CN111175602A - 一种直流输电保护测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种直流输电保护测试系统及方法，所述方法包括：控制主板、功率放大模块、数字模块和电源模块；测试时，控制主板读取功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，发送至上位机，上位机根据参数及配置信息完成初始化设置，并设定测试参数发送至控制主板，控制主板将测试指令发送至功率放大模块，和/或，数字模块，功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。采用前述的测试系统，可以域适应于各种保护区的测试设备，也可以根据测试需求灵活配置模块数量，从而节省成本。

Description

一种直流输电保护测试系统及方法

技术领域

本申请涉及直流输电系统测试技术领域，尤其涉及以一种直流输电保护测试系统及方法。

背景技术

直流输电保护的作用是检测发生于直流输电系统中两端换流站及直流输电线路和两端交流系统的故障，检测到故障之后，发出相应的处理指令，以避免直流输电系统受到过电流、过电压、过热和过大电动力的危害，进而可以保护直流输电系统，防止直流输电系统的故障进一步扩大，造成更大的损失。

直流输电保护通常分为直流侧保护、交流侧保护和直流线路保护三大类，并具体分为六个保护区：换流站交流开关场保护区、换流阀保护区、直流开关保护区、中性母线保护区、接地极引线和接地极保护区以及直流线路保护区，各保护区的保护范围存在重叠保护。不同保护区所使用的保护设备不同，为保证保护设备能够正常运行，需定期对直流输电保护设备进行测试，以完成检修。

直流输电保护设备的测试方法是：通过测试设备连接直流保护设备，通过测试设备将模拟量输入直流输电保护设备中，检测其在故障量时能否正常动作。在现有技术中，针对不同区域的直流输电保护设备，其测试方法不同，例如，在交流侧保护采用交流模拟量输入直流输电保护设备，检测其是否能够正常动作；涉及到直流侧保护的区域则采用数字直流量，输入直流输电保护设备，检测其是否能够正常动作。但是，上述测试方法中，不同区域需要配备专门的测试设备，因此，亟需一种可以适应于各种保护区的测试设备。

发明内容

本申请实施例提供的一种直流输电保护测试系统及方法，可以适应于各种保护区的测试设备，解决了现有技术中，不同保护区需要配备专门的测试设备，成本较高的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种直流输电保护测试系统，所述系统包括：控制主板、功率放大模块、数字模块和电源模块；

所述控制主板与上位机连接，所述控制主板用于接收上位机下发的测试指令，并发送至所述功率放大模块和数字模块，其中，所述测试指令包括：交流侧保护区测试指令和直流侧保护区测试指令；

所述功率放大模块连接所述控制主板，所述功率放大模块用于根据所述控制主板发送的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的交流模拟量，并输出至直流输电保护系统；

所述数字模块连接所述控制主板，所述数字模块用于根据所述控制主板发送的直流侧保护区测试指令，生成测试所需的数字直流量，并输出至直流输电保护系统；

所述电源模块用于为所述控制主板、功率放大模块和数字模块供电；

测试时，所述控制主板读取所述功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至所述上位机，所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至控制主板，所述控制主板将测试指令发送至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述控制主板设置有智能控制模块和监测模块；

所述监测模块用于实时监测所述功率放大模块、数字模块和电源模块的参数和状态信息；

所述智能控制模块用于根据监测模块监测的参数和状态信息，控制所述功率放大模块、数字模块和电源模块的运行。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述控制主板包括：主控模块、物联网模块、交换机模块和北斗信息接收模块；

所述主控模块用于接收所述上位机下发的测试指令，并解码所述测试指令发送至所述功率放大模块和数字模块；

所述物联网模块用于实现主控模块与上位机交互；

所述交换机模块用于实现交换机功能；

所述北斗信息接收模块用于接收北斗信息，并发送时间报文至主控模块。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述功率放大模块包括：电流放大模块和电压放大模块；

所述电流放大模块用于根据所述控制主板下发的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的电流型交流模拟量，并输出至直流输电保护系统；

所述电压放大模块用于根据所述控制主板下发的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的电压型交流模拟量，并输出至直流输电保护系统。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述功率放大模块还包括：运放模块、比较器、功率管以及设置在功率管处的采集模块；

