CN201788243U - 直流保护测试装置 - Google Patents

Abstract

一种直流保护测试装置，该装置包括：与直流保护装置连接的IO装置，与上位PC机、直流保护装置连接的主板装置，连接于主板装置与IO装置之间的FPGA，IO装置接收直流保护装置的激光能量信号，分离接收到的激光能量信号，得到时钟信号和低电压信号后向FPGA发送，FPGA将默认信息数据与低电压信号根据编码格式叠加后通过IO装置发送给直流保护装置，形成闭环回路，主板装置接收上位PC机发送的测试数据，并将该测试数据通过FPGA发送给IO装置，经过IO装置发送给直流保护装置。本实用新型可以精确设置测试数据，实现对直流保护装置的准确、严格的检测，为常规测试提供了方便的实验手段，具有很高的实用性。

Description

直流保护测试装置

技术领域

本发明涉及高压直流输电系统测试领域，特别涉及一种直流保护测试装置。

背景技术

南方电网直流工程的控制保护系统通常是以高速数字式可编程控制器SIMADYND系统为基础来实现的，直流控制系统分为互相冗余的两套系统，两套系统互为备用，在直流系统运行期间，两套系统之间可以进行无扰动的切换。直流保护系统采用了三取二配置方式，三套配置完全相同的直流保护装置，分别放在三个独立的机柜中，测量的直流运行量通过光纤直接取自一次回路，直流滤波器保护采用完全冗余的两套保护，交流滤波器保护部分采用了SIMADYND系统。

由于直流保护装置中采用光纤进行能量和数据传输的特殊性，决定了其测试手段的特殊性，现有技术中对直流保护装置的测试方式，以直流保护装置为SIMADYND装置为例，是将光纤测试盒的激光输入端通过电光转换器与SIMADYND装置的IO3模块相连接，将光纤测试盒(内装有OPTODYN)的电压输入端子与可调直流电源盒连接，通过万用表测量可调直流电源盒的电压，通过分别加入要测试的直流电压值，实现对直流保护装置的测试。

现有技术中的这种直流保护装置的测试方式，需要手动调整直流电源盒，并利用万用表来测量电压，因此，每次将电压调整到实验值时，都需要进行一个细心的调整过程，且输出电压值的精度控制比较困难。另外现有技术中每次试验仅能实现对一个通道进行加量，因此无法同时输出多个光纤量。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种直流测试保护测试装置，其可以实现对直流保护装置的准确、严格的检测，为其常规测试提供方便的试验手段，具有很高的实用性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种直流保护测试装置，包括：与直流保护装置相连接的IO装置，与上位PC机、所述直流保护装置相连接的主板装置，以及连接于所述主板装置与所述IO装置之间的FPGA，所述IO装置接收所述直流保护装置的激光能量信号并对接收的激光能量信号进行分离，分离出时钟信号和低电压信号后向所述FPGA发送，FPGA将默认信息数据与所述低电压信号根据预设编码格式叠加后通过所述IO装置发送给所述直流保护装置，形成闭环回路，所述主板装置接收所述上位PC机发送的测试数据，并将该测试数据通过FPGA发送给IO装置，通过IO装置发送给所述直流保护装置。

根据上述本发明方案，其在直流保护测试装置启动后，首先识别直流保护装置的激光能量信号，并通过对激光能量信号进行分离，得到时钟信号和低电压信号，然后将默认信息数据与该低电压信号根据预设编码格式叠加后反馈给直流保护装置，使得直流保护装置可以稳定地对外输出能量，并在直流保护测试装置与直流保护装置之间建立起稳定的连接，形成闭环回路，此后，可以通过上位PC机来设定测试数据，并通过直流保护测试装置发送给直流保护装置，实现直流保护的测试过程。本发明的直流保护测试方式，在直流保护装置与本发明的直流保护测试装置之间形成了闭环回路，且可以通过上位PC机来设置相应的测试数据，并将该测试数据传递给直流保护装置，可以实现精确的测试数据的设置，实现对直流保护装置的准确、严格的检测，为其常规测试提供了方便的实验手段，具有很高的实用性。

