CN103713214A - 一种智能变电站继电保护闭环测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能变电站继电保护闭环测试系统。包括控制系统及与之连接的图形界面和接口板卡；所述控制系统包括处理器及与之连接的存储器和FPGA模块，所述处理器与图形界面通过以太网进行通信，所述FPGA模块与接口板卡连接，并实现与各种接口板卡的高速数据传输以及接口板卡扩容；所述图形界面控制和监视整个测试流程，记录反馈信息，整理并生成相应的测试报告；所述接口板卡用于报文的发送和接收。本发明为智能变电站的继电保护测试提供了一种测试环境和闭环测试方法；该系统的测试对象和测试规模可以根据实际情况任意调整；当被测设备增加，已有仿真系统无法满足测试规模时，通过增加硬件板卡实现扩容。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能变电站继电保护闭环测试系统，可模拟各种类型的电力系统短路故障，并能真实响应继电保护装置的动作信号，适用于符合IEC 61850通信规约的智能变电站继电保护测试。
背景技术
智能变电站与传统变电站相比，其结构组成、运行方式和维护手段都发生了根本性的变化，因此，智能变电站继电保护测试新出现的问题，也是常规变电站各种成熟的测试方法和调试手段不能完全解决的。在智能变电站中，二次设备之间的连接全部采用高速的网络通信，基于标准化、模块化的设计，实现了数据、资源的共享。也正是由于数据、资源的共享，智能变电站继电保护测试除了要进行传统的单体测试和间隔整组测试之外，还应校验各间隔之间的配合特性。
为了进行上述的配合特性的测试，按照传统变电站测试的思维和操作方式，需事先构建一组预设的状态序列，在每一个状态中为继电保护装置提供数据，并得到期望的响应，然后进入到下一个状态。由于智能变电站内数据的共享，继电保护装置之间的配合特性比较复杂，因此在事先构建状态序列时考虑的内容很多，效率低下。而且一旦继电保护装置的响应情况不满足预设值时，需要对状态序列进行调整。
因此，本发明提出了一种新的智能变电站继电保护闭环测试系统，该系统不用事先费尽心思构建各种状态序列，而是只需建立智能变电站的测试模型，即可自动为一到数个间隔提供测试数据；当继电保护装置响应之后，该系统根据真实的响应情况更改测试数据，与实际运行情况相符，实现闭环测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种只需建立智能变电站的测试模型，即可自动为一到数个间隔提供测试数据，以及能够根据真实的响应情况更改测试数据，实现智能变电站继电保护闭环测试的系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：包括仿真器及与该仿真器连接的图形界面和接口板卡；所述仿真器包括处理器及与该处理器连接的存储器和FPGA模块；所述处理器与图形界面通过以太网进行通信；所述FPGA模块与接口板卡连接，并实现与各种接口板卡的高速数据传输以及接口板卡扩容；所述图形界面用于绘制智能变电站的一次模型，并设置各一次设备的参数；所述接口板卡用于报文的发送和接收。
进一步的，所述处理器采用PowerPC内核的MPC8377E，用于仿真计算和高速实时数据的收发。
进一步的，所述存储器为DDR2存储器，所述DDR2存储器由多片 X16 1G DDR2扩展为64位DDR2，且其容量可以根据具体需要配置。
进一步的，所述图形界面为用于人机交互的工控机，根据智能变电站的配置文件设置SV、GOOSE控制块的参数，将控制块的通道与一次设备进行关联。
进一步的，所述接口板卡包括光串口板卡、光纤以太网板卡和电以太网板卡。
进一步的，所述光串口板卡主要负责GB/T 20840.8格式的采样值报文的发送，由光串口板卡的光串口驱动器将来自FPGA模块的弱信号转换成强信号以驱动光串口板卡的光纤发送器；每个光串口板卡提供8个光串口。
进一步的，所述光纤以太网板卡主要负责DL/T 860.92格式采样值报文的发送，其链路层由FPGA实现，物理层由光纤以太网板卡的PHY芯片和光纤收发器实现；每个光纤以太网板卡提供8对光纤以太网接口，光纤以太网接口的接口类型可配置。
进一步的，所述电以太网板卡实现了MMS通讯，由以太网物理层、RJ45接头组成；每个电以太网板卡提供8个RJ45接口。
进一步的，所述闭环测试系统的具体测试原理如下：
