CN103606318A - 电子式互感器模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子式互感器模拟装置，属于互感器领域。本发明包括互感器模拟板卡和光电转换模块；互感器模拟板卡包括桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，光电转换模块包括编码单元、第二驱动单元和转换单元；第一驱动单元与编码单元相连接。本发明可与真实的电子式互感器得功效相同，不仅可以模拟真实设备的正常运行，还可模拟其异常运行，既减少了购买真实设备的费用，又满足了培训要求，大大降低了建设成本，应用价值极高；本发明可以集中模拟多路电子互感器输出内容、协议、通信速率等不相同的数据，既节省了空间也节省了成本。

Description

电子式互感器模拟装置
技术领域
本发明涉及一种互感器。
背景技术
在智能变电站混合仿真培训系统研发建设过程中，为实现系统的正常运转，除必要的智能变电站二次设备之外，还需要与其直接口的一次设备的配合，电子式互感器是不可缺少的接口一次设备之一。
由于智能变电站混合仿真培训系统主要用于智能站运维人员的对智能站二次设备的实训，系统中无需采用真实的一次设备，采用的真实的一次设备既不经济，也不现实，可以用具备相同功能、经济实用的仿真装置替代。
由于电子式互感器本身是随智能电网发展应运而生的新设备，其模拟装置目前尚无定型产品，从实际需要出发，需研制用费用低、功效相同的电子式互感器模拟装置实现与智能站过程层的合并单元互连。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低廉、功能齐全、使用方便的电子式互感器模拟装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：一种电子式互感器模拟装置，包括与服务器主机相连接的互感器模拟板卡和与合并单元相连接的光电转换模块；所述互感器模拟板卡包括依次顺序单向连接的桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，所述光电转换模块包括依次顺序单向连接的编码单元、第二驱动单元和转换单元；所述互感器模拟板卡中第一驱动单元的输出端与光电转换模块中编码单元的输入端相连接。
服务器主机与互感器模拟板卡的桥芯片之间单向连接，光电转换模块的转换单元与合并单元之间单向连接。
本发明采用的另一种技术方案为：一种电子式互感器模拟装置，包括与服务器主机相连接的互感器模拟板卡和与合并单元相连接的光电转换模块；所述互感器模拟板卡包括依次顺序连接的桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，所述桥芯片的输出端与信号处理器的输入端相连接，所述信号处理器与隔离单元之间双相连接，隔离单元与第一驱动单元之间双向连接；所述光电转换模块包括依次顺序连接的编码单元、第二驱动单元和转换单元，所述编码单元与转换单元、转换单元与第二驱动单元之间均为双向连接；所述互感器模拟板卡的第一驱动单元的与光电转换模块的编码单元之间双向连接。
服务器主机与互感器模拟板卡的桥芯片之间单向连接，光电转换模块的转换单元与合并单元之间双向连接。
采用上述技术方案取得的技术进步为：
1、本发明实现了与主流厂家的合并单元接口，满足了针对不同厂家合并单元的培训需求；
2、可实现多种波特率、多种采样率、同步及异步方式、多种协议的采样值输出； 
3、实现了智能变电站所有间隔电子式互感器集中模拟，能够达到集中控制、灵活配置、节省空间、节约投资的目的；
4、实现了电子互感器模拟装置通过PCI总线与主机的互联，扩展方便、灵活，通讯速率高；
5、采用高速数字处理技术，实现了大量通道数据的组包及并行处理，保证了智能变电站仿真培训系统的实时性。
