CN203260219U - 一种模拟合并单元仿真设备 - Google Patents

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王立新
马晓伟
王云飞
于洲春
李宏伟
章健
杨铭
徐际强
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Beijing Kedong Electric Power Control System Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种模拟合并单元仿真设备,包括数据处理模块、秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块;其中,数据处理模块分别与秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块相连接。本模拟合并单元仿真设备为智能变电站混合仿真培训系统中的真实二次设备提供了符合IEC61859-9-2标准的数据源,易于安装调试,简省了配备电子式互感器的环节,投资低、故障率低、操作简单。

Description

一种模拟合并单元仿真设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电网仿真设备,尤其涉及一种模拟合并单元仿真设备,属于电力系统仿真技术领域。
背景技术
[0002] 合并单元(Merging Unit,简称MU)是智能变电站过程层的重要设备,主要功能是同步采集多路电子式互感器输出的数字信号,按照标准格式发送给保护、测控、录波及交换机等二次设备。合并单元针对电子式互感器,为智能电子设备提供一组时间同步的电流和电压采样值。合并单元在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化,它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源,作用十分重要。
[0003]目前,在国内的智能变电站混合仿真培训系统中,通常采用真实的合并单元。而使用真实的合并单元必须配备真实的电子式互感器,从而导致项目投入成本高、设备维护难、维护费用高等问题,难以满足智能变电站混合仿真培训系统投资低、易维护、操作简便等要求。实践中,迫切需要为智能变电站混合仿真培训系统中的真实二次设备提供符合标准的数据源,从而省略配备电子式互感器的环节,节约投资并降低故障的发生率。
[0004] 在专利号为ZL201120320917.1的中国实用新型中,公开了一种用于智能变电站检测的合并单元仿真器。该合并单元仿真器包括母板、母板接口插头、接口驱动芯片、CPU模块、FPGA、存储时钟模块、激光收发器;存储时钟模块包括非易失性随机访问存储器(NVRAM)、闪存(FLASH)、实时时钟芯片(RTC)。该实用新型提供的合并单元仿真器,在信号输入后,合并单元形成采样值的核心模块由FPGA构成,有运行稳定、耗费资源少、对采样值报文的时间标定精确、延时少的特点。该合并单元仿真器主要用于完成目前实验室合并单元测试所需的多种设备及复杂接线方案,减少测试的连接点。
发明内容
[0005] 本实用新型所要解决的问题在于提供一种模拟合并单元仿真设备。
[0006] 为实现上述的目的,本实用新型采用下述的技术方案:
[0007] 一种模拟合并单元仿真设备,其特征在于:
[0008] 所述模拟合并单元仿真设备由数据处理模块、秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块组成;
[0009] 所述数据处理模块分别与所述秒脉冲对时模块、所述以太网收发模块、所述人机管理模块、所述显示模块以及所述存储模块相连接。
[0010] 其中较优地,所述数据处理模块由用于接收信息的RxMAC单元、用于传送信息的TxMAC单元以及PC1-E控制器单元组成。
[0011] 其中较优地,所述PC1-E控制器单元分别与所述人机管理模块、外部仿真电网中的电网实时仿真单元相连接。
[0012] 其中较优地,所述秒脉冲对时模块由总线、接收单元、信号处理单元、脉冲信号处理单元组成;
[0013] 所述总线通过所述接收单元与所述信号处理单元相连,所述信号处理单元通过所述脉冲信号处理单元与所述数据处理模块相连接。
[0014] 其中较优地,所述以太网收发模块一方面分别与数据处理模块的RxMAC单元与TxMAC单元相连接,另一方面与真实二次设备相连接。
[0015] 本实用新型所提供的模拟合并单元仿真设备,为智能变电站混合仿真培训系统中的真实二次设备提供了符合IEC61859-9-2标准的数据源,易于安装调试,简省了配备电子式互感器的环节,具有投资低、故障率低、操作简单等优点,填补了国内智能变电站仿真领域的空白,具有重大的推广及应用意义。
附图说明
[0016] 图1为本实用新型所提供的模拟合并单元仿真设备的硬件原理图;
[0017] 图2为模拟合并单元仿真设备中,数据处理模块的信号处理示意图;
[0018] 图3为模拟合并单元仿真设备中,秒脉冲对时模块的结构示意图。
具体实施方式
[0019] 本实用新型所提供的模拟合并单元仿真设备(简称仿真设备)集成了电子式互感器和合并单元的功能,遵照IEC61850-9-2标准,能够模拟过程层合并单元发出的通信报文,将电磁暂态实时仿真计算结果波形实时转化为通信信号发送,为间隔层设备提供真实可靠的仿真数据源,并且满足合并单元的各项技术指标要求,实现了对真实合并单元的模拟。
