8格式的报文;也可以作为数据格式转换装置,将小电压模拟量信号(<±10V)或IEC60044-8格式报文转换为IEC61850-9-2格式报文,以及实现GOOSE格式报文和开关量信号之间的转换,开展智能变电站数字式二次设备的测试工作。

Description

一种新型智能化多功能综合试验仪及测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及智能变电站技术领域,具体是一种新型智能化多功能综合试验仪及测试方法。
背景技术
[0002] 随着智能电网建设工作的推进,智能变电站的建设已进入到推广实施阶段。相比电网传统的变电站二次设备,数字化二次设备在信息传输上发生了较大变化,导致了设备的部分原理和结构发生了明显的改变。设备的实现方式和应用方式的改变,一方面使得原有的检测和考核的方法、项目和标准已经不能适用于数字化二次设备,对该类设备的检验测试提出了新的要求。另一方面,由于智能化技术的推进,单个设备与其他设备的关联性日益紧密,迫切需要探索对继电保护及控制等数字化二次设备的系统级测试手段以及相应的测试方法。因此,对数字化继电保护和控制设备进行准确、有效地功能检测和性能考核,已成为一项重要的工作。
[0003]目前已经开展了对数字化继电保护和控制设备的检测工作,并已采用了相应的测试设备,例如:数字式继电保护测试仪、网络分析仪、故障录波仪等。但是,由于这些设备功能相对单一,仅能完成某些特定的功能,例如:数字式继电保护测试仪仅能作为数据源对数字式二次设备进行检测,无法对检测数据开展有效分析;并且其输出的数据通道有限,输出的数据信息量有限,导致试验所需要的设备种类和数量较多,这一方面使得测试系统结构、接线更加复杂,降低了试验工作的效率,另一方面使得试验系统的成本较为高昂。另外,部分被检测对象,例如:合并单元、智能终端等设备,在另外一些试验项目中,又是测试系统的一部分;因此,在不同的测试项目中,为了满足设备使用目的不同的需要,这些设备的接线、设置势必要作相应的更改,这就增加了测试工作的工作量。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足,本发明提供一种新型智能化多功能综合试验仪,该装置具备较全面的功能,集数字式继电保护测试仪、合并单元、智能终端、网络分析仪、故障录波仪等智能变电站数字化二次设备主要试验功能于一体,可以提供智能变电站数字式二次设备测试工作所需的主要功能;另外,由于本发明具备多种功能,在开展不同类型试验时,可以有效减少试验接线的变更,
[0005] 一种新型智能化多功能综合试验仪,包括上位机和下位机,上位机、下位机通过以太网接口实现通讯连接,其特征在于:包括下位机为底层硬件平台,采用FPGA+ARM的主体结构,采用多CPU并行处理方式,其结构主要由MODEl主控板、MODE2主控板、开关量输入输出板和B码解码板构成,所述上位机用于对试验信息进行配置,根据在上位机软件主界面中选取的工作模式将对应的通讯命令字置位,通讯子线程通过查询通讯命令字确定当前工作模式,并转入对应的分支流程,将配置信息及数据信息打包发送给下位机,下位机接收到上位机的控制命令和数据包后,对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析,当解析的报文属于工作模式转换的命令报文时,将所确定的工作模式以及与工作模式运行控制有关的信息,分别通过MOEDl主控板、M0ED2主控板以及开关量输入输出板的双口 DRAM,传送至各自插件的微处理器(ARM2-ARM4),使相应微处理器按照命令进行协调配合,并进行工作模式的切换和运行控制的设置,完成外部信号的采集、处理以及数据的打包和发送以实现对数字化二次设备的数据发送;试验过程中需反馈至上位机显示的信息先由下位机记录,再上传至上位机进行分析和显示。
[0006] 一种利用上述试验仪进行测试的方法,包括如下步骤:
[0007] (I)试验开始时,首先进行软件初始化操作并打开软件主界面,同时开启主线程;
[0008] (2)在主线程中启动通讯子线程,用于与下位机进行通讯;
[0009] (3)进入到上位机软件主界面后首先进行报文信息配置,配置信息完成后从主界面选择相应试验模块进行试验数据的设置;