本发明首次应用于面向智能变电站生产培训的数字物理混合仿真培训系统；可与真实的电子式互感器得功效相同，不仅可以模拟真实设备的正常运行，还可模拟其异常运行，既减少了购买真实设备的费用，又满足了培训要求，大大降低了建设成本，应用价值极高；本发明可以集中模拟多路电子互感器输出数据，每路的数据内容、协议、通信速率等可以不尽相同，既节省了空间也节省了成本；通过电子式互感器模拟装置，可以实现将模拟采集电压电流数据传送到合并单元，从而实现对变电站运行情况的模拟。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为实施例1处于工作状态时的连接图；
图3为实施例2的结构示意图；
图4为实施例2处于工作状态时的连接图。
具体实施方式
实施例1
由图1所示可知，电子式互感器模拟装置，包括与服务器主机相连接的互感器模拟板卡和与合并单元相连接的光电转换模块；所述互感器模拟板卡包括依次顺序单向连接的桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，所述光电转换模块包括依次单向连接的编码单元、第二驱动单元和转换单元；所述互感器模拟板卡中第一驱动单元的输出端与光电转换模块中编码单元的输入端相连接。
服务器主机与互感器模拟板卡的桥芯片之间单向连接，光电转换模块的转换单元与合并单元之间单向连接。
本发明的工作原理为：互感器模拟板卡具有多路输入多路输出，通过PCI总线与服务器主机进行数据交互。互感器模拟板卡将从主机接收到的数据进行组包、转换，再将组好的数据发送至光电装换模块。
来自于服务器主机的数据进入互感器模拟板卡后，首先进入通过PCI总线进入桥芯片，此桥芯片为专用于PCI总线的接口芯片，桥芯片将PCI总线上的数据发送至信号处理器，信号处理器将数据进行格式转换及组包处理后发送至隔离单元，隔离单元主要负责对信号处理器输出信号进行隔离，防止外部干扰对内部信号处理器的干扰和损坏，处理之后隔离单元将信号发送至第一驱动单元，第一驱动单元对隔离后的信号进行驱动，以使此信号更良好更完整地传送到光电转换模块。至此，互感器模拟板卡的数据处理任务就完成了。
本发明中桥芯片采用的是CYPRESS公司的 CY7C系列产品，信号处理器采用的是TI公司的TMS320F系列DSP处理器，隔离单元的主要芯片采用的是IL711，驱动单元采用的主要芯片为TI公司的74AHC245。
光电转换模块的主要功能是将来自互感器模拟板卡上所有通道的电信号转换成合并单元需要的光信号，以适应与合并单元光纤接口的连接，同时还实现曼彻斯特编码、通道切换等功能。
光电转换模块也具有多路输入多路输出，并通过集成电缆与互感器模拟板卡相连。
来自互感器模拟板卡的电信号通过第一驱动单元后进行入光电转换模块，其首先进入编码单元，编码单元将此电信号进行曼彻斯特编码，然后将编码信号再发送至第二驱动单元，第二驱动单元将信号驱动后发送至转换单元，转换单元将电信号转换成光信号，最后发送至合并单元。
在本发明中编码单元采用的芯片为3D7521，第二驱动单元采用的芯片为75452，转换单元采用的是光电耦合器，其型号为HFBR1414。
通过上述实现的电子式互感器模拟装置的工作方式为异步式：电子互感器模拟装置采用的是根据采样频率自主定时发送的方式，互感器模拟板卡按照自己的晶振来获得发送的时间间隔，发送时间点到了之后再进行组包和发送。这样电子式互感器模拟装置与合并单元之间并不同步，因此称为异步式。
图2所示为本实施例处于工作状态时的连接图。
下面给出一组优选的互感器模拟板卡和光电转换模块的性能参数。
互感器模拟板卡的具体参数如下：
         通道数：16路输出，16路输入
         总线类型：PCI总线v2.2
         接口类型：37针D型插头（插孔）
         支持同步或异步方式
         支持多种采样率
         支持多种波特率
         隔离电压：2500Vrms(1min)
         工作温度范围：0～70℃
         存储温度范围：-65～150℃
         接口类型：37针D型插头（插孔）
         采用高速DSP芯片作为处理器，其主频可达150MHz 
光电转换模块的具体参数为：配置成32路发送通道或16路发送16路接收通道；通过37针电缆与互感器模拟板卡相连；转换单元采用高性能的安捷伦光电耦合器，最高通信速度可达10MBd，装置带有指示灯指示所有通道目前的状态。
