CN104215803A - 一种用于分布式智能测试平台的同步标准源及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于分布式智能测试平台的同步标准源及控制方法，所述标准源由CPU模块、时钟调度模块、GPS对时模块、PLL同步模块、主控单元以及12路标准源输出组成。所述CPU模块、GPS对时模块、PLL同步模块及主控单元分别与时钟调度模块相连，GPS对时模块与PLL同步模块互联，主控单元采用FPGA+DSP模式，12路标准源输出直接与主控单元相联。本发明负责变电站分布式智能测试平台主机的时钟信号接收和解析计算，并通过光纤网络和被测子机进行实时同步输出以开展各种测试，同步标准源为测试平台提供数据交互传输媒介，满足现场测试对系统注入数据的时钟同步和精度的严格要求。

Description

一种用于分布式智能测试平台的同步标准源及控制方法

技术领域    

本发明涉及一种用于分布式智能测试平台的同步标准源及控制方法，属电力系统智能变电站测试技术领域。

背景技术    

随着智能电网推广建设，电子式互感器、合并单元、网络交换机等新型设备被引入变电站。智能变电站整个一次、二次系统的实现方式和应用方式也发生了较大的变化。传统以电缆为媒介传输电气信号的方式，被光纤数字化方式所取代。信息也不再是单一的点对点通信方式，可通过构建新型的通信网络加以传播。同时，智能变电站中单个设备与其他设备之间的关联性也更加紧密，部分新型保护装置需要依据多设备的输出信息进行判断。这些复杂的信息组织关系如何检验，是智能变电站投运前的检测工作必须解决的问题。

过去，智能变电站二次系统的测试方法主要针对单体设备的功能检验问题，未能将合并单元、网络交换机等智能组件的采样同步性及延时纳入被检范围，从而失去了校验保护装置的整体一致性以及信息的组织、分配关系功能。目前运行的智能变电站，也往往通过装置自身的同步性能调整输入、输出，只能说明设备在被检时刻的准确度，不具备长期判断能力。因此为了保证过程中的采样同步以及被检设备在出现任何问题时做到实时掌控和决策，通过建立基于GPS时钟系统的在线标准源控制输出，以满足到对二次系统整体试验的目的。将过去的调试方法逐渐从异步试验转变成整体同步试验，这是调试二次系统的一个发展趋势。

发明内容    

本发明的目的是，针对目前变电站分布式智能测试系统中存在的问题，提供一种用于分布式智能测试平台的同步标准源及控制方法。它能够负责变电站分布式智能测试平台主机的时钟信号接收和解析计算，并通过光纤网络和被测子机进行实时同步输出以开展各种测试，同步标准源为测试平台提供数据交互传输媒介，满足现场测试对系统注入数据的时钟同步和精度的严格要求。

实现本发明的技术方案是，建立一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，该同步标准源包含CPU模块、时钟调度模块、GPS对时模块、PLL同步模块、主控单元以及12路标准源输出，所述CPU模块、GPS对时模块、PLL同步模块及主控单元分别与时钟调度模块互联，GPS对时模块与PLL同步模块互联，主控单元采用FPGA+DSP模式，12路标准源输出直接与主控单元相联。

本发明同步标准源的CPU模块负责指令派遣和可视化图形界面处理，选用AMD80188ER系列CPU模块，内置512K字节的SRAM512K A盘、256字节的片内存储器，具有2个三线制RS232总线通讯接口、1个九线制RS232总线通讯接口、双16位数据指针的可多次编程快速微处理器。

本发明同步标准源的时钟调度模块负责时钟信号对比解析和为传输网络提供TCP/IP协议层中的物理层，采用CycloneII系列EP2C20Q240I8处理器，支持在线JTAG调试口和2个RS232扩展口，配置PHY芯片DM9161协议物理层。

本发明同步标准源的GPS对时模块负责接收GPS信号并解析出PPS秒脉冲，同时支持IRIG-B码时钟同步和网络对时，提供2路RS232、RS485串口输出，4路1PPS信号。