[0010] (4)下位机基于TCP/IP协议的以太网口与上位机连接,实现与上位机的试验数据交换;
[0011] (5)报文信息和试验数据配置完成后,选择试验开始,上位机将相应的通讯命令字置位,通讯子线程即可进入相应流程进行数据打包发送;
[0012] (6)所述下位机接收到上位机的控制命令和数据包后,由ARMl对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析,并将所确定的工作模式以及与工作模式运行控制有关的信息,分别通过MOEDl主控板、M0ED2主控板以及开关量输入输出板的双口 DRAM,传送至各自插件的微处理器(ARM2-ARM4),使相应微处理器按照命令进行协调配合,并进行工作模式的切换和运行控制的设置,完成外部信号的采集、处理以及数据的打包和发送以实现对数字化二次设备的数据发送;
[0013] (7)试验过程中需反馈至上位机显示的信息先由下位机记录,再上传至上位机进行分析和显示
[0014] (8)试验结束退出相应模块时,通讯子线程进入通讯命令字判断状态,通讯子线程不断循环地查询通讯命令字,来确定当前的工作状态,再通过自定义的通讯协议完成相应配置信息命令的下发及相关数据的传输;同时下位机负责与上位机通讯的ARMl也进入通讯命令字判断状态,以准备根据自定义的通讯协议完成相应工作模式的切换和相关功能的实现。
[0015] 本发明具备较全面的功能,集数字式继电保护测试仪、合并单元、智能终端、网络分析仪、故障录波仪等智能变电站数字化二次设备主要试验功能于一体,可以提供智能变电站数字式二次设备测试工作所需的主要功能;并且,该装置具有较灵活的工作模式,可通过软件界面中的设置使装置进入到相应的工作模式中,具备不同的功能,开展相应的试验。另外,由于本发明具备多种功能,在开展不同类型试验时,可以有效减少试验接线的变更。本发明不仅能够满足数字化二次设备试验工作的技术要求,有效降低数字化二次设备的试验工作成本,而且可以有效提高试验工作效率,对于智能变电站数字化二次设备的测试以及试验研宄的开展将起到十分积极的作用。
附图说明
[0016] 图1为本发明的工作模式示意图;
[0017] 图2为本发明的上位机功能示意图;
[0018]图3为本发明的上位机软件继电保护测试仪功能模块中的距离保护试验子模块的距离保护定值试验界面;
[0019] 图4为本发明的上位机软件整体流程图;
[0020] 图5为本发明的上位机IEC61850系统配置功能模块软件流程图;
[0021] 图6为本发明的下位机结构示意图;
[0022] 图7为本发明的下位机工作原理示意图;
[0023] 图8为本发明的数字式继电保护试验仪工作模式I工作原理图;
[0024] 图9为本发明的数字式继电保护试验仪工作模式2工作原理图;
[0025] 图10为本发明的数据转换工作模式I工作原理图;
[0026] 图11为本发明的数据转换工作模式2工作原理图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明。
[0028] (I)综合试验仪整体结构
[0029] 如图1所示,本发明由上位机和下位机两部分组成。上位机构成本发明的软件核心,上位机为软件平台,采用面向对象程序设计语言构建,实现综合试验仪参数设置、运行状态监测作用,具体功能包括:完成试验模式选择、信息配置以及相关算法实现;采用自定义协议与下位机通讯、协同工作等。下位机构成本发明的硬件核心,实现与上位机进行自定义协议通讯、测试过程中数据类型的转换,例如:小电压模拟量信号的采样、处理以及打包成IEC61850-9-2格式报文等。上位机和下位机可通过10/100M RJ-45以太网接口联接,通信协议采用TCP/IP协议。
[0030] (2)综合试验仪上位机功能模块
[0031] 如图2所示,综合试验仪上位机软件主要由5个功能模块软件组成,包括:IEC61850系统配置模块、继电保护测试仪功能模块、合并单元及智能终端功能模块、网络分析仪功能模块和故障录波模块。采用IEC61850系统配置模块配置完报文信息后,进行工作模式选择,综合试验仪将调用相应功能模块。各模块具体功能如下:
[0032] I) IEC61850系统配置模块用于报文信息配置。在将智能变电站S⑶文件导入上位机软件平台后,通过解析SCD文件,获得整个变电站的配置信息。采用IEC61850系统配置模块,实现对IEC61850的SV (采样值)和GOOSE报文配置信息(如MAC地址、APPID等)的获取和自动配置。当没有SCD文件时,也可采用IEC61850系统配置模块进行手动输入配置信息。
[0033] 2)继电保护测试仪功能模块由5个模块组成:交流电压电流模块、距离保护试验模块、整组试验模块、零序电流保护试验模块以及GOOSE延时测试模块。
[0034] 交流电压电流模块可手动设置调节输出的各电压电流的幅值、角度和频率,可完成电压保护测试、电流保护测试,同时可对相应的开入开出量进行设置。在开展试验前,设置要发送的电压电流的幅值、相位和频率等特征量,并通过自定义通讯协议将特征量发送给下位机,由下位机通过特征量计算出一个周波的电压电流的数据(按一个周波80点)并循环发送。
[0035] 距离保护试验模块主要用于距离保护在故障过程的静态测试。距离保护定值试验的软件界面可设定额定电压及频率(额定电流定为零)、故障前时间、故障持续时间、故障性质、故障类型、故障触发方式、零序补偿系数、整定阻抗、短路电流幅值(上位机采用电流恒定模型计算故障电压电流)、短路故障系数等输入参量,软件平台内部算法根据输入参量计算出正常态(或额定态)和故障态的电压电流,通过自定义通讯协议将电压电流的特征量发送给下位机,由上下位机配合完成试验。如图3所示,距离保护测试首先需要根据设定参数计算要发送的电压电流,计算模型选择电流恒定模型(即保持短路电流不变,首先根据所设定的参数计算出故障点到保护安装处的测量阻抗,再通过阻抗利用欧姆定律及相应故障类型的边界条件来计算故障处的短路电压,最后计算出故障相和非故障相的电压电流的值,从而输出相应的电压和电流大小)。计算时,考虑到不同故障类型时可能会出现零序分量,而保护装置本身在发送电压电流时并不考虑这个因素,因此需要对发送的电压电流进行零序补偿,软件平台内部算法采用KL方式补偿(即指定零序补偿系数的模值和相位)。零序补偿只出现在有零序电流出现的地方,所以需要考虑零序补偿的只有单相短路和两相接地短路这两种短路情况。距离保护定值试验界面中还设置有相量图用于根据故障电压电流。
[0036] 零序电流保护模块用于开展单相接地故障静态测试。零序电流保护试验的软件界面可设定额定电压及频率(额定电流定为零)、故障前时间、故障持续时间、故障性质、故障类型、故障触发方式、零序补偿系数、短路电流幅值、短路故障系数等输入参量,其余工作过程和实现方法与距离保护试验类似。
[0037] 整组试验模块在距离保护定值试验的基础上添加了故障类型转换和负荷电流,可对保护装置在整个故障过程的表现进行全面静模测试,其实现方法与距离保护试验类似。
[0038] GOOSE延时测试模块用于测试智能操作箱的动作延时,试验默认只控制I个开出量。
[0039] 3)合并单元及智能终端功能模块具备两个功能:常规合并单元功能工作和规约转换器功能。当采用前一种功能时,可采集外部36路电压电流模拟量(< ±10V)信号和8对开入量、开出量信号,通过6路光纤通信口发送信号;其中,4路发送SV报文,每路光口发送的SV报文最多包含22路信号,2路发送GOOSE报文。当采用后一种功能时,将输入的FT3格式报文转换为符合IEC61850-9-2格式的报文。
[0040] 4)网络报文分析功能模块实现对报文进行抓取、解析并进行分析功能。通过抓取光纤网络中传送的报文,可分析所传送数据帧格式的完整性,是否有丢帧、错帧的情况出现。例如:通过报文分析界面数据帧列表监测到网络报文的发送时亥I」、源地址、目的地址、遵循的协议及报文的长度,判别报文是否存在异常,以及存在何种异常。
[0041] 5)故障录波功能模块可设置录波启动条件,并能对录波文件进行查看和图形化分析。
[0042] (3)综合试验仪上位机软件工作流程
[0043] 如图4所示,上位机软件工作流程为:使用本发明装置时,首先在上位机软件主界面中进行工作模式选择。进入相应模式后,该模式所对应的通讯命令字置位,通讯子线程通过查询通讯命令字确定当前工作模式,并转入对应的分支流程,将配置信息及数据信息打包发送给下位机。具体工作流程如下:
[0044] 第一步:对试验信息进行配置。
[0045] 第二步:开启主线程,进行软件初始化操作并打开软件主界面。
[0046] 第三步:在主线程中启动通讯子线程,用于与下位机进行通讯。
[0047] 第四步:通讯子线程不断循环地查询通讯命令字,来确定当前的工作状态,再通过自定义的通讯协议完成相应配置信息命令的下发及相关数据的传输。
[0048] 第五步:主线程中各功能模块测试结束后,将相应的通讯命令字置为无效并返回到主界面的功能选择。此时通讯子线程并未结束,仍在查询通讯命令字等待进入下一次功能模块的选择分支;当整个软件退出时,通讯子线程才判断测试结束并退出。
[0049] 综合试验仪上位机软件主界面中可供选择的工作模式共有4种:
[0050] I)数字式继电保护试验仪工作模式1:用于对数字式继电保护及测控设备进行测试。
[0051] 2)数字式继电保护试验仪工作模式2:用于对合并单元进行测试。
[0052] 3)数据转换工作模式1:该工作模式可将数字仿真系统经物理转换设备输出的小电压模拟量信号转变为IEC61850-9-2报文,并实现开关量信号和GOOSE报文的转换,用于开展数模混合仿真测试。
[0053] 4)数据转换工作模式2:该工作模式集成了合并单元和智能终端的功能,将FT3格式报文转换为IEC61850-9-2格式报文,并实现开关量信号与GOOSE报文的转换,用于数字式继电保护及测控设备进行测试,以及作为数模混合仿真测试系统中的一个组成部分,开展测试工作。
[0054] 可根据试验需要,在这四种工作模式中,选择任意一种工作模式。
[0055] (4)本发明的报文信息配置
[0056] 如图5所示,采用IEC61850系统配置模块用于报文信息配置的流程如下:上位机软件平台通过导入SCD文件形成包含全站配置信息的IED树,在此基础上可获得各IED的配置信息(如MAC地址、APPID等),再分别针对采样值SV和GOOSE的各控制块的详细信息进行解析和配置,基于此再进行各控制块发送光口的设定及相应通道映射的选择,最后将信息进行打包并通过自定义通讯协议下发。
[0057] (5)下位机结构
[0058] 如图6和图7所示,下位机主要由四块插件组成:M0DE1主控板、M0DE2主控板、开关量输入输出板、B码解码板。请一并朝南开
[0059] DMODEl主控板:用于完成数字式继电保护试验仪工作模式I和数据转换工作模式I功能。MODEl主控板由TCP/IP协议的RJ45以太网通信接口、么咖1、六咖2、0狀1、^061850和GOOSE通信协议的光以太网通信接口、状态录波、开关量监控、模拟量数据采集等部分组成,用于实现基于IEC61850和GOOSE通信协议的继电保护测试仪、合并单元、智能终端等功能。接收B码解码板的对时信号,以及开关量输入输出板的开入量信号,并将开出量信号发送给开关量输入输出板。
[0060] 2)M0DE2主控板:用于完成数字式继电保护试验仪工作模式2和数据转换工作模式2功能,由ARM4、DRAM、FPGA、光串口组成,用于实现基于曼侧斯特码和IEC61850通信协议的继电保护测试仪、合并单元等功能。B码解码板和开关量输入输出板的信号传输与MODEl主控板相同。
[0061] 3)开关量输入输出板:由ARM3、DRAM、空接点、光以太网口组成。接收外部开入量信号,转换为数字量信号后发送给MODEl主控板或MODE2主控板,并接收其发送的开出量信号。
[0062] 4)B码解码板:进行B码解码,实现秒对时,为主控板提供4kHz的同步控制信号。
[0063] 下位机各板卡在结构上均采用了模块化设计思想,任何构成插件的故障都只会影响综合试验仪某一特定工作模式,对其它工作模式无影响。
[0064] (6)下位机工作原理
[0065] 下位机构成本发明的硬件核心,主要功能包括:
[0066] I)通过基于TCP/IP协议的以太网口与上位机连接,实现与上位机的试验数据交换,以及试验工作模式转换和运行控制参数信息交换。