步骤S01：所述闭环测试系统通过图形界面建立包括母线、线路、变压器、互感器、断路器的智能变电站的一次模型，并设置各一次设备的参数，根据当前断路器的位置信息，通过稳态潮流和短路计算得到互感器的电压电流信息，同时输出断路器的位置信息；
步骤S02：智能变电站继电保护闭环测试系统模拟过程层的合并单元和智能终端，根据智能变电站的配置文件进行以下关联：互感器和合并单元的关联；断路器位置、保护动作信号与智能终端的关联；
步骤S03：步骤S02的关联完成之后，所模拟合并单元和智能终端将步骤S01计算出的数据输出给继电保护装置，其中，互感器的电压电流信息以FT3或IEC61850-9-2方式输出，断路器的位置信息以GOOSE报文输出；
步骤S04：智能变电站继电保护闭环测试系统接收继电保护测试装置发送的GOOSE、MMS报文，并提取其中的保护动作信号，并结合测试要求更改断路器的位置信息，重新执行步骤S01，从而形成闭环测试。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明为智能变电站的继电保护测试提供了一种测试环境和闭环测试方法；该系统的测试对象和测试规模可以根据实际情况任意调整；当被测设备增加，已有仿真系统无法满足测试规模时，通过增加硬件板卡实现扩容。
附图说明
图1是本发明的系统硬件结构图。
图2是本发明测试原理图。
图3是本发明测试流程图。
具体实施方式
下面结合附图1-3，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，包括仿真器及与该仿真器连接的图形界面和接口板卡；所述仿真器包括处理器及与该处理器连接的存储器和FPGA模块；所述处理器与图形界面通过以太网进行通信；所述FPGA模块与接口板卡连接，并实现与各种接口板卡的高速数据传输以及接口板卡扩容；所述图形界面用于绘制智能变电站的一次模型，并设置各一次设备的参数；所述接口板卡用于报文的发送和接收。
如图1所示，本发明一种智能变电站继电保护闭环测试系统的硬件结构，处理器采用PowerPC内核的MPC8377E，是系统的核心，主要负责仿真计算和高速实时数据的收发，处理器内建PCI-E控制器，通过PCI-E总线连接FPGA，用来向FPGA高速传输经编码、打包之后的采样值报文。
FPGA功能是实现与各种接口板卡的高速数据传输以及接口板卡扩容，并且通过PCI-E总线从CPU获取采样值报文，FPGA根据采样值报文的类型选择相应的数据板卡，DL/T 860.92格式的报文发送给光纤以太网板卡，GB/T 20840.8格式的报文发送给光串口板卡。
DDR2存储器由多片 X16 1G DDR2扩展为64位DDR2，其容量可以根据具体需要配置。
光纤以太网板卡主要负责DL/T 860.92格式采样值报文的发送，其链路层由FPGA实现，物理层由光纤以太网PHY芯片和光纤收发器实现，每个光纤以太网板卡提供8对光纤以太网接口，接口类型可配置。
光串口板卡主要负责GB/T 20840.8格式的采样值报文的发送，由光串口驱动器将来自FPGA的弱信号转换成强信号以驱动光纤发送器。每个光串口板卡提供8个光串口。
电以太网板卡实现了MMS通讯，由以太网物理层、RJ45接头组成。每个电以太网板卡提供8个RJ45接口。
恒温晶振为DSP和FPGA提供稳定、精确的时钟信号。
工控机主要负责人机交互，包括提供模型编辑器、系统状态实时监视、测试报告生成等功能，工控机与处理器之间通过以太网通信。
如图2所示，本发明闭环测试系统的测试原理图，其中，智能变电站保护装置即继电器保护装置；本发明系统模拟过程层的合并单元和智能终端的运行，直接替换原智能变电站中的合并单元和智能终端；模拟合并单元发送SV报文；模拟智能终端发送、接收GOOSE报文；以及接入站控层网络接收MMS报告和事件。
如图3所示，本发明一种智能变电站继电保护闭环测试系统的闭环测试具体流程如下：
步骤S01：通过图形界面建立测试模型，具体：通过人机界面添加一次设备绘制一次模型，并设置各一次设备的参数，包括变压器、线路、母线、互感器、断路器等；根据智能变电站的配置文件设置SV、GOOSE控制块的参数，并且将控制块的通道与互感器、断路器、隔离开关进行关联；
步骤S02：构建好的测试模型会传送给仿真器，测试数据的计算在仿真器处完成，对一次模型进行仿真计算，通过稳态潮流、短路计算计算测试过程中各稳定状态下的电压、电流、开关位置等数据，并发送给接口板卡；