所述运放模块用于根据控制主板设定的测试指令，运放测试参数，并输入到功率管；

所述比较器用于比较运放模块的输出电压与控制主板的设定电压，当运放模块的输出电压高于设定电压，则确定电压过载，断开运放输入信号；

所述采集模块在所述功率管部分回采回路电流、散热器温度、电源电压电流，并发送至控制主板；

所述控制主板根据散热器温度控制风机转速。

第二方面，本申请实施例部分提供了一种直流输电保护测试方法，其特征在于，所述测试方法应用于第一方面中任一种实现方式所述的系统，所述方法包括：

控制主板读取功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至上位机；

所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；

所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块；

所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

结合第二方面，在一种实现方式中，所述方法还包括：

监测模块实时监测所述功率放大模块、数字模块和电源模块的参数和状态信息；

智能控制模块根据监测模块监测的参数和状态信息，控制所述功率放大模块、数字模块和电源模块的运行。

本申请实施例公开的一种直流输电保护测试系统及方法，所述方法包括：控制主板、功率放大模块、数字模块和电源模块；测试时，所述控制主板读取所述功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至所述上位机，所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至控制主板，所述控制主板将测试指令发送至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

采用前述的测试系统，可以域适应于各种保护区的测试设备，也可以根据测试需求灵活配置模块数量，从而节省成本。解决了现有技术中，不同保护区需要配备专门的测试设备，成本较高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种直流输电保护测试系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种直流输电保护测试系统中，控制主板与功率放大模块的关系的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种直流输电保护测试方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请实施例提供的一种直流输电保护测试系统及方法，可以适应于各种保护区的测试设备，解决了现有技术中，不同保护区需要配备专门的测试设备，成本较高的问题。

参照图1，示出了一种直流输电保护测试系统，所述系统包括：控制主板、功率放大模块、数字模块和电源模块。

所述控制主板与上位机连接，所述控制主板用于接收上位机下发的测试指令，并发送至所述功率放大模块和数字模块，其中，所述测试指令包括：交流侧保护区测试指令和直流侧保护区测试指令。

其中，所述控制主板与功率放大模块以及数字模块通过高速串口连接交互，速率为50M。

本实施例中，所述功率放大模块和数字模块可统称为子模块，所述控制主板可通过逻辑计算和逻辑控制，将上位机下发的测试指令解读；并发送至子模块。

所述功率放大模块连接所述控制主板，所述功率放大模块用于根据所述控制主板发送的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的交流模拟量，并输出至直流输电保护系统。

其中，所述功率放大模块包括电流放大模块和电压放大模块。

所述数字模块连接所述控制主板，所述数字模块用于根据所述控制主板发送的直流侧保护区测试指令，生成测试所需的数字直流量，并输出至直流输电保护系统。

其中，所述数字模块采用Artix-7作为主控芯片的FT3模块，FT3模块是数字直流量的发生模块，主要用于根据控制主板发送的直流侧保护区测试指令产生数字FT3报文的数字直流量，数字模块还可以根据需求扩展百兆LC光口、ST光口。

所述电源模块用于为所述控制主板、功率放大模块和数字模块供电。

其中，所述电源模块可采用现有的供电模块，本申请不做具体限定。

测试时，所述控制主板读取所述功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至所述上位机，所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至控制主板，所述控制主板将测试指令发送至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。在交流侧保护采用交流模拟量输入直流输电保护设备，检测其是否能够正常动作；涉及到直流侧保护的区域则采用数字直流量，输入直流输电保护设备，

其中，所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置之后，根据测试需要，上位机设定测试参数，并发送测试指令至控制主板，如果只需测试交流侧保护区，控制主板将测试指令发送至所述功率放大模块，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量；输出至直流输电保护系统，完成测试。如果只需测试直流侧保护区，控制主板将测试指令发送至数字模块，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。如果两者需要同时测试，则控制主板将测试指令发送至所述功率放大模块和所述数字模块，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量和所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