[0067] 2)通过光纤发送符合IEC61850-9-2格式的采样值报文,采样率默认为每周波80点并能调节,最大为每周波200点;可接收和发送符合GOOSE格式的报文。
[0068] 3)采集外部输入的36路模拟量信号、8对开入量、开出量信号,并进行A/D转换,将采样数据打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文通过光纤发送给被测试设备;
[0069] 4)接收外部输入的符合FT3格式的报文,进行报文解析,将有效信息打包成符合IEC61850-9-2格式的报文通过光纤发送。
[0070] 5)接收外部光B码报文并解析,为综合试验仪进行同步。具备存储发送数据的功能,支持故障录波。
[0071] 6)配置6个光纤以太网接口,其中,4个光纤以太网接口用于发送IEC61859-9-2格式报文,每光口最多传送22路电气量信息。其余2个光纤以太网接口用于接受和发送GOOSE格式报文。配置3个FT3光纤接口,用于接受和发送FT3格式报文。另外,还配置一路光纤B码对时口,用于时间同步。
[0072] 下位机采用多微机并行处理方式,具有良好的实时数据交换功能和多种通信协议转换的功能。在结构上采用了模块化设计思想,任何构成插件的故障都只会影响综合试验仪某一特定工作模式,对其它工作模式无影响,具有稳定的工作可靠性。另外,只要按照所制定的数据交换接口定义和所要实现的工作模式对下位机构成电路的硬件和软件进行设计,就可以方便地实现综合试验仪的其它功能扩展。
[0073] 如图7所示,下位机的工作原理如下:
[0074] 综合试验仪下位机ARMl接收到上位机的控制命令和数据包后,根据自定义协议,对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析。当解析的报文属于上位机用于工作模式转换的命令报文,就将所确定的综合试验仪的工作模式,以及进行工作模式运行控制的相关信息,通过双口 DRAM1-DRAM3分别传送至ARM2-ARM4处理器,使3个微处理器按照命令进行协调配合,并进行工作模式的切换和运行控制的设置。
[0075]当综合试验仪工作在数字式继电保护试验仪工作模式I时,下位机接收上位机发送的数据包,并利用MOEDl主控板的ARM2将这些数据包打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文发送给被测试设备,开展检测工作。当综合试验仪工作在数据转换工作模式I时,下位机分别由ARM2和ARM3采集外部模拟信号(小电压模拟量信号)和开关量信号,并将其打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文发送给被测试设备。发送IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文与录波用的RAM共用数据总线,在发送报文的同时也可以启动录波。
[0076]当综合试验仪工作在数字式继电保护试验仪工作模式2时,下位机接收上位机发送的数据包,并利用ARM4将这些数据包将打包成符合FT3格式的报文,发送给被检测的合并单元。当综合试验仪工作在数据转换工作模式2时,下位机由ARM4接收外部装置的FT3格式报文,然后对这些报文迅速进行基于曼彻斯特码的FPGA解码,紧接着将其打包成符合IEC61850-9-2格式的报文,发送给被检测的数字化继电保护、测控等二次设备。发送IEC61850-9-2格式的报文与录波用的RAM共用数据总线,在发送报文的同时也可以启动录波。
[0077] 下位机利用一个由单片机控制的B码译码板,通过接收外部B码同步脉冲实现秒对时。当下位机ARMl在接收到来自上位机的测试仪启动工作命令后,将以开关量信号形式向单片机发出控制信号,使其实现基于秒对时的4kHz同步脉冲信号输出,以提供综合试验仪下位机各微处理器的同步控制信号。
[0078] (7)综合试验仪的数字式继电保护试验仪工作模式
[0079] 综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式1、模式2时,可对智能变电站数字化继电保护、测控、合并单元等二次设备进行测试。开展试验时,首先在上位机中选择相应的工作模式,然后采用自定义通讯协议经RJ-45网口将信息发送至下位机,由下位机完成对数字化二次设备的数据发送。试验过程中,需反馈至上位机显示的信息先由下位机记录,再通过自定义通讯协议上传至上位机显示。