附图说明

图1是本发明的直流保护测试装置实施例的结构示意图；

图2是依据本发明的直流保护装置的测试方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

以下对本发明的直流保护测试装置的其中一个具体实施方式为例对本发明方案进行详细说明。

本发明方案的根本目的，是能够提高对直流保护装置进行测试时的测试精度，且能够提高对直流保护装置进行测试时的便利性，为此，本发明方案考虑到设定直流保护测试装置，该直流保护测试装置可以与要测试的直流保护装置形成闭环回路，从而可以将测试信息直接发送给直流保护装置，该直流保护测试装置还可以接收上位PC机下发的相应的测试数据，比如电压值、电流值，并将PC机下发的测试数据，发送给直流保护装置，从而可以通过PC机设置数字式的测试数据，测试、调整方便，实现对直流保护装置进行测试时的测试精度的提高。

参见图1所示，是本发明的直流保护测试装置实施例的结构示意图，如图所示，本发明的直流保护测试装置包括有：与直流保护装置相连接的IO装置，与上位PC机、直流保护装置相连接的主板装置，以及连接于所述主板装置与所述IO装置之间的FPGA(可编程逻辑器件)，所述IO装置接收直流保护装置的激光能量信号，并对接收到的激光能量信号进行分离，分离出时钟信号和低电压信号后发送给FPGA，FPGA接收后将默认信息数据与低电压信号根据预设编码格式叠加后反馈给直流保护装置，形成闭环回路，随后，主板装置接收上位PC机发送的测试数据，并将该测试数据通过FPGA发送给IO装置，由IO装置将该测试数据发送给直流保护装置。

其中，在IO装置在接收到激光能量信号后，还可以先对该激光能量信号进行第一处理操作后，该第一处理操作包括光电转换操作，然后对第一操作处理后的激光能量信号进行分离。另外，IO装置将叠加后的信号、测试数据发送给直流保护装置时，可先对测试数据进行第二处理操作，该第二处理操作包括电光转换操作，然后将第二操作处理后的测试数据发送给直流保护装置。

此外，IO装置包括有光接收器和光发送器，所述光接收器与直流保护装置的LM模块相连接，实现对从直流保护装置发出的光信号的接收，所述光发送器与所述直流保护装置的IO模块相连接，以将转换后的光信号发送给直流保护装置。

上述IO装置，还可以包括有光电转换电路、电光转换电路、比较电路、驱动电路以及指示灯状态显示模块，主要是完成光功率信号的光电转换、时钟提取及整形、完成光功率输入电压的判定并形成对直流保护装置的能量输出的闭环反馈，完成数据信号的发送和光电转换的功能。

在进行具体的处理时，光电转换电路通过光接收器接收的光信号转换为电信号，转换后的电信号被送至比较电路，比较电路包括有两部分，一部分为时钟提取电路，另一部分为低电压判断电路，时钟提取电路采用了跟随比较电路，可以随着外部电压的变化正确地提取时钟信号，而低电压判断电路采用了迟滞比较电路，通过设定门槛控制电路较好的反映外部电压的变化情况，并产生对应的低电压信号，时钟信号和低电压信号经过驱动电路的整形和驱动被传输给FPGA。

其中，上述主板装置，具体包括ARM(Advanced RISC Machines)处理器和DSP(数字信号处理器)，ARM处理器与上述上位PC机相连接，DSP与ARM处理器、以及FPGA相连接，通过DSP来实现与直流保护装置之间的模拟量、开关量之间的交互。其中，ARM处理器内部集成有以太网，用于DSP和上位PC机之间的数据通讯，所有的控制信息、状态信息等都通过ARM处理器来实现下载、上传，此外，ARM处理器中采用的以太网口可以是10M或者100M的以太网口。而上述DSP，可以是采用最新的DSP数字信号处理技术以及16位的数模转换和32位的数值计算精度，由于DSP具有高速的运算能力，通过采用先进的DSP技术，可以大力提高直流保护测试装置每周波输出的数据点，大大提高和改善直流保护测试装置的暂态响应速度和辐频特性。通过利用DSP加上FPGA构成的数字信号处理系统，可以极大地提高和改善直流保护测试装置的小信号输出精度和输出波形。