所述直流输电保护测试系统接通电源之后，子模块从I2C芯片中读取模块参数，配置信息，系数等，并将模块参数和配置信息通过数据总线发送到控制主板。控制主板收到报文，读取电压放大器、电流放大器参数限值，将限值上传给主控板和上位机软件，从而使软件可以限值，完成测试仪初始化配置。用户通过PAD等终端设定实验项目等参数，控制主板将参数发送到各子模块，启动输出。另外主控板通过北斗授时，并发送秒脉冲到各子模块，可实现多模块，多设备同步实验。

采用前述的测试系统，可以域适应于各种保护区的测试设备，也可以根据测试需求灵活配置模块数量，从而节省成本。解决了现有技术中，不同保护区需要配备专门的测试设备，成本较高的问题。

可选地，所述控制主板设置有智能控制模块和监测模块；

所述监测模块用于实时监测所述功率放大模块、数字模块和电源模块的参数和状态信息；

所述智能控制模块用于根据监测模块监测的参数和状态信息，控制所述功率放大模块、数字模块和电源模块的运行。

其中，所述监测模块监测的参数和状态信息包括：功率放大模块、数字模块和电源模块的断口电压、开路、短路、温度以及电源模块的电源电压和功率。

本实施例中，为了使测试流程更加便捷、智能，在测试系统中加入智能化控制，即在测试系统增加智能控制模块和监测模块。测试系统在测试时会智能选择模块供电等级，并根据实际运行功率和温度实时调整风机速率，这样既能节能环保，也能有效的保护功率器件，延长测试系统的使用寿命。测试系统在运行过程中主控制模块还会通过监测模块实时监控子模块的端口电压，供电电压功率，模块开路、短路等参数。在测试系统运行过程中控制主板实时读取各模块状态和实验数据，通过集成物联网模块打包发送至上位机和云平台，云平台可以记录历次实验地点，时间和实验结果，方便用户对实验进度监控和后期的数据分析。

可选地，所述控制主板包括：主控模块、物联网模块、交换机模块和北斗信息接收模块；

所述主控模块用于接收所述上位机下发的测试指令，并解码所述测试指令发送至所述功率放大模块和数字模块；

所述物联网模块用于实现主控模块与上位机交互；

所述交换机模块用于实现交换机功能；

所述北斗信息接收模块用于接收北斗信息，并发送时间报文至主控模块。

其中，所述主控模块采用基于ZYNQ-7020主控芯片的FPGA模块；物联网模块采用USR-WIFI232芯片，实现了与Pad等移动终端交互；交换机模块由芯片BCM5325E实现交换机功能；北斗信息接收模块采用UM220作为北斗信息接收芯片，用于解码并发送时间报文发送到主控模块。

可选地，所述功率放大模块包括：电流放大模块和电压放大模块；

所述电流放大模块用于根据所述控制主板下发的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的电流型交流模拟量，并输出至直流输电保护系统；

所述电压放大模块用于根据所述控制主板下发的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的电压型交流模拟量，并输出至直流输电保护系统。

其中，所述电流放大模块和电压放大模块均采用Artix-7作为主控芯片FPGA模块，并且在模块中包含64M的I2C芯片，用以保存电流放大模块和电压放大模块的校准系数，参数等信息。

可选地，所述功率放大模块还包括：运放模块、比较器、功率管以及设置在功率管处的采集模块；

所述运放模块用于根据控制主板设定的测试指令，运放测试参数，并输入到功率管；

所述比较器用于比较运放模块的输出电压与控制主板的设定电压，当运放模块的输出电压高于设定电压，则确定电压过载，断开运放输入信号；

所述采集模块在所述功率管部分回采回路电流、散热器温度、电源电压电流，并发送至控制主板；

所述控制主板根据散热器温度控制风机转速。

参照图2，示出了一种控制主板与功率放大模块的关系示意图，图2中，控制主板将控制参数下发到子模块FPGA中，FPGA经过计算后配置控制DA输出小信号，小信号经过运放模块运放后输入到功率管，同时，比较器把运放输出电压与设定电压作比较，当运放输出电压高于设定电压则判断过载，则关断运放输入信号，从而保护模块。