步骤S03：接口板卡根据本系统所模拟的合并单元和智能终端的运行状态，输出带有电压电流信息的SV报文、带有开关位置信息的GOOSE报文给继电保护装置（智能变电站保护装置）；
步骤S04：接口板卡接收继电保护装置（智能变电站保护装置）响应的带有跳、合闸信息的GOOSE报文，同时接收MMS动作报告；
步骤S05：接口板卡从GOOSE、MMS报文中解出跳、合闸信息并发送给仿真器，仿真器结合测试要求修改模型中的断路器位置，并重新生成测试数据，然后进入所述步骤S03，实现闭环测试；同时，仿真器将反馈部分信息给图形界面用于显示和存储；
步骤S06：图形界面控制和监视整个测试流程，记录反馈信息，整理并生成相应的测试报告。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：包括仿真器及与该仿真器连接的图形界面和接口板卡；所述仿真器包括处理器及与该处理器连接的存储器和FPGA模块；所述处理器与图形界面通过以太网进行通信；所述FPGA模块与接口板卡连接，并实现与各种接口板卡的高速数据传输以及接口板卡扩容；所述图形界面用于绘制智能变电站的一次模型，并设置各一次设备的参数；所述接口板卡用于报文的发送和接收。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述处理器采用PowerPC内核的MPC8377E，用于仿真计算和高速实时数据的收发。
3.根据权利要求1所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述存储器为DDR2存储器，所述DDR2存储器由多片 X16 1G DDR2扩展为64位DDR2，且其容量可以根据具体需要配置。
4.根据权利要求1所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述图形界面为用于人机交互的工控机，根据智能变电站的配置文件设置SV、GOOSE控制块的参数，将控制块的通道与一次设备进行关联。
5.根据权利要求1所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述接口板卡包括光串口板卡、光纤以太网板卡和电以太网板卡。
6.根据权利要求5所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述光串口板卡主要负责GB/T 20840.8格式的采样值报文的发送，由光串口板卡的光串口驱动器将来自FPGA模块的弱信号转换成强信号以驱动光串口板卡的光纤发送器；每个光串口板卡提供8个光串口。
7.根据权利要求5所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述光纤以太网板卡主要负责DL/T 860.92格式采样值报文的发送，其链路层由FPGA实现，物理层由光纤以太网板卡的PHY芯片和光纤收发器实现；每个光纤以太网板卡提供8对光纤以太网接口，光纤以太网接口的接口类型可配置。
8.根据权利要求5所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述电以太网板卡实现了MMS通讯，由以太网物理层、RJ45接头组成；每个电以太网板卡提供8个RJ45接口。
9.根据权利要求1所述的一种智能变电站继电保护闭环测试系统，其特征在于：所述闭环测试系统的具体测试原理如下：
步骤S01：所述闭环测试系统通过图形界面建立包括母线、线路、变压器、互感器、断路器的智能变电站的一次模型，并设置各一次设备的参数，根据当前断路器的位置信息，通过稳态潮流和短路计算得到互感器的电压电流信息，同时输出断路器的位置信息；
步骤S02：智能变电站继电保护闭环测试系统模拟过程层的合并单元和智能终端，根据智能变电站的配置文件进行以下关联：互感器和合并单元的关联；断路器位置、保护动作信号与智能终端的关联；
步骤S03：步骤S02的关联完成之后，所模拟合并单元和智能终端将步骤S01计算出的数据输出给继电保护装置，其中，互感器的电压电流信息以FT3或IEC61850-9-2方式输出，断路器的位置信息以GOOSE报文输出；
步骤S04：智能变电站继电保护闭环测试系统接收继电保护测试装置发送的GOOSE、MMS报文，并提取其中的保护动作信号，并结合测试要求更改断路器的位置信息，重新执行步骤S01，从而形成闭环测试。
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