另外，上述对测试过程的说明中，是对接收的测试数据为通过光纤接收的数字量(也可称之为光纤量)进行说明，通过本发明的直流保护装置，还可以实现对模拟量(或者称之为电气量)、开关量的数字量的测试数据的测试，在此分别成为模拟量、开关量。在实现模拟量的交互时，上位PC机将用户设定值发送给直流测试保护装置，直流保护测试装置中的ARM处理器将给设定值转发给DSP处理器，随后，DSP处理器对该设定值进行运算，计算出要发送的值，并将该值发送给DA(数模转换)，控制DA的输出，通过DA的数模转换后，经过调整电路对外输出设定模拟量，该模拟量可直接通过DSP传送至直流保护装置。

而对于开关量而言，可以将其区分为开关输入量和开关输出量：对于开关输入量，用户可以通过开入量接口接入开入状态，直流保护测试装置可通过开入量板传入状态，该状态的值经过调理电路后被传送至DSP，DSP对其进行判定后，将相应的状态发送给上位PC机进行相应的显示；对于开关输出量，用户可以通过上位PC机来设定开出，DSP获取到该开出信息后，进行判定并控制相应的继电器动作，经开关量板完成状态的对外输出。

此外，上述FPGA可以采用Actel公司的A3P250PQ208器件，以完成时钟判定、数据暂存、并行数据的串行转换及发送、传输报文格式的控制等功能，以及在采用了校验位及进行加密的情况下，进行校验位计算、加密位计算等功能。FPGA可以通过对空闲状态的判定使数据在可靠的脉冲位置发送，从而完成与直流保护装置的通信。在FPGA的内部工作流程中，其具体的工作过程可以是，其首先对从DSP总线上的数据进行地址译码，判断是否有写信号，若有，则更新寄存器，并在脉冲信号到来时，进行并串转换，并在添加奇偶校验位后将串行数据输出给IO装置。

通过FPGA，还可以实现对直流保护装置的LM模块的电能输出情况的检测，IO装置中的低电压判定电路通过比较输入电压与设定电压的值，判定电压情况，若输入电压低于设定电压，则IO装置将会将低电压信号输出给FPGA，FPGA接收后，将该低电压信号叠加到数据报文中发送，实现实时的对输入信号的检测。

考虑到目前南方电网直流工程的控制保护系统是以高速数字式可编程控制器SIMADYND系统为基础来实现的，因此，本发明中应用的直流保护装置，可以是SIMADYND系统的直流保护装置。

另外，本发明的直流保护测试装置可以通过光纤与直流保护装置相连接，在这种情况下，在激光信号的传递过程中，能量传递的效率主要取决于光纤和光电转换期间的转换效率，而目前普通的数据光纤的芯径仅为62.5/125μm，因此，为了能够尽量提高能量传递的效率，可以采用芯径较大的光纤，在本发明方案中，可以采用芯径为200/230μm的光纤。

另外，上述DSP，还可以包括有ADC，用以采集直流保护装置中IO模块的X13上输出的模拟信号，用以判断整个系统通路的工作情况，实现系统自检，同时，DSP还可以包括有DAC，通过DAC来输出模拟信号，这里的模拟信号包括模拟量和开关量等控制信号。

本发明方案的直流保护测试装置，可以实现支持不同的板卡类型，例如LM3.1、LM4.0板卡类型等等，对于不同的板卡类型，可以采用不同的报文格式和加密计算方式，以采用LM3.1板卡类型为例，上述与本发明IO装置的光接收器相连接的LM模块为相应的LM3.1模块，上述与本发明IO装置中的光发送器相连接的IO模块为相应的IO3.1模块，对于其他的板卡类型，以此类推，在此不予赘述。

另外，如上所述，通过本发明的方案，是接收上位PC机下发的测试数据来实现测试功能，因此，可以通过设定人机交互界面，通过人机交互界面来实现对测试数据的输入，此外，由于本发明通过以太网与上位PC机来连接、通过光发送器、光接收器来与实现与直流保护装置的通信，因此，可以设置多个通道的连接，同时实现对多个通道进行加量测试。