本发明同步标准源的PLL同步模块负责外部时钟信号倍频处理，并将倍频处理后的信号送给其他模块使用，采用ALtera的ALTPLL_RECONFIG系列宏模块，内部提供频率自适应可重配置软核。

本发明同步标准源的主控单元采用FPGA+DSP模式，FPGA模块负责从时钟对时和数据交互，DSP模块负责计算和误差修正，采用8MB的SDRAM增强型储存控制器，提供多功能PCI Express Gen2并支持2400MIPS。

本发明同步标准源的12路标准源输出是模拟4路电压和8路电流的标准源输出，最高电压125V，最大电流40A，内置3路小信号弱模信号输出。

本发明同步标准源的主控单元提供输出量自动校准零漂和幅值功能，不支持直流量处理，校准方法如下：

（1）开启工作电源后，子机进入自动校准零漂界面，子机DSP模块通过FPGA屏蔽主机端控制信号；

（2）DSP模块通过FPGA发送控制命令，令12路标准源输出按照初始设定采样频率发送零值，同时命令主控单元切换至校准零漂状态，接收由12路标准源输出中的返校程序返送回的零漂数字量；

（3）DSP模块用傅里叶变换取其基波分量作为零漂误差，乘以系数0.6后，通过FPGA送给12路标准源输出，完成输出误差调整；

（4）12路标准源输出再次返送零漂数字量给DSP模块，反复以上过程，直至采集装置输出零漂值满足精度要求；

（5）子机进入自动校准幅值界面，DSP模块通过FPGA发送控制命令，令12路标准源输出按照初始设定采样频率发送数据，同时命令主控单元切换至校准幅值状态，接收由12路标准源输出中的返校程序返送回的幅值数字量；

（7）DSP模块用傅里叶变换计算出幅值误差，经与标准量比较后得到修正量，通过FPGA送给12路标准源输出，完成输出误差调整；

（8）进入下一次修正过程，直至采集装置输出幅值满足误差精度要求，程序停止。

本发明一种用于分布式智能测试平台的同步标准源的控制方法，包括如下步骤：

（1）开启工作电源后，程序初始化，CPU模块先通过GPS对时模块与同步时钟信号连接，开启PLL模块倍频调试模式，另与子机主控单元建立连接，控制FPGA模块完成初始化；

（2）PLL模块完成GPS模块信号的倍频处理，并输出新的同步信号送给时钟调度模块，由时钟调度模块完成解析和处理后产生同步报文；

（3）CPU模块发送故障状态指令至时钟调度模块，经处理附带时间戳发送至主控单元；

（4）由故障状态指令控制FPGA模块调制并输出模拟量，主控单元内DSP模块自动校准输出零漂和幅值，并控制12路标准源输出指令所需信号；

（5）程序结束，关闭初始通讯连接。

本发明一种用于分布式智能测试平台的同步标准源的工作原理是：

开启工作电源后，CPU模块先通过GPS对时模块与同步时钟信号建立连接，同时开启PLL倍频调试模式，并与子机主控单元建立连接以完成FPGA模块的初始化控制；由PLL模块完成GPS模块信号的倍频处理，输出同步信号至时钟调度模块，由时钟调度模块完成解析产生同步报文；CPU模块发送的故障状态指令连同时间戳送至主控单元；主控单元内DSP模块按照故障状态指令要求自动校准输出零漂和幅值，并由FPGA模块调制12路标准源输出所需的信号。

本发明的有益效果是，本发明的同步标准源和控制方法对保障各个子机之间的数据通道输出具有很好的同步协调功能，协调机制同样适用于智能变电站验收平台、在线监测平台和电网故障分析平台；主控单元根据带时间戳的故障状态指令来改变各个子机的12标准源输出参数，无需人工干预，能够保证数据输出的稳定、精确性，进一步满足了智能变电站整体多间隔智能设备联合测试功能。

附图说明   

图1为本发明所述用于分布式智能测试平台的同步标准源的整体结构框图；

图2为本发明所述用于分布式智能测试平台的同步标准源的自动校准零漂和幅值功能流程图；

图3为本发明所述用于分布式智能测试平台的同步标准源的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源及控制方法进行详细的说明。