[0020] 图1为本实用新型所提供的模拟合并单元仿真设备的硬件原理图。该仿真设备是由数据处理模块、秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块组成。其中,数据处理模块分别与秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块相连接,真实二次设备通过以太网收发模块连接数据处理模块,外部仿真电网中的电网实时仿真单元直接连接数据处理模块。
[0021] 该数据处理模块是由FPGA (Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)实现的。它是一个含有可编辑元件的半导体设备,其中包括用于接收信息的RxMAC单元、用于传送信息的TxMAC单元和PC1-E控制器单元。其中,RxMAC单元、TxMAC单元分别与以太网收发模块相连接。PC1-E控制器集成在数据处理模块中,分别与人机管理模块以及外部仿真电网的电网实时仿真单元相连接。PC1-E控制器用于实现PC1-EXPRESS总线。该PC1-EXPRESS总线是最新的总线接口标准,又称之为3G10,目前最快速率可达8GB/s。上述数据处理模块是整个模拟合并单元仿真设备的核心,用于完成PC1-E接口的管理及通信、数据缓存及处理、数据组包、等间隔发送、以太网MAC通信、实时监控等功能。
[0022] 图2为本实用新型中秒脉冲对时模块的结构示意图。该秒脉冲对时模块由总线、接收单元、信号处理单元、脉冲信号处理单元组成,用于对时间的偏离和延时进行测量修改。其中,总线通过接收单元与信号处理单元相连,信号处理单元通过脉冲信号处理单元与数据处理模块相连。该秒脉冲对时模块的工作原理如下:接收单元采用串行RS485B码形式,通过总线接收时间同步系统的时间信号,并将接收到的信号通过信号处理单元将时间信号转换成PPS (polynomial phase signal,多项式相位信号)秒脉冲标准信号,最终将时间信号发送至数据处理模块。该秒脉冲对时模块采用闭环控制守时技术,消除了基准源的时间抖动,信号同步于外部时间基准信号(IPPS)的长期平均值。当失去外部时间基准信号后,秒脉冲对时模块进入自守时状态;当外部时间基准信号恢复时,秒脉冲对时模块自动结束守时状态并牵引入跟S示锁定状态。
[0023] 人机管理模块用于实现模拟合并单元仿真设备的人机交互配置,并及时传递仿真设备异常的告警信息。其实现的具体功能如下:可配置IEC61850-9-2报文从指定端口发出;可设置模拟设备报文以点对点形式或组网形式发出;可对设备缓冲区大小进行设置;可实时监测设备配置是否正确。人机管理模块与仿真设备之间交换信息采用UDP协议,并基于双向通信机制。上行设备(主设备)通过人机管理模块向仿真设备发送下行命令。仿真设备作为下行设备(从设备),通过人机管理模块发送上行命令。当仿真设备正常运行时,主设备通过人机管理模块与仿真设备之间可以采用主-从应答模式。主设备主动发出命令,仿真设备被动接受命令,并在接收命令后作出回复。采用这种“主从应答”模式增强了系统可靠性。当出现异常状况时,仿真设备主动向人机管理模块发出告警信息,主设备通过人机管理模块及时做出处理,但不需要针对此告警信息做专门回复。这种“主动上送”机制简化了软件设计,提高了对仿真设备的实时监测能力。
[0024] 以太网收发模块为以太网的物理层芯片(即PHY芯片),用于实现数据链路层与物理层数据之间的转化,以及与真实二次设备之间的双向通信。显示模块可以用LED实现,用于实时显示千兆、百兆以太网口的通信状态。存储模块可以用FLASH实现。它不仅用于数据处理模块配置的存储,同时用于数据处理模块内部RAM空间不足时信息的缓存。
[0025] 图3为数据处理模块的信号处理示意图。该仿真设备的工作原理为:上电后从FLASH中读取数据处理模块(即FPGA)的配置,人机管理模块通过PC1-E接口将地址列表写至数据处理模块的RAM空间,当RAM空间不足时则缓存到FLASH中。数据处理模块通过PC1-E控制器单元的总线接口从外部仿真电网的电网实时仿真单元中接收实时仿真数据,并按照IEC61850-9-2规约要求进行数据组包,针对指定MAC地址对接收的大量数据按功能需求进行隔离、组播。同时,按照指定缓存数目将接收报文进行缓存。由于采用同步对时机制,该仿真设备会按照固定采样频率将报文从指定以太网端口发出,从而实现为真实二次设备提供仿真数据源。
[0026] 其中,IEC61850-9-2报文可按S⑶文件或I⑶模型文件要求灵活配置,可设定输入通道数、采样频率等参数,支持多端口输出,延时小,可以实现多个合并单元的通信报文发送,满足智能变电站配置需求。其中,数据采样率为符合IEC61850-9-2标准的4K采样率,能够按照IEC61850-9-2标准发送数据给保护测控装置。数据采样通道可根据现场实际情况灵活配置,易于扩展维护。数据发送间隔离散值小于10微秒,满足等间隔发送需求,误差可以保持在+/_5 μ s以内,支持点对点和组网输出,保证二次设备的接收数据正常。
[0027] 本实用新型不仅能够接收外部仿真电网实时计算数据,按照IEC61850-9-2规约格式模拟采样值(SV)通信,实现与真实保护测控装置、故障录波装置及交换机等设备的连接,还可对合并单元异常运行状态进行模拟,例如合并单元通道异常、数据抖动、数据包丢失等异常和故障情况。
[0028] 需要说明的是,上述数据处理模块、秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块均可以采用现有的成熟集成电路芯片实现,作为本领域技术人员都能掌握的常规技术,在此就不详细说明了。
[0029] 上面对本实用新型所提供的模拟合并单元仿真设备进行了详细的说明,但并非对本实用新型的限制。对本领域的一般技术人员而言,在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动,都将构成对本实用新型专利权的侵犯,将承担相应的
法律责任。

