CN108254709B - 数字化电能测试用转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字化电能测试用转换装置。本发明采用的技术方案为：V/I转换模块对分压模块输出的电压转换成电流，输出与分压的输入信号成比例的标准二次电流信号；升压模块对输入信号进行升压处理，输出与输入电压成正比例关系的标准二次电压信号；AD采样模块对来自继电器的模拟信号进行模数转化，将输入的模拟信号转化成数字信号，并将数字信号送给现场可编程逻辑门阵列FPGA；经现场可编程逻辑门阵列FPGA处理得到电信号，通过光纤发射器输出FT3信号。本发明实现了模拟标准互感器二次输出和电子式互感器的FT3输出，可在不升一次高压源或者缺少一次高压源的情况下进行数字化电能计量仿真相关的实验或理论研究。
Description
技术领域
本发明涉及智能变电站数字化计量领域，特别是一种数字化电能测试用转换装置。
背景技术
传统电子式电能计量系统由电磁式互感器和电子式电能表组成，二次大量使用电缆传输信号，误差因素众多。不同于传统的模拟电能计量系统，数字化电能计量系统的整体架构发生了根本性的改变，整个系统由电子式电流互感器（ECT）、电子式电压互感器（EVT）、合并单元和数字化电能表构成，电子式互感器（含合并单元）替代了传统电磁式互感器，光纤通信取代了大量的电线电缆，电子式电能表也被数字化电能表代替。
数字化电能计量具有绝缘结构简单、无爆炸、无二次开路危险、数字信号分享更为容易和带负载能力强等优点，且在2009年国家电网公司提出了建设坚强智能电网的发展目标，并启动了智能电网试点工程建设。智能变电站作为智能电网的一个重要环节，在全国各地得到了推广建设，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等功能。数字化计量系统作为智能变电站的重要组成部分，以数字化为特征，以计量某点电能为目标，根据互感器为电子式互感器或传统电磁式互感器，分为全数字化计量装置和半数字化计量装置。基于互感器、合并单元和数字化电能表的数字化电能计量系统在智能变电站中得到了广泛应用，但升一次高压源存在一定的危险性。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字化电能测试用转换装置，以实现模拟标准互感器二次输出和电子式互感器的FT3输出，可在不升一次高压源或者缺少一次高压源的情况下进行数字化电能计量仿真相关的实验或理论研究。
为此，本发明采用如下的技术方案：数字化电能测试用转换装置，包括分压模块、运放模块、V/I转换模块、升压模块、第一继电器、第二继电器、AD采样模块、现场可编程逻辑门阵列FPGA和光纤发射器；
所述的分压模块对输入信号进行分压处理，分压后的信号分别输出给运放模块和V/I转换模块；
所述的运放模块对分压的输入信号进行线性比例放大，并将放大后的输入信号送往第一继电器；
所述的V/I转换模块对分压模块输出的电压转换成电流，输出与分压的输入信号成比例的标准二次电流信号；
所述的第一继电器用于输入信号切换，根据继电器控制信号在电子式电流互感器的输出信号和运放模块输出的信号之间进行切换，并将信号送到AD采样模块；
所述的第二继电器用于输入信号切换，根据继电器控制信号在电子式电压互感器的输出信号和程控电子源输出的信号之间进行切换，并将信号送到AD采样模块；
所述的升压模块对输入信号进行升压处理，输出与输入电压成正比例关系的标准二次电压信号；
所述的AD采样模块对来自继电器的模拟信号进行模数转化，将输入的模拟信号转化成数字信号，并将数字信号送给现场可编程逻辑门阵列FPGA；经现场可编程逻辑门阵列FPGA处理得到电信号，通过光纤发射器输出FT3信号。
