CN209690743U - 一种同频同相数模转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种同频同相数模转换装置，包括光纤接口模块、信号回采模块、D/A芯片、与D/A芯片相连接的电压型功率放大器、FPGA模块、CPU模块和继电器K1；光纤接口模块及A/D转换模块与FPGA模块相连接，FPGA模块与D/A芯片相连接；CPU模块将采样值数据回送给FPGA；FPGA将采样值按照一个整周波的时间延迟发送至D/A芯片，通过D/A芯片转换成模拟小电压信号，再通过电压型功率放大器将电压信号放大为额定电压信号。本实用新型解决了智能变电站以及数字化变电站对于同频同相开关耐压试验时控制电压信号的要求，以满足电力系统用户对于智能变电站同频同相开关耐压试验的测试需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种同频同相数模转换装置，属于电力系统智能变电站高压测试技术领域。
背景技术
目前，智能变电站以及数字化变电站的发展已经进入到大面积工程应用阶段，随着电子式互感器、合并单元以及智能单元的大量应用，数字量传输已经成为智能变电站采样值传输的主要方式。但大量的传统高压测试装置依旧需要以模拟量作为其测试的信号控制策略，例如同频同相开关耐压试验时耐压试验装置发出的电压信号需要与系统的一次电压信号保持同频同相。常规变电站在做同频同相开关耐压试验时，一般会采用常规电压互感器二次电压输出作为其大电压发生器的控制电压，使得其发生的大电压信号与系统实际运行的电压信号同频同相，但当智能变电站采用电子式互感器时电压互感器输出的电压信号是数字电压信号，且该信号包含有一个固定延时信息，此时同频同相开关耐压装置无法通过电压信号的控制来实现其大电压发生器的频率与相位控制来实现发生电压与系统实际运行电压之间的同频同相。
试验过程中如无同频同相控制，或同频同相控制出现异常，试验电压与系统电压产生相位偏移从而导致差压过大而造成试验设备或被测损坏。所以目前电子式互感器应用的智能变电站做开关耐压试验时必须将试验对象与系统进行安全隔离，这给系统运行带来了极大的不便，且扩大了智能变电站检修时的停电范围。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种同频同相数模转换装置，以满足电力系统用户对于智能变电站同频同相开关耐压试验的测试需求。
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
本实用新型的一种同频同相数模转换装置，包括光纤接口模块、信号回采模块、D/A芯片、与D/A芯片相连接的电压型功率放大器、FPGA模块、与FPGA模块相连接的CPU模块和继电器K1；所述信号回采模块包括电压互感器和与电压互感器相连接的A/D转换模块；所述光纤接口模块及A/D转换模块的输出端分别与FPGA模块输入端相连接，所述FPGA模块的输出端与D/A芯片输入端相连接；所述电压互感器及电压型功率放大器通过继电器K1连接开关耐压试验装置；所述光纤接口模块接收来自电子式互感器合并单元的采样值报文并上传至FPGA模块；所述CPU模块将采样值数据回送给FPGA，所述FPGA将采样值按照一个整周波的时间延迟发送至D/A芯片，通过所述D/A芯片转换成模拟小电压信号，再通过所述电压型功率放大器将电压信号放大为额定电压信号。
上述A/D转换模块采用AD公司18位AD7690芯片。
上述电压型线性功率放大器采用推挽式电路。
上述CPU模块以PowerPC为核心。
上述CPU模块采用Freescale公司的MPC8247嵌入式微处理器。
上述FPGA模块采用Xilinx的Spartan3系列产品XC3S1500。
本实用新型的有益效果如下：
1、自适应性。按照IEC61850-9协议，自动获取报文中的电压信号，无需外部配置电压的幅值与延时。
2、精确性。采用电压互感器以及A/D转换模块实现电压信号的高精度采集。
附图说明
图1为一种同频同相数模转换装置原理框图；
图2为电压型线性功率放大器结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。
本实用新型是为了解决智能变电站以及数字化变电站对于同频同相开关耐压试验时控制电压信号的迫切要求，并针对目前现有电子式互感器数字量输出的技术现状，开发出一套电压信号回采调节的同频同相数模转换装置，以满足电力系统用户对于智能变电站同频同相开关耐压试验的测试需求。
参见图1，同频同相数模转换装置为智能变电站同频同相开关耐压试验而开发的，通过光纤以太网接收来自电子式互感器合并单元的IEC61850-9协议，通过FPGA模块以及CPU系统实现信号处理后通过D/A芯片完成数模转换再通过电压型功率放大器输出二次电压值，采用电压互感器以及A/D转换模块实现信号回采后通过FPGA模块以及CPU系统计算出模拟信号于数字信号之间的误差实现实时反馈调节D/A信号。当误差满足要求后导通继电器K1实现对开关耐压试验装置的精确控制。
1、主处理器
CPU模块以PowerPC为核心，采用Freescale公司的MPC8247嵌入式微处理器，该处理器属于PowerQUICC II系列，包含一个基于PowerPC MPC603e的内核，和一个通信处理内核CPM。双核设计具有强大的处理能力和较高的集成度，降低了系统的组成开销，简化了电路板的设计，降低了功耗。暂态阶跃数据的实时发送控制以及回采都又主控CPU来完成。
2、FPGA模块
采用独立的FPGA模块分别控制数据输出模块的DAC数模转换器及信号回采模块的A/D转换模块，实现数据源与测试接收数据分离，保证调节过程的精确性。