在传统的测试装置中，在进行精度校正时，一般是通过调整装置内部的电位器来实现的，因而存在校正工作量大、校正精度易受读数等人为因素影响等缺点，而本发明的直流保护测试装置，是通过PC机来下发测试数据，从而可以通过在PC机上的软件进行自校正，直流保护测试装置通过数字式标准表的串口连接到计算机，计算机再经网口连接到直流保护测试装置，校正时，计算机下发电压、电流值到直流保护测试装置，同时通过串口自动读取标准表的读数，得出的校正系数通过网口下传给直流保护测试装置，并固化到直流保护测试装置的闪存，完成测试仪的精度校正。

根据上述本发明的直流保护测试装置，图2中提供了一种应用该直流保护装置进行测试的测试方法，参见图2所示，是依据本发明的直流保护装置的测试方法实施例的流程示意图，其包括步骤：

步骤S101：接收直流保护装置发送的激光能量信号，进入步骤S102；

步骤S102：对该激光能量信号进行分离，得到低电压信号和时钟信号，并将默认信息数据与所述低电压信号根据预设编码格式叠加后返回发送给所述直流保护装置，形成闭环回路，进入步骤S103；

步骤S103：接收PC机下发的初始测试数据，并将该初始测试数据发送给所述直流保护装置。

另外，在对直流保护装置进行测试时，通常是需要输入多次数据，通过对多次的测试结果进行比较分析，以分析比较得到具体的测试结果，因此，在上述步骤S103之后，还可以包括步骤：

步骤S104：接收PC机下发的更新后的测试数据，并对该更新后的测试数据发送给所述直流保护装置。

其中，上述更新后的测试数据可以任意设定，出于对分析便利的目的，上述更新后的测试数据可以设置为所述初始测试数据加上该初始测试数据对应的预设步长后所得到的值。由于测试数据可以包括有多个参数，例如电压值、电流值，对于这些不同的参数值，可以分别为各不同的参数值分别设定各自的初始值、以及各自的预设步长的值。

其中，在接收到激光能量信号后，还可以先对该激光能量信号进行第一处理操作后，该第一处理操作包括光电转换操作，然后对第一操作处理后的激光能量信号进行分离。另外，将叠加后的信号、初始测试数据、或者更新后的测试数据发送给直流保护装置时，可先进行第二处理操作，该第二处理操作包括电光转换操作，然后将第二操作处理后的数据发送给直流保护装置。

考虑到目前南方电网直流工程的控制保护系统是以高速数字式可编程控制器SIMADYND系统为基础来实现的，因此，本发明中应用的直流保护装置，可以是SIMADYND系统的直流保护装置。

以上所述的本发明实施方式，仅仅是对本发明的最佳实施例的说明，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流保护测试装置，其特征在于，包括：与直流保护装置相连接的IO装置，与上位PC机、所述直流保护装置相连接的主板装置，以及连接于所述主板装置与所述IO装置之间的FPGA，所述IO装置接收所述直流保护装置的激光能量信号并对接收的激光能量信号进行分离，分离出时钟信号和低电压信号后向所述FPGA发送，所述FPGA将默认信息数据与所述低电压信号根据预设编码格式叠加后通过所述IO装置发送给所述直流保护装置，形成闭环回路，所述主板装置接收所述上位PC机发送的测试数据，并将该测试数据通过所述FPGA发送给所述IO装置，通过所述IO装置发送给所述直流保护装置。

2.根据权利要求1所述的直流保护测试装置，其特征在于，所述主板包括：与所述上位PC机连接的ARM处理器、以及连接于所述ARM处理器与所述FPGA之间的数字信号处理器DSP，所述ARM处理器包括用于与所述上位PC机连接的以太网接口。

3.根据权利要求1或2所述的直流保护测试装置，其特征在于，所述直流保护装置为SIMADYND系统的直流保护装置。

4.根据权利要求1或2所述的直流保护测试装置，其特征在于，所述IO单元包括光接收器和光发送器，所述光接收器与直流保护装置的LM模块相连接，所述光发送器与所述直流保护装置的IO模块相连接。

5.根据权利要求1或2所述的直流保护测试装置，其特征在于，所述IO装置通过光纤与所述直流保护装置相连接，所述光纤的芯径为200/230μm。

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