[發明專利]一種智能變電站合并單元特性的仿真裝置及其仿真方法

有效

• 申請號: 201310617103.8
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103616591A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 李仲青;周澤昕;陸偉;周春霞;詹榮榮;杜丁香;張鵬;程元;張福雪
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院;武漢中元華電科技股份有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G05B19/042
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及電力系統各電壓等級動態仿真裝置及其仿真方法，具體涉及一種智能變電站合并單元特性的仿真裝置及其仿真方法。

背景技術

作為智能電網的核心內容之一，智能變電站的研究和建設規模也將得到極大的發展。在智能變電站中，各二次設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備的制造全部基于標準化、模塊化的設計，數據、資源的共享得到最大化。其中，繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置及安全自動裝置等間隔層設備獲取一次設備電壓、電流的途徑不再是直接來源于基于電纜的互感器二次信號，而是來自于以光纜為物理載體的光數字信號。實現互感器二次信號到上述光數字信號轉換的裝置即為合并單元，其作用是對接入的多個互感器的輸入信號按照要求進行同步采樣，并轉換成規定格式的光數字報文。

作為智能變電站的重要組成單元之一，合并單元是全站間隔層設備的唯一數據來源，其特性好壞直接影響智能變電站的整體運行工況，因此要實現對智能變電站的動態模擬仿真，開展相關測試研究，其核心之一是實現對合并單元的特性仿真。合并單元的主要特性包括：采樣頻率及其抖動、延時準確度及其抖動、對時準確度、丟幀率、采樣準確度、波形畸變率、報文特性等。現有的合并單元仿真裝置不能更好的實現合并單元的上述特性對智能變電站的影響。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種智能變電站合并單元特性的仿真裝置，另一目的是提供一種智能變電站合并單元特性的仿真方法，本發明可有效模擬合并單元的以下特性：采樣頻率及其抖動、延時準確度及其抖動、對時準確度、丟幀率、采樣準確度、波形畸變率、報文特性等，為智能變電站的研究和應用提供了必要的科學技術手段，適用于各電力科學研究單位、監測單位及高校電力專業實驗室等。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供一種智能變電站合并單元特性的仿真裝置，所述合并單元用于將互感器的二次信號轉換為光數字信號，其改進之處在于，所述裝置包括依次連接的傳感器、模數轉換器、CPLD、CPU和FPGA；所述FPGA分別與光串口驅動器和光纖以太網模塊連接，恒溫晶振分別與CPU和FPGA連接；所述裝置設有存儲器系統和電以太網模塊，所述存儲器系統分別與CPU和CPLD連接；所述電以太網模塊與CPU連接；

所述仿真裝置仿真合并單元的以下特性：采樣頻率偏差及抖動、同步及失步特性、采樣值報文的丟幀、延時、延時偏差、延時抖動，實時修改采樣值報文的同步標志、狀態字、品質位，模擬采樣值偏差和疊加諧波分量特性。

進一步地，所述裝置包括光纖發送器、光纖收發器和光纖接收器，所述光纖發送器與光串口驅動器連接；所述光纖收發器與光纖以太網模塊的光纖以太網PHY芯片連接；所述光纖接收器與FPGA連接，用于將時間同步信號傳輸給FPGA。

進一步地，所述傳感器為24路傳感器，用于將來自電力互感器的二次電壓和電流轉換為幅值為5V的小信號電壓；所述模數轉換器用于將幅值為5V的小信號電壓轉換為數字量采樣值，所述模數轉換器由4片組成16位的模數轉換器，每片模數轉換器具有6個獨立的采樣保持器。

進一步地，所述CPU為雙核CPU，采用PowerPC內核的MPC8377E，所述CPU內建PCI-E控制器，通過PCI-E總線連接FPGA，用來向FPGA傳輸經編碼、打包之后的采樣值報文；所述CPU內建以太網MAC，通過標準的RGMII總線與外部電以太網MAC連接，所述電以太網MAC與RJ45接頭連接。

進一步地，所述FPGA用于完成模數轉換時間控制、采樣值報文發送時間控制和恒溫晶振調理任務；

其中，模數轉換時間控制包括：實現與外部光纖以太網接口和光串口的通信，并且通過PCI-E總線從CPU獲取采樣值報文；所述FPGA根據采樣值報文的類型選擇相應的數據接口，將DL/T860.92格式的采樣值報文發送給光纖以太網MAC，將GB/T20840.8格式的采樣值報文發送給光串口驅動器；

所述采樣值報文發送時間控制包括：采樣值報文發送時間由CPU計算得出，FPGA在CPU指定時刻發送采樣值報文；

所述恒溫晶振調理包括：接收來自全球定位系統GPS的光PPS或者光IRIG-B碼的對時信號，并對恒溫晶振進行調理，實現系統的時間與全球定位系統GPS同步。