CN102854856A - 基于智能变电站二次设备场景测试的控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其技术特点是：包括ARM模块、DSP模块和FPGA模块，ARM模块与DSP模块相连接实现数据传输及配置数据功能，DSP模块与FPGA模块将DSP模块生成的仿真数据输出给FPGA模块，所述的ARM模块设置两个电以太网接口与上位机及保护装置相连接，FPGA模块设有光以太网接口与GOOSE、IEC61588、IRIG-B、智能电子装置相连接，FPGA模块设有光串口与合并器相连接，FPGA模块设有开入量接口及开出量接口与保护装置相连接。本发明设计合理，与上位机配合实现对智能变电站二次设备运行场景的模拟闭环测试，为智能变电站二次设备故障及整站SCD文件的检查提供了测试手段，为系统可靠运行提供保障。
Description
技术领域
本发明属于电力自动化领域，尤其是一种基于智能变电站二次设备场景测试的控制器。
背景技术
随着智能电网建设的不断深入，各类新型智能二次设备不断涌现。这些新型设备贯穿于智能电网建设的各个环节，为智能电网数据与信息的采集、监测和控制提供了必要的手段和支撑，其性能的优劣已直接关系到电网的安全稳定运行。传统的测试方法是针对单个装置进行故障模拟或测试，目前，还没有从智能站的整站场境环境的闭环测试和模拟的能力和手段，难以发现整个智能变电站系统运行的问题，无法对系统运行提供可靠的保证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够对智能变电站二次设备运行场境进行模拟闭环测试的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，包括ARM模块、DSP模块和FPGA模块，ARM模块与DSP模块相连接实现数据传输及配置数据功能，DSP模块与FPGA模块将DSP模块生成的仿真数据输出给FPGA模块，所述的ARM模块设置两个电以太网接口与上位机及保护装置相连接，FPGA模块设有光以太网接口与GOOSE、IEC61588、IRIG-B、智能电子装置相连接，FPGA模块设有光串口与合并器相连接，FPGA模块设有开入量接口及开出量接口与保护装置相连接。
而且，所述的ARM模块通过HPI总线与DSP模块相连接，所述的DSP模块与FPGA模块通过并行总线相连接。
而且，所述的ARM模块包括ARM芯片、以太网PHY芯片、两个以太网变压器、RTC和ARM模块存储器，ARM芯片与RTC芯片相连接由其提供时钟信号，ARM模块通过以太网PHY芯片与两个以太网变压器相连接。
而且，所述的ARM芯片还连接有JTAG接口用于调试程序，ARM芯片还连接UART接口用于升级程序。
而且，所述的ARM芯片还连接有I2C接口用于采集保护装置的温度数据以进行补偿计算。
而且，所述的ARM模块存储器包括FLASH芯片和SDRAM芯片。
而且，所述的DSP模块包括DSP芯片及与其相连接的DSP缓冲区和DSP模块存储器。
而且，DSP模块存储器包括FLASH和SRAM。
而且，所述的FPGA模块包括FPGA芯片、FPGA总线缓冲区、以太网控制芯片和光纤传输器，FPGA芯片通过FPGA总线缓冲区设置开入量接口、开出量接口和光串口，FPGA芯片通过以太网控制芯片与光纤传输器相连接，该光纤传输器设置光以太网接口。
而且，所述的开入量接口为8对，所述的开出量接口为4对，所述的光串口为8个，所述的光以太网接口为8个。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其通过电以太网接口、光以太网接口、光串口、开入量接口及开出量接口连接到智能变电站系统中，并与上位机配合实现对智能变电站二次设备运行场景的模拟闭环测试，为智能变电站二次设备故障及整站SCD文件的检查提供了测试手段，为系统可靠运行提供保障。
附图说明
图1是本发明的电路框图；