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。FPGA模块利用精确的时序控制能力，完成以太网的MAC子层设计、MAC子层与以太网控制器的接口设计，以太网数据接收，DAC的控制，A/D数据采集，同时完成高速串行数据接收以及开关量接收。
3、数据输出模块
数据输出模块包括DAC数模转换器及电压型线性功率放大器，通过DAC模块输出小电压信号，控制线性功放的数据输出及刷新频率。
数模转换器采用ADI公司的AD5683R，这是一款16位单通道转换器，其相对精度为±2LSB INL，内置2ppm/℃2.5V基准电压源；采用节省空间的2mm×2mm8引脚LFCSP和10引脚MSOP封装，可在更小的电路板空间中实现更多的功能；2mV总非调整误差，无需初始校准或调整；4kV HBM ESD额定值，实现了系统稳健性。
电压型线性功率放大器采用推挽式电路，最大输出电压可达120V，稳态输出精度优于0.2％。如图2所示，功率放大器以高精度功率模块配合大功率低干扰线性电源实现，输入端采用复杂平衡输入线路，减小功率放大器在电力系统强干扰环境下共模噪声影响。
4、信号回采模块
信号回采模块由电压互感器及A/D转换模块组成。由电压互感器将100V电压信号转换为小电压信号，然后通过A/D转换模块对小电压信号进行数字化离散采集。
A/D采集芯片采用AD公司18位AD7690芯片，该芯片是具备1.5 LSB INL、400k SPS指标的差分ADC，其差分输入特性具有更强的抗干扰性能。
本实用新型的技术解决方案为通过光纤以太网接收来自电子式互感器合并单元的IEC61850-9协议，通过FPGA模块打上精确时标后将数字化采样值上送至主控CPU模块，再由主控CPU模块进行报文解析、时间信息提取、测频锁相以及自适应采样值处理后将采样值数据回送给FPGA模块，FPGA模块再将采样值按照一个整周波的时间延迟发送至D/A芯片转换成模拟小电压信号已实现对开关耐压装置的同频同相控制。
具体步骤如下：
步骤1
FPGA模块通过光纤收发芯片读取来自合并单元的数字化电压报文。
步骤2
主控CPU模块对合并单元的IEC61850-9协议进行自动解析，并提取其中的电压信号，将电压信号打包后重组利用FPGA模块以及D/A芯片的精确控制发出小电压信号。
步骤3
采用电压型线性功率放大器，将电压信号放大为额定100V的电压信号。并利用电压互感器以及A/D转换模块实现100V电压信号的回采。
步骤4
采用数字与模拟信号的实时比对，检测信号中的频差、相差以及幅值差，再实时调节发送数据。
步骤5
重复步骤1～4，直到频差、相差、幅值差均满足指标要求，通过控制信号控制继电器K1导通实现对开关耐压试验装置的电压控制。
该装置可以很好将智能变电站的数字化信号转换成与一次同频同相的模拟电压信号，解决了同频同相耐压装置无法获得实际一次系统电压的难题。为智能变电站的同频同压开关耐压试验大面积推广提供技术依据。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种同频同相数模转换装置，其特征在于，包括光纤接口模块、信号回采模块、D/A芯片、与D/A芯片相连接的电压型功率放大器、FPGA模块、与FPGA模块相连接的CPU模块和继电器K1；
所述信号回采模块包括电压互感器和与电压互感器相连接的A/D转换模块；
所述光纤接口模块及A/D转换模块的输出端分别与FPGA模块输入端相连接，所述FPGA模块的输出端与D/A芯片输入端相连接；
所述电压互感器及电压型功率放大器均通过继电器K1连接开关耐压试验装置；
所述光纤接口模块接收来自电子式互感器合并单元的采样值报文并上传至FPGA模块；
所述CPU模块将采样值数据回送给FPGA，所述FPGA将采样值按照一个整周波的时间延迟发送至D/A芯片，通过所述D/A芯片转换成模拟小电压信号，再通过所述电压型功率放大器将电压信号放大为额定电压信号。
2.根据权利要求1所述的同频同相数模转换装置，其特征在于，所述A/D转换模块采用AD公司18位AD7690芯片。
3.根据权利要求1所述的同频同相数模转换装置，其特征在于，所述电压型线性功率放大器采用推挽式电路。
4.根据权利要求1所述的同频同相数模转换装置，其特征在于，所述CPU模块以PowerPC为核心。
5.根据权利要求4所述的同频同相数模转换装置，其特征在于，所述CPU模块采用Freescale公司的MPC8247嵌入式微处理器。
6.根据权利要求1所述的同频同相数模转换装置，其特征在于，所述FPGA模块采用Xilinx的Spartan3系列产品XC3S1500。
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| CN201920397265.8U CN209690743U (zh) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | 一种同频同相数模转换装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114089907A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-02-25 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种集中式直流采样值数据转换方法及装置 |
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