[0080] 如图8所示,综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式I时,下位机接收上位机发送的信息,由下位机通过光口 A-F实时发送出设定的IEC61850-9-2、G00SE格式信息,用于数字化继电保护、控制设备的测试,并接受被测试设备返回的GOOSE信息。
[0081] 如图9所示,综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式2时,下位机接收上位机发送的信息,由下位机通过FT3 口实时发送FT3格式信息,用于合并单元的测试。
[0082] (8)综合试验仪的数据转换工作模式
[0083] 综合试验仪工作于数据转换工作模式1、模式2时,可作为合并单元或智能终端,用于开展相关的试验。开展试验时,通过上位机选择进入合并单元及智能终端功能模块,上位机将相应的配置信息下发至下位机。下位机采集外部模拟量数据,进行AD转换后打包成符合相应规约要求的SV采样值报文发送给数字化保护测控装置;同时,接收保护测控装置的GOOSE报文,转换成相应的开关量信号发送至试验开关设备。
[0084] 如图10所示,综合试验仪工作于数据转换工作模式I时,综合试验仪接收外部小电压模拟量信号(采样率可调,默认为80点/工频周波,最大可设定为200点/工频周波),将其转换成IEC61850-9-2格式信息;可同时接收8路开入量信息,将其转换成GOOSE报文。IEC61850-9-2格式信息可通过下位机MODEl主控板光口实时发送至数字化继电保护设备、自动控制设备;G00SE格式信息可通过下位机开关量输入输出板光口发送给智能终端或经GOOSE交换机发送给站控层后台;另外,可由开关量输入输出板光口实时接收数字化继电保护设备、自动控制设备或站控层后台发出的GOOSE报文,将其转化为开出量信号,传送给试验开关设备。综合试验仪可实现开入量信息和开出量信息的同时传送,实现合并单元和智能终端的功能。在该工作模式下时,综合试验仪还具备网络信息分析和故障录波功能。网络信息分析功能是通过安装在上位机的wireshark-win32软件实现对通信数据包的抓取,通过分析软件查看数据帧详细内容。故障录波功能是对录波功能进行设置,将录波启动条件等录波相关参数下传给下层机,还能对录波文件进行查看和图形化分析。
[0085] 如图11所示,综合试验仪工作于数据转换工作模式2时,通过下位机的3个FT3光口接收FT3格式报文,将其转换成IEC61850-9-2格式报文后,通过光口 A-F实时发送出去。GOOSE信息传送功能、网络分析仪功能及故障录波功能要求与数据转换工作模式I相同。

Claims (6)

1.一种新型智能化多功能综合试验仪,其特征在于:包括上位机和下位机,上位机、下位机通过以太网接口实现通讯连接,下位机为底层硬件平台,采用FPGA+ARM微处理器的主体结构,采用多CPU并行处理方式,其结构主要由MODEl主控板、M0DE2主控板、开关量输入输出板和B码解码板构成; 所述上位机用于对试验信息进行配置,根据在上位机软件主界面中选取的工作模式将对应的通讯命令字置位,通讯子线程通过查询通讯命令字确定当前工作模式,并转入对应的分支流程,将配置信息及数据信息打包发送给下位机; 所述下位机用于接收到上位机的控制命令和数据包后,对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析,当解析的报文属于工作模式转换的命令报文时,将所确定的工作模式以及与工作模式运行控制有关的信息,分别通过MOEDl主控板、M0ED2主控板以及开关量输入输出板的双口 DRAM,传送至各自插件的ARM微处理器(ARM2、ARM4、ARM3),使相应ARM微处理器按照命令进行协调配合,并进行工作模式的切换和运行控制的设置,完成外部信号的采集、处理以及数据的打包和发送以实现对数字化二次设备的数据发送;试验过程中需反馈至上位机显示的信息先由下位机记录,再上传至上位机进行分析和显示; 