CN110297148A - 一种用于pcs储能的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于PCS储能的测试系统，所述系统包括上位机和下位机，所述下位机包括信号处理板和功率放大器，所述信号处理板包括核心板、A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块，本发明可以很好的满足PCS储能现场测试需求和使用习惯，提高了测试质量和效率，解决了现阶段缺乏PCS现场测试成套测试系统的难题。为分布式发电及微电网系统中PCS储能的大面积推广提供了技术依据。

Description

一种用于PCS储能的测试系统

技术领域

本发明属于分布式和微电网测试技术领域，具体涉及一种用于PCS储能的测试系统。

背景技术：

电网的规模以及远距离输送的电力容量随着国民经济的快速发展均在不断增长。而集中式大电网成本高、运行难度大、可靠性低等缺陷将随着电网规模的扩大日渐凸显，越来越不能满足人们对电力供应的质量及用电安全性与可靠性的要求。此外，集中式大电网发电系统不能跟踪电力负荷的变化，系统的灵活性相对较差。为了提高发电系统的安全性与灵活性，分布式发电系统及微电网系统应运而生。

现阶段还没有适用于储能装置及PCS储能变流器现场测试的成套测试系统，迫切需要研制一套针对储能和PCS储能变流器现场测试需求，集信号发生、回采、功能逻辑及技术指标诊断、报告自动生成于一体的测试系统，提高储能和储能变流器现场测试的质量和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于PCS储能的测试系统，以解决现有技术中导致的系统灵活性相对较差的缺陷。

一种用于PCS储能的测试系统，所述系统包括上位机和下位机，所述下位机包括信号处理板和功率放大器，所述信号处理板包括核心板、A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块，所述上位机与所述核心板连接，所述核心板分别与所述A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块电性连接。

优选的，所述核心板包括ARM模块和PAGA模块，所述核心板的内存容量不小于64M，Nor Flash容量不小于32M，Nand Flash容量不小于218M。

优选的，所述A/D采样模块提供至少6路峰峰值±5V信号采集，采样频率不小于20KHz，采样位数不小于16位。

优选的，所述D/A输出模块提供不小于6路峰峰值±10V小电压信号输出，信号延时不大于1us，精度不超过0.01％。

优选的，所述DI开入模块提供4路220/110V有源接入，采样分辨率不超过100us。

优选的，所述DO开出模块提供4路无源输出，状态分辨率不超过50us。

优选的，所述以太网收发模块提供两路100M GOOSE报文通信，下发内容包括用于模拟PCS状态信息和PCS协控单元控制指令，上送内容包括PCS协控单元的上送数据和PCS当前工作状态信息。

优选的，所述高速光串口接收模块提供一路符合曼彻斯特编码规则的IEC60044-8协议的串口数据接收，所述ARM模块与所述FPGA模块通过定时中断加数据总线形式进行数据交互，所述ARM模块负责数据计算和逻辑处理，所述FPGA模块负责外围回路的驱动。

优选的，所述上位机包括PC电脑或工程机中的一种。

本发明的优点在于：该种用于PCS储能的测试系统：

1、按照PCS储能测试特点，提供针对性的参数设定，并能提供录波数据导入功能；

2、采用FPGA控制以太网的接收以及D/A数据发送，其时间精度在纳秒级别；

3、外围回路的驱动均由FPGA完成，其根据外接高精度恒温晶振分频得到精确时钟，不同信号接入时均打上时间戳，保证时标精度和先后的一致性。输出时由FPGA根据时间检索，时间到立即输出，FPGA的实时性保证了信号的短延时。

该系统可以很好的满足PCS储能现场测试需求和使用习惯，提高了测试质量和效率，解决了现阶段缺乏PCS现场测试成套测试系统的难题。为分布式发电及微电网系统中PCS储能的大面积推广提供了技术依据。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明中DI开入模块示意图。

