PST型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試儀的研制

1、PST型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試儀的研制王云茂1 姚暉2 肖新華2（1. 福建省電力試驗(yàn)研究院，福州 350007；2.福建億榕信息技術(shù)有限公司，福州 350003）摘要：PST型變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試儀主要由人機(jī)接口模塊、主控模塊和功率源模塊組成。人機(jī)接口軟件利用LabVIEW虛擬儀器編程語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)平臺(tái),主控模塊采用TI公司的TMS320LF2407為主處理器，功率源模塊采用美國(guó)模擬器件公司的新一代高性能600MHz處理器Blackfin533, 每周波擬合的波形點(diǎn)數(shù)高達(dá)30000點(diǎn)，波形保真度高，輸出無(wú)需低通濾波器，從而具有很好的暫態(tài)特性、相頻特性、幅頻特性，能實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

2、的同期功能測(cè)試、遙測(cè)精度校驗(yàn)以及系統(tǒng)性能指標(biāo)測(cè)試等功能。關(guān)鍵詞：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；測(cè)試儀；LabVIEW；DSP；GPS；USB；中圖分類號(hào)：TM76；TM930.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： BResearch and development of test equipment typed PST for substation integrative automation system WangYun mao1 Yao Hui2 Xiao Xin hua2(1. Fujian Electric Power Test&Research Institute, Fuzhou 350007,Chin

3、a; 2.Fujian Yirong Information Technology Co.,Ltd , Fuzhou 350003,China )Abstract: The PST-type test equipment consists of man-machine interface module, main control module and precise power sourse module. The software of man-machine interface adopts LABVIEW Programming language as developing platfo

4、rm, main control module chooses TM5329LF2407 developed by TI Company as main processor, precise power sourse module uses blackfin533, a latest version,highly functional processor with a frequency of 600Mhz produced by an US equipment company. The dots which are composed in each cycle are up to 30,00

5、0.High fidelity is gueranteed, and a wavefilter is not required for the output,as a result, this test equipment has some remarkable characteristics,such as transient characteristic, phase frequency characteristic,and amplitude frequency characteristic.Further more,a multi-functional target can be ac

6、hieved with the use of this equipment,such as, the test of the synchronism function of the substation integrative automation system, the calibration of the data acquisition and tests of the performance index of the substation integrative automation system. Key words: substation integrative automatio

7、n system; test equipment ; LabVIEW ;DSP ;GPS ;USB ;0 前言變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱綜自系統(tǒng)）已得到廣泛應(yīng)用，其檢驗(yàn)工作也逐步走向規(guī)范化，但目前進(jìn)行綜自系統(tǒng)檢驗(yàn)通常需要配置諸多儀器，例如，標(biāo)準(zhǔn)功率源、繼電保護(hù)試驗(yàn)裝置、毫秒表等，有些指標(biāo)還沒(méi)有合適的儀器測(cè)試，工作起來(lái)十分不便，且造成儀器資源浪費(fèi)。因此，筆者研制了一種針對(duì)于綜自系統(tǒng)檢驗(yàn)的儀器（以下簡(jiǎn)稱綜自系統(tǒng)測(cè)試儀），使用該儀器就基本能滿足綜自系統(tǒng)檢驗(yàn)的需要，從而提高檢驗(yàn)效率和質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行1。隨著DSP性能的日新月異、高速高性能DA技術(shù)、運(yùn)放技術(shù)的發(fā)展以及NI公司虛擬儀器Lab

8、VIEW的推廣，筆者運(yùn)用這些當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)首次提出海量波形捏合技術(shù)、暫態(tài)功放技術(shù)，配合NI的LabVIEW使得在電測(cè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“所見(jiàn)既所得”成為現(xiàn)實(shí)。1 儀器功能根據(jù)綜自系統(tǒng)相關(guān)的檢驗(yàn)規(guī)程，所研制的PST型綜自系統(tǒng)測(cè)試儀主要實(shí)現(xiàn)同期功能測(cè)試、遙測(cè)精度校驗(yàn)、系統(tǒng)性能指標(biāo)（如SOE分辨率、遙測(cè)響應(yīng)時(shí)間、遙信響應(yīng)時(shí)間等）測(cè)試等功能，且可實(shí)現(xiàn)遙測(cè)精度的自動(dòng)閉環(huán)測(cè)試，并用Word平臺(tái)自動(dòng)生成報(bào)表，可支持部頒IEC870-5-103、IEC870-5-104通訊規(guī)約，具有以太網(wǎng)、RS232、RS485、CAN總線等通訊接口，且可進(jìn)一步支持IEC 61850。此外，該測(cè)試儀還能提供可調(diào)直流電壓源，可用于測(cè)試遙信

9、光耦動(dòng)作電壓。2 儀器硬件結(jié)構(gòu)該儀器主要由三大功能模塊組成，即程控功率源模塊、主控模塊和人機(jī)接口模塊，其中程控功率源模塊和主控模塊封裝在儀器主機(jī)箱內(nèi)。功率源模塊接受從主控模塊的控制信號(hào)，提供3路獨(dú)立回路的交流電壓源、3路獨(dú)立回路的交流電流源以及與交流源隔離的直流電壓源，并且能對(duì)三相電壓和電流的幅值、相位和頻率的大小在一定的范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)節(jié)，輸出精度達(dá)0.05級(jí)2。主控模塊是測(cè)試儀的控制核心模塊，它主要實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)接口模塊命令的接收和處理，該模塊還具備GPS授時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)與時(shí)間相關(guān)的測(cè)試功能。人機(jī)接口通常采用便攜機(jī)，運(yùn)行相應(yīng)的人機(jī)接口軟件。儀器硬件結(jié)構(gòu)如圖。開(kāi)入U(xiǎn)aIcUdc . . . . . .