实施例2
如图3所示可知，电子式互感器模拟装置，包括与服务器主机相连接的互感器模拟板卡和与合并单元相连接的光电转换模块；所述互感器模拟板卡包括依次顺序连接的桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，所述桥芯片的输出端与信号处理器的输入端相连接，所述信号处理器与隔离单元之间双相连接，隔离单元与第一驱动单元之间双向连接；所述光电转换模块包括依次顺序连接的编码单元、转换单元和第二驱动单元，所述编码单元与转换单元、转换单元与第二驱动单元之间均为双向连接；所述互感器模拟板卡的第一驱动单元的与光电转换模块的编码单元之间双向连接。
服务器主机与互感器模拟板卡的桥芯片之间单向连接，光电转换模块的第二驱动单元与合并单元之间双向连接。
与实施例1不同的是，此实施例中的电子式互感器模拟装置的工作方式变成了同步式的：合并单元将同步脉冲信号发送到光电转换模块的第二驱动单元，第二驱动单元的信号依次经过转换单元、编码单元、互感器模拟板卡的第一驱动单元、隔离单元，最后送至信号处理器，信号处理器接收到此同步脉冲信号后，再对来自服务器主机的信号进行组包和发送，这样，整个模拟装置发送信号的时间间隔即采样频率就与合并单元同步了，因此称为同步式工作方式。图4所示为本实施例处于工作状态时的连接图。
本发明中互感器模拟板卡与服务器主机之间通过PCI总线通信，可以实现即插即用，且接口处的桥芯片配置有缓存，很方便与计算机进行通信；该模拟装置总体上采用多路输入通道、多路输出通道并发输出的机制，大大提高了输出的响应时间。 
电子式互感器模拟装置可以模拟智能变电站所有间隔电子式互感器的基本功能，可与真实的电子式互感器得功效相同，不仅可以模拟真实设备的正常运行，还可模拟其异常运行。除此之外可以模拟基于罗科夫斯基线圈的互感器(简称罗氏互感器)和基于法拉第磁旋光效应的电子式电流互感器、基于电阻或电容分压原理（电子式）和基于Pockets效应(光学)的电子式电压互感器，功能非常齐全。目前一台110 KV以上的电子式互感器的价格一般在15-20万元，而一台本发明结构的电子式互感器模拟装置成本约5万元，用电子式互感器模拟装置代替实际设备，一台电子式互感器节约成本10-15万元，减少了购买真实设备的费用，又满足了培训要求，大大降低了建设成本，应用价值极高。 

Claims (4)

1.一种电子式互感器模拟装置，其特征在于包括与服务器主机相连接的互感器模拟板卡和与合并单元相连接的光电转换模块；所述互感器模拟板卡包括依次顺序单向连接的桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，所述光电转换模块包括依次顺序单向连接的编码单元、第二驱动单元和转换单元；所述互感器模拟板卡中第一驱动单元的输出端与光电转换模块中编码单元的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器模拟装置，其特征在于服务器主机与互感器模拟板卡的桥芯片之间单向连接，光电转换模块的转换单元与合并单元之间单向连接。
3.一种电子式互感器模拟装置，其特征在于包括与服务器主机相连接的互感器模拟板卡和与合并单元相连接的光电转换模块；所述互感器模拟板卡包括依次顺序连接的桥芯片、信号处理器、隔离单元和第一驱动单元，所述桥芯片的输出端与信号处理器的输入端相连接，所述信号处理器与隔离单元之间双相连接，隔离单元与第一驱动单元之间双向连接；所述光电转换模块包括依次顺序连接的编码单元、第二驱动单元和转换单元，所述编码单元与转换单元、转换单元与第二驱动单元之间均为双向连接；所述互感器模拟板卡的第一驱动单元的与光电转换模块的编码单元之间双向连接。
4.根据权利要求3所述的电子式互感器模拟装置，其特征在于服务器主机与互感器模拟板卡的桥芯片之间单向连接，光电转换模块的转换单元与合并单元之间双向连接。
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