所述功率管连接端口继电器，在功率管与端口继电器之间部分设置采集模块回采回路电流、散热器温度、电源电压电流，并发送至AD转换模块，转换之后发送至FPGA。FPGA根据这些参数可以判断模块开路，散热器过热和电源工作状态，并根据回采温度来控制风机转速。并且FPGA把回采的模块参数和状态发送到上位机告知用户，使整个系统的运行更加智能，便捷，可靠。

参照图3，示出了一种直流输电保护测试方法，所述测试方法应用于前述任一项所述的系统，所述方法包括：

步骤S1，控制主板读取功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至上位机；

步骤S2，所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；

步骤S3，所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块；

步骤S4，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

进一步地，所述方法还包括：

监测模块实时监测所述功率放大模块、数字模块和电源模块的参数和状态信息；

智能控制模块根据监测模块监测的参数和状态信息，控制所述功率放大模块、数字模块和电源模块的运行。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于方法实施例而言，由于其是应用于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例中的说明即可。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种直流输电保护测试系统，其特征在于，包括：控制主板、功率放大模块、数字模块和电源模块；

所述控制主板与上位机连接，所述控制主板用于接收上位机下发的测试指令，并发送至所述功率放大模块和数字模块，其中，所述测试指令包括：交流侧保护区测试指令和直流侧保护区测试指令；

所述功率放大模块连接所述控制主板，所述功率放大模块用于根据所述控制主板发送的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的交流模拟量，并输出至直流输电保护系统；

所述数字模块连接所述控制主板，所述数字模块用于根据所述控制主板发送的直流侧保护区测试指令，生成测试所需的数字直流量，并输出至直流输电保护系统；

所述电源模块用于为所述控制主板、功率放大模块和数字模块供电；

测试时，所述控制主板读取所述功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至所述上位机，所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至控制主板，所述控制主板将测试指令发送至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块，所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制主板设置有智能控制模块和监测模块；

所述监测模块用于实时监测所述功率放大模块、数字模块和电源模块的参数和状态信息；

所述智能控制模块用于根据监测模块监测的参数和状态信息，控制所述功率放大模块、数字模块和电源模块的运行。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制主板包括：主控模块、物联网模块、交换机模块和北斗信息接收模块；

所述主控模块用于接收所述上位机下发的测试指令，并解码所述测试指令发送至所述功率放大模块和数字模块；

所述物联网模块用于实现主控模块与上位机交互；

所述交换机模块用于实现交换机功能；

所述北斗信息接收模块用于接收北斗信息，并发送时间报文至主控模块。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率放大模块包括：电流放大模块和电压放大模块；

所述电流放大模块用于根据所述控制主板下发的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的电流型交流模拟量，并输出至直流输电保护系统；

所述电压放大模块用于根据所述控制主板下发的交流侧保护区测试指令，生成测试所需的电压型交流模拟量，并输出至直流输电保护系统。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述功率放大模块还包括：运放模块、比较器、功率管以及设置在功率管处的采集模块；

所述运放模块用于根据控制主板设定的测试指令，运放测试参数，并输入到功率管；

所述比较器用于比较运放模块的输出电压与控制主板的设定电压，当运放模块的输出电压高于设定电压，则确定电压过载，断开运放输入信号；

所述采集模块在所述功率管部分回采回路电流、散热器温度、电源电压电流，并发送至控制主板；

所述控制主板根据散热器温度控制风机转速。

6.一种直流输电保护测试方法，其特征在于，所述测试方法应用于权利要求1-5中任一项所述的系统，所述方法包括：

控制主板读取功率放大模块和数字模块的参数及配置信息，并发送至上位机；

所述上位机根据所述参数及配置信息完成初始化设置；

所述上位机设定测试参数，并发送测试指令至所述功率放大模块，和/或，所述数字模块；

所述功率放大模块根据测试指令生成测试所需的交流模拟量，和/或，所述数字模块根据测试指令生成测试所需的数字直流量，输出至直流输电保护系统，完成测试。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

监测模块实时监测所述功率放大模块、数字模块和电源模块的参数和状态信息；

智能控制模块根据监测模块监测的参数和状态信息，控制所述功率放大模块、数字模块和电源模块的运行。

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