本发明可以作为高压态下工作的电子式互感器的远端模块，输出FT3信号；也可以在不升高压情况下模拟标准互感器二次输出和电子式互感器的FT3输出，用于进行电子式互感器的各类模拟实验。
作为上述技术方案的补充，所述的现场可编程逻辑门阵列FPGA接收来自AD采样模块的数字信号，进行数字信号处理、运算和组帧操作，按照满足IEC60044-8协议的数字帧输出到光纤发射器。
作为上述技术方案的补充，所述的光纤发射器将满足IEC60044-8协议的电信号转化成光信号，输出给合并单元。
作为上述技术方案的补充，所述AD采样模块输出的数字信号通过SPI总线的协议送给现场可编程逻辑门阵列FPGA。
作为上述技术方案的补充，所述分压模块的输入信号来自程控电子源的输出信号。
作为上述技术方案的补充，所述升压模块的输入信号来自程控电子源的输出信号。
作为上述技术方案的补充，所述的现场可编程逻辑门阵列FPGA在内部生成SPI总线驱动模块、数据处理模块、FT3协议组帧模块和FT3发送模块；其中，SPI总线驱动模块用于接收AD采样数据并对数据进行预处理；数据处理模块用于对采样数据进行运算处理；FT3协议组帧模块用于将处理好的数据按照FT3协议组成数据帧；FT3发送模块用于把数据帧按照协议规定的方式发送。
本发明具有以下有益效果：本发明主要针对小模拟信号输出的电子式互感器的一个功能补充，作为模拟小信号输出的电子式互感器的远端模块，将模拟信号转换成满足FT3协议的数字信号，通过光纤传输，避免了模拟量信号在远距离传输时产生的信号损耗；同时在缺少或者不需要升一次高压源的情况下模拟标准互感器的二次信号输出和电子式互感器的FT3输出，用于满足数字化计量二次设备上进行的实验操作和理论研究。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示的数字化电能测试用转换装置，包括分压模块、运放模块、V/I转换模块、升压模块、第一继电器、第二继电器、AD采样模块、现场可编程逻辑门阵列FPGA和光纤发射器。
所述的分压模块：采用意杰公司的高精度电阻组成分压系统，用于对输入信号进行分压处理，分压后的信号输出给运放模块和V/I转换模块。
所述的运放模块：采用Analog Device公司的OP297高精度仪表放大器作为核心器件组成运放电路，用于对分压的信号进行线性比例放大，并将放大后的信号送往第一继电器。
所述V/I转换模块：采用TI公司的高电压、高电流、宽输出摆幅的功率运算放大器OPA549作为核心器件组成V/I转化电路，用于根据分压模块输出的电压进行电压到电流的转换，输出与分压信号成比例的标准二次电流信号。
所述第一继电器：采用欧姆龙公司的低接触阻抗继电器，用于输入信号切换，根据继电器控制信号在电子式电流互感器的输出信号和运放模块输出的信号之间进行切换，并将信号送到AD采样模块。
所述第二继电器：采用欧姆龙公司的低接触阻抗继电器，用于输入信号切换，根据继电器控制信号在电子式电压互感器的输出信号和程控电子源输出的信号之间进行切换，并将信号送到AD采样模块。
所述升压模块：采用TI公司的高电压、大电流的功率运算放大器OPA548作为核心器件和升压互感器等组成升压电路，用于对输入信号进行升压处理，输出与输入电压成正比例关系的标准二次电压信号。
所述AD采样模块：采用TI公司24位ADS1278模数转换器，具有高带宽、低信噪比、低失真特性，可同时对8路信号进行实时采样，用于对来自继电器模块的模拟信号进行模数转化，将输入的模拟信号转化成数字信号，并通过SPI总线的协议将数字信号送到现场可编程逻辑门阵列FPGA。
所述现场可编程逻辑门阵列FPGA：采用intel公司高性能FPGA，在内部生成一个SPI总线驱动模块、数据处理模块、FT3协议组帧模块和FT3发送模块；其中SPI总线驱动模块用于接收AD采样数据并对数据进行预处理；数据处理模块用于对采样数据进行运算处理；FT3协议组帧模块用于将处理好的数据按照FT3协议组成数据帧；FT3发送模块用于把数据帧按照协议规定的方式发送。