图3为本发明中DO开出模块示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图3所示，一种用于PCS储能的测试系统，所述系统包括上位机和下位机，所述下位机包括信号处理板和功率放大器，所述信号处理板包括核心板、A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块，所述上位机与所述核心板连接，所述核心板分别与所述A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块电性连接。

系统采用上、下位机组合，上位机可以是个人PC，也可以是工控机。下位机包括由ARM+FPGA组成的核心板，由FPGA驱动的高速光串口接收、光纤以太网收发模块、4路开出模块、4路开入模块、D/A输出模块和A/D采样模块以及功率放大器。上下位机通过RJ45通信。

(1)上位机

上位机硬件配置要求:处理器PIII、主频800MHZ、内存1G、硬盘20G以上。操作系统windows7及后期产品。

上位机测试软件视窗提供有功、无功测试参数设定，执行测试开始控制指令后生成定值文件，或者将选择导入的录波数据文件，通过RJ45通信方式提交给下位机。下位机将采集的电流电压实时数据和DI、DO及GOOSE数据通过内部协议形式经RJ45通信上送到上位机，上位机根据算法判断PCS储能动作行为正确性。并记录测试数据和分析结果生成测试报告文件。

(2)下位机核心平台

下位机核心平台基于NXP公司四核ARM Cortex-A9架构i.MX6Quad高性能处理器设计，主频最高可达1.2GHz，12层PCB沉金工艺。整板尺寸小巧仅40mm*70mm，采用四个高度为1.5mm的超薄连接器，引脚数量多达320PIN，将处理器全部功能引脚引出。具备千兆以太网、EIM总线接口、PCI-e高速总线。

下位机ARM通过RJ45接收来自上位机的测试文件和控制指令，根据功率算法生成电流电压实时数据，或者解析录波数据文件得到电流电压实时数据，按照上位机控制指令，编码生成符合GOOSE协议的状态量报文，与FPGA每毫秒交互一次输入输出数据。ARM将从FPGA取得的带有时间戳的电流电压采样数据、DI/GOOSE状态量数据按照内部协议形式上传至上位机。

(3)FPGA模块

FPGA处理器采用Xilinx的Spartan3系列产品XC3S1500，包含有150万个系统门，32个专用乘法器，4个数字时钟管理模块，逻辑资源丰富，运行速度快。PFGA在高精度时钟模块的控制下，完成数字化以太网采样数据的链路层接收和数据校验，精确控制延迟时间并驱动D/A模块输出对应的模拟量电压信号。

FPGA模块的时钟信号由高精度恒温晶振OCXO50提供。OCXO50恒温晶振工作温度为-40至85度，小于1ppb的温漂特性，-160dBc/1KHz的低相位噪声，最大10ppb/year的低老化，保证了模块时序控制的精确性，以及长期工作的稳定性。

FPGA每毫秒通过总线从ARM取得下一毫秒数据窗发送数据，检索延时计数，一旦延时到达设定时间，即通过I/O口线驱动外围电路，包括光纤收发模块、D/A输出模块、DO开出模块。同时FPGA驱动A/D采样模块、DI开入模块，定时采样电流电压和开入量数据。另外FPGA实时检查光纤以太网和高速光串口端口，接收外部数字量数据。

(4)光纤以太网收发模块

光纤以太网收发模块采用Avago公司的HFBR 1414和AFBR 2418TZ串行光纤收发器件，具备高速的光信号收发能力，可满足多数波特率下的串行数据收发需求。

HFBR 1414光纤发送器件采用Tube封装方式的ST接口，工作温度-40至85度，最大上升时间:6.5ns，最大下降时间:6.5ns，脉冲宽度失真:7.56ns。