本实施例的整体结构框图如图1所示，同步标准源包含CPU模块、时钟调度模块、GPS对时模块、PLL同步模块、主控单元以及12路标准源输出，所述CPU模块、GPS对时模块、PLL同步模块及主控单元分别与时钟调度模块相连，GPS对时模块与PLL同步模块互联，主控单元采用FPGA+DSP模式，12路标准源输出直接与主控单元互联。

CPU模块负责指令派遣和可视化图形界面处理，选用AMD80188ER系列CPU模块，内置512K字节的SRAM512K A盘、256字节的片内存储器，具有2个三线制RS232总线通讯接口、1个九线制RS232总线通讯接口、双16位数据指针的可多次编程快速微处理器。

时钟调度模块负责时钟信号对比解析和为传输网络提供TCP/IP协议层中的物理层，采用CycloneII系列EP2C20Q240I8处理器，支持在线JTAG调试口和2个RS232扩展口，配置PHY芯片DM9161协议物理层。

GPS对时模块负责接收GPS信号并解析出PPS秒脉冲，同时支持IRIG-B码时钟同步和网络对时，提供2路RS232、RS485串口输出，4路1PPS信号。

PLL同步模块负责外部时钟信号倍频处理，并将倍频处理后的信号送给其他模块使用，采用ALtera的ALTPLL_RECONFIG系列宏模块，内部提供频率自适应可重配置软核。

主控单元采用FPGA+DSP模式，FPGA模块负责从时钟对时和数据交互，DSP模块负责计算和误差修正，采用8MB的SDRAM增强型储存控制器，提供多功能PCI Express Gen2并支持2400MIPS。

12路标准源输出是模拟4路电压和8路电流的标准源输出，最高电压125V，最大电流40A，内置3路小信号弱模信号输出。

如图2所示，本发明所述主控单元提供的输出量自动校准零漂和幅值步骤如下：

（1）开启工作电源后，子机进入自动校准零漂界面，子机DSP模块通过FPGA屏蔽主机端控制信号；

（2）DSP模块通过FPGA发送控制命令，令12路标准源输出按照初始设定采样频率发送零值，同时命令主控单元切换至校准零漂状态，接收由12路标准源输出中的返校程序返送回的零漂数字量；

（3）DSP模块用傅里叶变换取其基波分量作为零漂误差，乘以系数0.6后，通过FPGA送给12路标准源输出，完成输出误差调整；

（4）12路标准源输出再次返送零漂数字量给DSP模块，反复以上过程，直至采集装置输出零漂值满足精度要求；

（5）子机进入自动校准幅值界面，DSP模块通过FPGA发送控制命令，令12路标准源输出按照初始设定采样频率发送数据，同时命令主控单元切换至校准幅值状态，接收由12路标准源输出中的返校程序返送回的幅值数字量；

（7）DSP模块用傅里叶变换计算出幅值误差，经与标准量比较后得到修正量，通过FPGA送给12路标准源输出，完成输出误差调整；

（8）进入下一次修正过程，直至采集装置输出幅值满足误差精度要求，程序停止。

对照图3，本发明所述一种用于分布式智能测试平台的同步标准源的控制方法，包括下面的步骤：

（1）开启工作电源后，程序初始化，CPU模块先通过GPS对时模块与同步时钟信号连接，开启PLL模块倍频调试模式，另与子机主控单元建立连接，控制FPGA模块完成初始化；

（2）PLL模块完成GPS模块信号的倍频处理，并输出新的同步信号送给时钟调度模块，由时钟调度模块完成解析和处理后产生同步报文；

（3）CPU模块发送故障状态指令至时钟调度模块，经处理附带时间戳发送至主控单元；

（4）由故障状态指令控制FPGA模块调制并输出模拟量，主控单元内DSP模块自动校准输出零漂和幅值，并控制12路标准源输出指令所需信号；

（5）程序结束，关闭初始通讯连接。

Claims (9)