所述上位机软件运用多线程技术开发,包括IEC61850系统配置模块、继电保护测试仪功能模块、合并单元及智能终端功能模块、网络分析仪功能模块、故障录波功能模块5个功能丰旲块; 所述IEC61850系统配置模块,用于实现对IEC61850的SV和GOOSE报文配置信息的获取和自动配置; 所述继电保护测试仪功能模块,由5个模块组成:交流电压电流模块、距离保护试验模块、整组试验模块、零序电流保护试验模块以及GOOSE延时测试模块,所支持的报文发送格式包括IEC61850-9-2、FT3和G00SE,可根据试验要求进行选择配置; 所述合并单元及智能终端功能模块,用于根据试验要求,对不同工作模式下的相关参数进行配置,包括:1)当设置常规合并单元功能时,对将输入的FT3格式报文转换为IEC61850-9-2格式报文的工作模式进行配置,以及对开关量与GOOSE报文间的转换进行配置;2)当设置规约转换器功能时,对将输入的小电压模拟量信号转换为IEC61850-9-2格式报文的工作模式进行配置,以及对开关量与GOOSE报文间的转换进行配置; 所述网络分析仪功能模块,用于通过调用网络报文分析软件实现对以太网数据包的抓取,并实现对报文的实时监视、捕捉、存储、分析和统计; 所述故障录波功能模块,用于录波相关参数,并对录波文件进行查看和图形化分析。
2.根据权利要求1所述的新型智能化多功能综合试验仪,其特征在于:所述上位机软件主界面中可供选择的工作模式共有4种:数字式继电保护试验仪工作模式1、数字式继电保护试验仪工作模式2、数据转换工作模式1、数据转换工作模式2,当综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式1、模式2时,可对智能变电站数字化二次设备进行测试;当综合试验仪工作于数据转换工作模式1、模式2时,可作为合并单元或智能终端,用于开展相关的试验。
3.根据权利要求2所述的新型智能化多功能综合试验仪,其特征在于: 综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式I时,下位机接收上位机发送的数据包,并利用MOEDl主控板的ARM微处理器(ARM2)将所述数据打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文发送给被测试设备,用于数字化继电保护设备、自动控制设备的测试,并接受被测试设备返回的GOOSE信息; 综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式2时,下位机接收上位机发送的数据包,并利用M0ED2主控板的ARM微处理器(ARM4)将所述数据包将打包成符合FT3格式的报文发送给合并单元; 当综合试验仪工作在数据转换工作模式I时,下位机分别由MOEDl主控板和开关量输入输出板的ARM微处理器(ARM2、ARM3)采集外部模拟信号和开关量信号,并将外部模拟信号和开关量信号分别打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文发送给被测试设备,由下位机开关量输入输出板光口实时接收数字化继电保护设备、自动控制设备或站控层后台发出的GOOSE报文,将所述GOOSE报文转化为开关量信号,传送给试验开关设备; 当综合试验仪工作在数据转换工作模式2时,下位机由M0ED2主控板和开关量输入输出板的ARM微处理器(ARM4、ARM3)分别接收外部装置的FT3格式报文和开关量信号,然后对FT3格式报文进行基于曼彻斯特码的FPGA解码,紧接着将其打包成符合IEC61850-9-2格式的报文发送给被测试设备,将开关量信号打包成符合GOOSE格式的报文发送给被测试设备;由下位机开关量输入输出板光口实时接收数字化继电保护设备、自动控制设备或站控层后台发出的GOOSE报文,将所述GOOSE报文转化为开关量信号,传送给试验开关设备。
