CN202975206U - 微机型继电保护测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种微机型继电保护测试装置，其特征在于：它包括PC、FPGA和D/A芯片，其中PC通过USB或以太网接口与FPGA连接，FPGA与D/A芯片通过总线连接。通过采用本实用新型装置，无需DSP等专业运算芯片，而是充分利用PC的运算功能，直接在PC中完成对输入参数的运算，再转换成可被D/A识别的数据，通过USB或以太网将数据发送至FPGA，由FPGA控制D/A芯片进行数模转换，然后再输出至电压、电流功放，可减少一个主要部件，大大节约成本。
Description
技术领域
本实用新型属于电力自动化技术领域，具体涉及电力自动化设备继电保护测试装置。
背景技术
现有的微机型继电保护测试仪在计算输出数据时，都采用PC作为上位机硬件平台，但仅仅只是用来显示人机界面、保存试验数据和报告。运行过程都是先由运行于PC平台的上位机软件接受用户的设置，然后上位机软件通过串口、USB或以太网向下位机发送用户设置的参数。
下位机通常采用单片机或DSP+FPGA作为运算和控制单元，下位机接收到上位机发送的参数后，将参数带入电力故障仿真算法中，由单片机或DSP完成仿真数据的计算，然后再将计算完成的数据通过D/A芯片输出。而为了保证测试的实时性，上述过程都是采用逐点计算，逐点输出的方式来完成。
但是采用这种设计结构有诸多缺陷。首先，浪费了PC平台强大的运算能力；其次，DSP电路设计、软件设计复杂，以现代芯片的发展来看，DSP的运算能力明显偏低；第三，由于核心计算放在DSP上，软件开发难度大，调试困难，软件功能难以扩展，一旦需要软件升级，必须将设备返厂，给使用单位带来诸多不便，同时还有运输工程中设备损毁的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微机型继电保护测试装置，可完全不需要DSP之类的专业运算芯片。
本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种微机型继电保护测试装置，其特征在于：它包括顺次连接的PC、FPGA和D/A芯片。
按上述装置，所述的PC通过USB或以太网接口与FPGA连接。
按上述装置，所述的FPGA与D/A芯片通过总线连接。
一种微机型继电保护测试系统，其特征在于，它包括：
参数输入模块，用于接收用户输入的参数信息，并将用户输入的参数计算成各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率；
运算模块，用于将得到的各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率采用傅里叶算法得到交流正弦波的周波数据或叠加的谐波周波数据，以浮点数的数据类型进行保存；
通讯模块，用于将运算模块得到的浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数类型，再发送给FPGA以控制D/A芯片。
按上述系统，所述的傅立叶算法公式具体为：
，
式中：f(t)为电压或电流波形输出值，a0为直流分量，c1为基波幅值，c2为二次谐波幅值，cn为n次谐波幅值，θ1为基波初始相位角，θ2为二次谐波初始相位角，θn为n次谐波初始相位角，ω为角速度，t为时间。
按上述系统，所述的通讯模块包括，下位机检测模块，用于检测是否和FPGA正确连接，如果没有则停止试验，向用户报告错误信息；数据转换模块，用于将浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数型数据；数据发送模块，用于在下位机检测模块检测到已经与FPGA正确连接，则将转换后的整数型数据发送给FPGA。
微机型继电保护测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：
接收用户输入的参数信息；
根据接收到的参数信息计算各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率；
将计算模块得到的各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率采用傅里叶算法得到交流正弦波的基波周波数据或叠加的谐波周波数据，以浮点数的数据类型进行保存；
将运算模块得到的浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数类型，再发送给FPGA以控制D/A芯片。
按上述方法，所述的傅立叶算法公式具体为：
式中：f(t)为电压或电流交流波，a0为直流分量，c1为基波幅值，c2为二次谐波幅值，cn为n次谐波幅值，θ1为基波初始相位角，θ2为二次谐波初始相位角，θn为n次谐波初始相位角，ω为角速度，t为时间。
按上述方法，将运算模块得到的数据发送给FPGA时，先检测是否和FPGA正确连接，如果没有则停止试验，向用户报告错误信息；将浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数型数据；在下位机检测模块检测到已经与FPGA正确连接，则将转换后的整数型数据发送给FPGA。
本实用新型的有益效果为：
1、通过采用本实用新型装置，无需DSP等专业运算芯片，而是充分利用PC平台的运算能力，直接在PC中完成对输入参数的运算，再将得到的浮点数转换为D/A芯片能够识别的整数数据，最后交由FPGA逐点送入D/A芯片，由D/A芯片进行数模转换，输出至电压、电流功放，可减少一个主要部件，大大节约成本。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的系统结构框图。
图2为本实用新型一实施例的装置结构框图。
具体实施方式
图1为本实用新型一实施例的系统结构框图，它包括：参数输入模块，用于接收用户输入的参数信息；运算模块，用于将用户输入的参数信息计算成各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率，采用傅里叶算法得到交流正弦波的基波周波数据和叠加的谐波周波数据，以浮点数的数据类型进行保存；通讯模块，用于将运算模块得到的浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数类型，并通过USB或以太网接口发送给FPGA以控制D/A芯片。
所述的傅立叶算法公式具体为：