AFBR 2418TZ光纤接收器件采用ST接口，工作温度-40至85度，接收数据波长865nm，接收数据速率最大50MBd，具备良好的数据兼容性。

(5)D/A输出模块

D/A输出模块接收FPGA模块的数字驱动信号，转换为对应的小电压模拟量信号，实现数字控制回路与模拟输出回路的控制信号交互接口。

D/A输出模块通过专用的DAC模数转换芯片来实现。采用16位高精度，电压输出型DAC转换器AD5764。AD5764具有同步4通道，16位无失码分辨率，积分非线性(INL)误差为±1LSB，最高达1.26M的采样速率等优点。数字部分采用补码方式表示，模拟量输出电压范围-10v到+10v。

(6)功率放大器

功率放大器采用模块化直耦式电路，功率模块的互换性能好、便于维护。其输出可以真实地再现系统故障时的暂态过程，并具有完善的保护电路，功放设计为前后均可输出，其输出开路或短路不会损坏功率放大器，输出负载可随意插拔，并具有过载告警提示，电源开关采用软启动，掉电后自动关闭电源，以避免电源随意开断对放大器造成冲击。

(7)A/D采样模块

采用18位的逐次逼近型模数转换器AD7982，采样率最大1000kSPS，可实现高精度、高采样率的模数转换功能。AD7982采用2.5V单电源供电，内置一个低功耗、高速、18位无失码采样ADC、一个内部转换时钟和一个多功能串行接口端口。在转换信号上升沿，该器件对差分输入引脚之间的电压差进行采样。基准电压由外部提供，并且可以设置为电源电压。该器件的功耗和吞吐速率呈线性变化关系。支持SPI通信方式和菊花链连结模式，并提供一个可选的繁忙指示。

(8)D/A输出模块

DI开入模块如图2所示，可根据接入电压等级通过跳线方式切换。

(9)DO开出模块

DO空接点输出模块如图3所示，提供无源空接点。

(10)高速光串口接收模块

光纤数字收发模块采用Avago公司的HFBR 1414和AFBR 2418TZ串行光纤收发器件，具备高速的光信号收发能力，可满足多数波特率下的串行数据收发需求。

HFBR 1414光纤发送器件采用Tube封装方式的ST接口，工作温度-40至85度，最大上升时间:6.5ns，最大下降时间:6.5ns，脉冲宽度失真:7.56ns。

AFBR 2418TZ光纤接收器件采用ST接口，工作温度-40至85度，接收数据波长865nm，接收数据速率最大50MBd，具备良好的数据兼容性。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于，所述系统包括上位机和下位机，所述下位机包括信号处理板和功率放大器，所述信号处理板包括核心板、A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块，所述上位机与所述核心板连接，所述核心板分别与所述A/D采样模块、D/A输出模块、DI开入模块、DO开出模块、光纤以太网收发模块、高速光串口接收模块和以太网收发模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述核心板包括ARM模块和PAGA模块，所述核心板的内存容量至少64M，Nor Flash容量至少32M，Nand Flash容量至少218M。

3.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述A/D采样模块提供至少6路峰峰值±5V信号采集，采样频率至少20KHz，采样位数至少16位。

4.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述D/A输出模块提供至少6路峰峰值±10V小电压信号输出，信号延时不大于1us，精度不超过0.01％。

5.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述DI开入模块提供至少4路220/110V有源接入，采样分辨率不超过100us。

6.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述DO开出模块提供至少4路无源输出，状态分辨率不超过50us。

7.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述以太网收发模块提供两路100M GOOSE报文通信，下发内容包括用于模拟PCS状态信息和PCS协控单元控制指令，上送内容包括PCS协控单元的上送数据和PCS当前工作状态信息。

8.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述高速光串口接收模块提供一路符合曼彻斯特编码规则的IEC60044-8协议的串口数据接收，所述ARM模块与所述FPGA模块通过定时中断加数据总线形式进行数据交互，所述ARM模块负责数据计算和逻辑处理，所述FPGA模块负责外围回路的驱动。

9.根据权利要求1所述的一种用于PCS储能的测试系统，其特征在于：所述上位机包括PC电脑或工程机中的一种。