所述光纤发射器：采用Agilent公司HFBR-1414光纤发射器，用于将满足IEC60044-8协议的电信号转化成光信号输出，外部通过光纤与合并单元连接。
所述分压模块的输入信号来自程控电子源的输出信号，升压模块的输入信号也来自程控电子源的输出信号
本发明可作为电子式互感器的远端模块，电子式电压互感器工作在高压态，二次端输出低于7V的小电压信号，电子式电流互感器工作在大电流状态，二次端输出小电流信号，经过高精度采样电阻模块形成低于7V的小电压信号，本发明对电子式互感器输出的小电压信号进行采样、模数转换、数字信号处理、数字信号组帧、延时标记等操作输出满足IEC60044-8协议的FT3信号。
由于升一次高压源存在一定的危险性，为了在不升一次高压源或者缺少一次高压源的情况下进行数字化电能计量的一些实验或理论研究，本发明实现了模拟标准互感器二次输出和电子式互感器的FT3输出，可用于进行数字化电能计量仿真相关的实验和理论研究。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.数字化电能测试用转换装置，包括分压模块、运放模块、V/I转换模块、升压模块、第一继电器、第二继电器、AD采样模块、现场可编程逻辑门阵列FPGA和光纤发射器，其特征在于，
所述的分压模块对输入信号进行分压处理，分压后的信号分别输出给运放模块和V/I转换模块；
所述的运放模块对分压的输入信号进行线性比例放大，并将放大后的输入信号送往第一继电器；
所述的V/I转换模块将分压模块输出的电压转换成电流，输出与分压的输入信号成比例的标准二次电流信号；
所述的第一继电器用于输入信号切换，根据继电器控制信号在电子式电流互感器的输出信号和运放模块输出的信号之间进行切换，并将信号送到AD采样模块；
所述的第二继电器用于输入信号切换，根据继电器控制信号在电子式电压互感器的输出信号和程控电子源输出的信号之间进行切换，并将信号送到AD采样模块；
所述的升压模块对输入信号进行升压处理，输出与输入电压成正比例关系的标准二次电压信号；
所述的AD采样模块对来自继电器的模拟信号进行模数转化，将输入的模拟信号转化成数字信号，并将数字信号送给现场可编程逻辑门阵列FPGA；经现场可编程逻辑门阵列FPGA处理得到电信号，通过光纤发射器输出FT3信号。
2.根据权利要求1所述的数字化电能测试用转换装置，其特征在于，所述的现场可编程逻辑门阵列FPGA接收来自AD采样模块的数字信号，进行数字信号处理、运算和组帧操作，按照满足IEC60044-8协议的数字帧输出到光纤发射器。
3.根据权利要求1或2所述的数字化电能测试用转换装置，其特征在于，所述的光纤发射器将满足IEC60044-8协议的电信号转化成光信号，输出给合并单元。
4.根据权利要求1或2所述的数字化电能测试用转换装置，其特征在于，所述AD采样模块输出的数字信号通过SPI总线的协议送给现场可编程逻辑门阵列FPGA。
5.根据权利要求1或2所述的数字化电能测试用转换装置，其特征在于，所述分压模块的输入信号来自程控电子源的输出信号。
6.根据权利要求1或2所述的数字化电能测试用转换装置，其特征在于，所述升压模块的输入信号来自程控电子源的输出信号。
7.根据权利要求1或2所述的数字化电能测试用转换装置，其特征在于，所述的现场可编程逻辑门阵列FPGA在内部生成SPI总线驱动模块、数据处理模块、FT3协议组帧模块和FT3发送模块；其中，SPI总线驱动模块用于接收AD采样数据并对数据进行预处理；数据处理模块用于对采样数据进行运算处理；FT3协议组帧模块用于将处理好的数据按照FT3协议组成数据帧；FT3发送模块用于把数据帧按照协议规定的方式发送。
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