式中：f(t)为电压或电流波形输出值，a0为直流分量，c1为基波幅值，c2为二次谐波幅值，cn为n次谐波幅值，θ1为基波初始相位角，θ2为二次谐波初始相位角，θn为n次谐波初始相位角，ω为角速度，t为时间。
所述的通讯模块包括：下位机检测模块，用于检测是否和FPGA正确连接，如果没有则停止试验，向用户报告错误信息；数据转换模块，用于将浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数型数据；数据发送模块，用于在下位机检测模块检测到已经与FPGA正确连接，则将转换后的整数型数据发送给FPGA。
微机型继电保护测试方法包括以下步骤：接收用户输入的参数信息；根据接收到的参数信息计算各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率；将计算得到的各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率采用傅里叶算法得到交流正弦波的周波数据或叠加的谐波周波数据，以浮点数的数据类型进行保存；将运算模块得到的浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数类型，再发送给FPGA以控制D/A芯片。
将运算模块得到的数据发送给FPGA时，先检测是否和FPGA正确连接，如果没有则停止试验，向用户报告错误信息；将浮点数数据转换为可被D/A芯片识别的整数型数据；在下位机检测模块检测到已经与FPGA正确连接，则将转换后的整数型数据发送给FPGA。
用于实现上述微机型继电保护测试方法的装置如图2所示，包括PC、FPGA和D/A芯片，其中PC通过USB接口与FPGA连接，FPGA与D/A芯片通过总线连接。上位机软件运行于计算机，下位机软件是运行于FPGA的嵌入式系统，上位机软件和下位机软件通过USB或以太网通讯。系统工作时，由上位机软件显示人机界面，接受用户的输入和设置，然后上位机软件中的计算模块根据用户输入的参数，将待输出的波形数据逐点计算出来。上位机软件通过USB或以太网将数据发送给下位机，下位机将接收到的数据放入缓存，数据接收完毕后，由FPGA将接收到的数据逐点输出至D/A芯片，由D/A芯片进行数模转换，最后通过输出系统输出转换后的模拟信号。
系统主要创新点是数学计算完全由计算机的上位机软件来完成，通过高速USB通讯接口将计算完成的数据发送给高速FPGA微控系统，再由FPGA控制高精度D/A芯片，实现高精度模拟信号的输出。系统核心是PC平台的上位机软件，上位机软件实现了所有的数学算法，并融合了自动化测试、信息显示、数据记录、报告自动生成、数据库管理、通信等多项功能。
本实施例中具体的实现过程为：
首先，在计算机上运行上位机软件，上位机软件提供输入和输出界面，用户在上位机软件中设置试验项目，根据软件的提示输入试验所需的必要参数，软件根据用户的输入，自动制定试验的控制流程，同时自动计算出各个电压、电流输出通道的幅值、相位和频率。
然后，程序调用数学运算模块，将前面计算出来的电压、电流的幅值、相位和频率等参数传入运算模块，由运算模块把传入的抽象参数转换成能供D/A芯片输出的波形数据。运算模块采用傅里叶算法，既能计算出交流正弦波的基波周波数据，也能计算出叠加的谐波（可叠加直流分量）周波数据，叠加的谐波次数可达上千次，而采用DSP计算最多只能叠加到30次左右。
波形算法公式如下：
由于计算完成的波形数据采用的是浮点数保存，该数据类型不能被D/A芯片所识别，因此，运算模块在完成计算后，必须将浮点数转换为可被D/A识别的16位或其他位数的整数类型。
最后，主进程调用通讯模块，通讯模块先通过USB或以太网检测是否和下位机连接，如果没有连接则停止试验，向用户报告错误信息；如果检测到已经正确连接，则把已经计算完成的波形数据放入协议包，再由通讯模块把协议包通过USB或以太网发送至下位机，至此，上位机的工作完成。
下位机由FPGA+USB（或以太网）+D/A芯片组成，当下位机的USB或以太网接收完上位机发送的数据后，数据被放入下位机的输出缓存，然后由FPGA控制将缓存中的波形数据逐点送入D/A芯片，由D/A芯片进行数模转换，然后再输出至电压、电流功放。
上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术设计方法，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种微机型继电保护测试装置，其特征在于：它包括顺次连接的PC、FPGA和D/A芯片。
2.根据权利要求1所述的微机型继电保护测试装置，其特征在于：所述的PC通过USB或以太网接口与FPGA连接。
3.根据权利要求1所述的微机型继电保护测试装置，其特征在于：所述的FPGA与D/A芯片通过总线连接。
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| CN 201220687483 CN202975206U (zh) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | 微机型继电保护测试装置 |
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| CN108107294A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-01 | 国网冀北电力有限公司张家口供电公司 | 一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统 |
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2012
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| CN108107294A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-01 | 国网冀北电力有限公司张家口供电公司 | 一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统 |
| CN108107294B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-02-07 | 国网冀北电力有限公司张家口供电公司 | 一种基于测量模块化的微机继电保护试验系统 |
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