4.一种利用权利要求1-3中任一所述的试验仪进行测试的方法,其特征在于包括如下步骤: (1)试验开始时,首先进行软件初始化操作并打开软件主界面,同时开启主线程; (2)在主线程中启动通讯子线程,用于与下位机进行通讯; (3)进入到上位机软件主界面后首先进行报文信息配置,配置信息完成后从主界面选择相应试验模块进行试验数据的设置; (4)下位机基于TCP/IP协议的以太网口与上位机连接,实现与上位机的试验数据交换; (5)报文信息和试验数据配置完成后,选择试验开始,上位机将相应的通讯命令字置位,通讯子线程即可进入相应流程进行数据打包发送; (6)所述下位机接收到上位机的控制命令和数据包后,由下位机负责与上位机通讯的ARM微处理器(ARMl)对来自上位机的命令和状态查询报文进行解析,并将所确定的工作模式以及与工作模式运行控制有关的信息,分别通过MOEDl主控板、M0ED2主控板以及开关量输入输出板的双口 DRAM,传送至各自插件的ARM微处理器(ARM2、ARM4、ARM3),使相应ARM微处理器按照命令进行协调配合,并进行工作模式的切换和运行控制的设置,完成外部信号的采集、处理以及数据的打包和发送以实现对数字化二次设备的数据发送; (7)试验过程中需反馈至上位机显示的信息先由下位机记录,再上传至上位机进行分析和显不; (8)试验结束退出相应模块时,通讯子线程进入通讯命令字判断状态,通讯子线程不断循环地查询通讯命令字,来确定当前的工作状态,再通过自定义的通讯协议完成相应配置信息命令的下发及相关数据的传输;同时下位机负责与上位机通讯的ARM微处理器也进入通讯命令字判断状态,以准备根据自定义的通讯协议完成相应工作模式的切换和相关功能的实现。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于:所述上位机软件主界面中可供选择的工作模式共有4种:数字式继电保护试验仪工作模式1、数字式继电保护试验仪工作模式2、数据转换工作模式1、数据转换工作模式2,当综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式1、模式2时,可对智能变电站数字化二次设备进行测试;当综合试验仪工作于数据转换工作模式1、模式2时,可作为合并单元或智能终端,用于开展相关的试验。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于: 当综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式I时,下位机接收上位机发送的数据包,并利用MOEDl主控板的ARM微处理器(ARM2)将所述数据打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文发送给被测试设备,用于数字化继电保护设备、自动控制设备的测试,并接受被测试设备返回的GOOSE信息; 当综合试验仪工作于数字式继电保护试验仪工作模式2时,下位机接收上位机发送的数据包,并利用M0ED2主控板的ARM微处理器(ARM4)将所述数据包将打包成符合FT3格式的报文发送给合并单元; 当综合试验仪工作在数据转换工作模式I时,下位机分别由MOEDl主控板和开关量输入输出板的ARM微处理器(ARM2、ARM3)采集外部模拟信号和开关量信号,并将外部模拟信号和开关量信号分别打包成符合IEC61850-9-2和GOOSE格式的报文发送给被测试设备,由下位机开关量输入输出板光口实时接收数字化继电保护设备、自动控制设备或站控层后台发出的GOOSE报文,将所述GOOSE报文转化为开关量信号,传送给试验开关设备; 当综合试验仪工作在数据转换工作模式2时,下位机由M0ED2主控板和开关量输入输出板的ARM微处理器(ARM4、ARM3)分别接收外部装置的FT3格式报文和开关量信号,然后对FT3格式报文进行基于曼彻斯特码的FPGA解码,紧接着将其打包成符合IEC61850-9-2格式的报文发送给被测试设备,将开关量信号打包成符合GOOSE格式的报文发送给被测试设备;由下位机开关量输入输出板光口实时接收数字化继电保护设备、自动控制设备或站控层后台发出的GOOSE报文,将所述GOOSE报文转化为开关量信号,传送给试验开关设备。
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