1.一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述同步标准源包含CPU模块、时钟调度模块、GPS对时模块、PLL同步模块、主控单元以及12路标准源输出；所述CPU模块、GPS对时模块、PLL同步模块及主控单元分别与时钟调度模块互联；GPS对时模块与PLL同步模块互联；主控单元采用FPGA+DSP模式；12路标准源输出直接与主控单元互联。

2.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述CPU模块负责指令派遣和可视化图形界面处理，选用AMD80188ER系列CPU模块，内置512K字节的SRAM512K A盘、256字节的片内存储器，具有2个三线制RS232总线通讯接口、1个九线制RS232总线通讯接口、双16位数据指针的可多次编程快速微处理器。

3.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述时钟调度模块负责时钟信号对比解析和为传输网络提供TCP/IP协议层中的物理层，采用CycloneII系列EP2C20Q240I8处理器，支持在线JTAG调试口和2个RS232扩展口，配置PHY芯片DM9161协议物理层。

4.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述GPS对时模块负责接收GPS信号并解析出PPS秒脉冲，同时支持IRIG-B码时钟同步和网络对时，提供2路RS232、RS485串口输出，4路1PPS信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述PLL同步模块负责外部时钟信号倍频处理，并将倍频处理后的信号送给其他模块使用，采用ALtera的ALTPLL_RECONFIG系列宏模块，内部提供频率自适应可重配置软核。

6.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述主控单元采用FPGA+DSP模式，FPGA模块负责从时钟对时和数据交互，DSP模块负责计算和误差修正，采用8MB的SDRAM增强型储存控制器，提供多功能PCI Express Gen2并支持2400MIPS。

7.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述12路标准源输出是模拟4路电压和8路电流的标准源输出，最高电压125V，最大电流40A，内置3路小信号弱模信号输出。

8.根据权利要求1所述的一种用于分布式智能测试平台的同步标准源，其特征在于，所述主控单元提供输出量自动校准零漂和幅值功能，不支持直流量处理，校准方法如下：

（1）开启工作电源后，子机进入自动校准零漂界面，子机DSP模块通过FPGA屏蔽主机端控制信号；

（2）DSP模块通过FPGA发送控制命令，令12路标准源输出按照初始设定采样频率发送零值，同时命令主控单元切换至校准零漂状态，接收由12路标准源输出中的返校程序返送回的零漂数字量；

（3）DSP模块用傅里叶变换取其基波分量作为零漂误差，乘以系数0.6后，通过FPGA送给12路标准源输出，完成输出误差调整；

（4）12路标准源输出再次返送零漂数字量给DSP模块，反复以上过程，直至采集装置输出零漂值满足精度要求；

（5）子机进入自动校准幅值界面，DSP模块通过FPGA发送控制命令，令12路标准源输出按照初始设定采样频率发送数据，同时命令主控单元切换至校准幅值状态，接收由12路标准源输出中的返校程序返送回的幅值数字量；

（7）DSP模块用傅里叶变换计算出幅值误差，经与标准量比较后得到修正量，通过FPGA送给12路标准源输出，完成输出误差调整；

（8）进入下一次修正过程，直至采集装置输出幅值满足误差精度要求，程序停止。

9.一种用于分布式智能测试平台的同步标准源的控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

（1）开启工作电源后，程序初始化，CPU模块先通过GPS对时模块与同步时钟信号连接，开启PLL模块倍频调试模式，另与子机主控单元建立连接，控制FPGA模块完成初始化；

（2）PLL模块完成GPS模块信号的倍频处理，并输出新的同步信号送给时钟调度模块，由时钟调度模块完成解析和处理后产生同步报文；

（3）CPU模块发送故障状态指令至时钟调度模块，经处理附带时间戳发送至主控单元；

（4）由故障状态指令控制FPGA模块调制并输出模拟量，主控单元内DSP模块自动校准输出零漂和幅值，并控制12路标准源输出指令所需信号；

（5）程序结束，关闭初始通讯连接。