10、61COMPPSPC機(jī)USB主控DSPLabVIEW隔離輸出GPS Blackfin BF533D/AD/AD/A隔離放大隔離放大隔離直流放大隔離圖1 儀器硬件結(jié)構(gòu)2.1 程控功率源模塊本測(cè)試儀程控功率源與一般功率源最大的不同在于采用的是直接輸出，而不是以往的AD回測(cè)反饋輸出，大幅度提高了響應(yīng)性能，且實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)周波高達(dá)30000個(gè)點(diǎn)的擬合，有效地抑制了輸出諧波，無(wú)須濾波即可直接輸出。主要原理如圖。SDRAMDSPD/A-1D/A-2功放URef 32M VO(t) URef REF102 DAC7734 圖程控功率源主要原理2.1.1 波形擬合實(shí)現(xiàn)如圖所示，其中32M SDRAM用來(lái)存放已經(jīng)

11、計(jì)算好了要輸出的波形數(shù)據(jù)，D/A-1用來(lái)調(diào)制波形。D/A-2用來(lái)調(diào)節(jié)輸出的幅度。DSP將以SCLK/64的固定速度為D/A-1輸出波形調(diào)整數(shù)據(jù)，其中SCLK為晶體頻率的8倍為：16.667M*8=133.336M，所以每點(diǎn)輸出時(shí)間Ts=1/SCLK×640.46us，輸出采樣率約為2.08M，此時(shí)： (1)將式（1）離散化 (Ts0) (2) 當(dāng)Ts=0.46us約等于0或者說(shuō)Ts趨于0，式（2）與式（1）相同。由于我們的輸出點(diǎn)數(shù)多，故Ts很小。假如認(rèn)為約等于0，則波形的捏合趨向理想，諧波輸出表達(dá)式如下：(3)2.1.2 功放的實(shí)現(xiàn)如圖所示，由電路理論可知： （4）nn其中，A為放大

12、器的放大倍數(shù)。圖功放輸出原理放大器A由高性能、高放大倍數(shù)的適放加上功放管射隨。兼具放大倍數(shù)高和功率大的優(yōu)點(diǎn)。其典型放大倍數(shù)為30萬(wàn)，故由放大器引入的誤差為1/30萬(wàn)，可以忽略。式（4）可以簡(jiǎn)化成式（5） （5）由式（5）可知，功放的性能主要取決于電阻R1和R2。目前R1、R2采用C11型氧化膜電阻，溫漂為1PPM，滿足要求。對(duì)于電流輸出引入一個(gè)零磁通互感器輸出，如圖。所以其精度將在式（5）基礎(chǔ)上再疊加一個(gè)零磁通互感器誤差，由于零磁通互感器在低端角差不太好(約為1分)，需要在進(jìn)行軟件補(bǔ)償。圖電流輸出原理2.2 主控模塊由于儀器不僅需具有數(shù)據(jù)的快速運(yùn)算能力，而且需要實(shí)時(shí)的控制能力，因此我們選用了德

13、州儀器公司生產(chǎn)的高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320LF2407作為主控模塊的核心MCU，負(fù)責(zé)進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸入的采集、開(kāi)關(guān)量輸出的控制，以及接收人機(jī)接口模塊下發(fā)的功率源控制命令，經(jīng)預(yù)處理后下發(fā)給功率源模塊。GPS授時(shí)采用Motolora M12T模塊，這是一款高精度的專用授時(shí)模塊，可提供時(shí)間信息（含年月日的日期信息和時(shí)分秒的時(shí)間信息）和秒脈沖，經(jīng)硬件及高精度軟件算法處理后進(jìn)行精確授時(shí)，開(kāi)關(guān)量采集、模擬量和開(kāi)出量控制的時(shí)標(biāo)準(zhǔn)確度優(yōu)于100S。主控模塊電路板采用四層板，為兩個(gè)信號(hào)層和一個(gè)電源層以及一個(gè)地層，使用多層電路板不僅可以縮小電路板面積，縮短電子元器件之間的連線，提高信號(hào)傳輸速度，而且加入了地線層，使信號(hào)線對(duì)地形成恒定的低阻抗，具有較好的屏蔽作用，使電磁抗干擾能力大大增強(qiáng)。2.3 人機(jī)接口軟件人機(jī)接口軟件采用LabVIEW虛擬儀器編程語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理能力，不僅為用戶提供人性化的操作，而且大大降低硬件設(shè)計(jì)的成本。人機(jī)接口模