Claims (5)

1.一种模拟合并单元仿真设备,其特征在于: 所述模拟合并单元仿真设备由数据处理模块、秒脉冲对时模块、以太网收发模块、人机管理模块、显示模块以及存储模块组成; 所述数据处理模块分别与所述秒脉冲对时模块、所述以太网收发模块、所述人机管理模块、所述显示模块以及所述存储模块相连接。
2.如权利要求1所述的模拟合并单元仿真设备,其特征在于: 所述数据处理模块由用于接收信息的RxMAC单元、用于传送信息的TxMAC单元以及PC1-E控制器单元组成。
3.如权利要求2所述的模拟合并单元仿真设备,其特征在于: 所述PC1-E控制器单元分别与所述人机管理模块、外部仿真电网中的电网实时仿真单元相连接。
4.如权利要求1所述的模拟合并单元仿真设备,其特征在于: 所述秒脉冲对时模块由总线、接收单元、信号处理单元、脉冲信号处理单元组成; 所述总线通过所述接收单元与所述信号处理单元相连,所述信号处理单元通过所述脉冲信号处理单元与所述数据处理模块相连接。
5.如权利要求1所述的模拟合并单元仿真设备,其特征在于: 所述以太网收发模块一方面分别与数据处理模块的RxMAC单元与TxMAC单元相连接,另一方面与真实二次设备相连接。
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