图2是由本发明构成的智能变电站二次设备场景测试系统连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，如图1所示，包括ARM模块、DSP模块和FPGA模块，ARM模块通过HPI总线与DSP模块相连接，实现数据传输及配置数据功能，ARM模块能够将上位机设置的配置信息实时更新给DSP模块；DSP模块与FPGA模块通过并行总线相连接，DSP通过16位地址线对FPGA进行寻址访问，并通过16位数据总线对FPGA进行读写操作，传输输出的仿真数据。下面分别对三个主要模块进行说明：
ARM模块主要实现测试系统的联机和上下位机通信功能，该ARM模块包括ARM芯片、以太网PHY芯片、两个以太网变压器、JTAG接口、UART接口、RTC、I2C接口扩展和ARM模块存储器，在本实施例中，ARM芯片采用EP9315芯片。ARM模块与以太网PHY芯片、JTAG接口、UART接口、RTC、I2C接口扩展和ARM模块存储器相连接，该以太网PHY芯片（LAN9303芯片）与两个以太网变压器通过一个电以太网接口相连接实现上下位机数据交换功能，通过另一个电以太网接口与保护装置相连接用于读取整定值，该保护装置即为被测试设备。ARM芯片通过JTAG接口与下载器相连接，用于单板调试ARM程序。ARM芯片通过UART接口与串口升级设备相连接，用于在不开机箱情况下升级程序。通过左边I2C接口与温度传感器连接用于读设备相关温度数据以进行补偿算法等。ARM芯片与RTC芯片相连接由其提供时钟信号，ARM模块存储器包括FLASH芯片和SDRAM芯片用于存储参数以及实时数据。
DSP模块主要用于实现整个测试系统的计算功能并生成所需要的正弦波及高次谐波等仿真数据。该DSP模块包括DSP芯片（TMS320VC5416）及与其相连接的DSP缓冲区和DSP模块存储器，DSP模块存储器包括FLASH、SRAM用于存储各种参数以及数据。
FPGA模块主要用于系统的实时性处理及通信编码和解码。该FPGA模块包括FPGA芯片(XILINX XC6S75FGG484)、FPGA总线缓冲区、以太网控制芯片以太网控制芯片(LXT973)和光纤传输器，能够实现光网络系统中的MAC层协议以及电力系统中的IEC61850、IEC60044、IEC61588协议功能，此外还能够记录时间戳，并实现对时模块的逻辑控制包。光纤传输器提供8个光以太网接口，通过光以太网接口连接到GOOSE1和GOOSE2网络中，用于模拟智能电子设备或智能终端，可以订阅、发布GOOSE信息，实现对智能电子设备的闭环测试功能；通过光以太网接口连接到IEC61588、IRIG-B上实现对时功能，保证各控制器输出的同步性，确保电力系统模拟的真实性；通过光以太网接口用于模拟合并器IEC61850-9-1/2格式的采样值至智能电子装置（IED）。FPGA总线缓冲区提供8个光串口，用于模拟采集器按照串行编码规则输出IEC60044-8格式采样值至合并器，通过合并器加量给不同的智能电子装置至合并器。FPGA总线缓冲区还提供8对开入量接口用于接收保护装置的硬接点输出，实现保护装置的闭环测试；FPGA总线缓冲区提供4对开出量，用于给被测对象开出信息。
图1是通过本发明构成的智能变电站二次设备场景测试系统，系统中的控制器即为本发明的控制器，控制器的数量根据模拟电网一次系统接线图的规模大小而灵活配置。若干个控制器通过以太网与上位机和保护装置（被测试设备）相连接被测试设备进行测试。上位机为一台安装有智能变电站二次设备场景测试软件计算机，具有以下功能：上位机可以模拟智能变电站一次系统主气接线图，灵活设置各母线电压、线路或直流电流的各测试态，各测试态响应时间触发、时间+开入量、开入量、手动触发等触发方式，测试态数量可灵活添加。上位机还可以灵活配置各MU参数和通道配置，通过控制器以IEC61850-9-1/2或IEC60044-8进行SV采样值输出，配置保护装置或智能终端的GOOSE信息，通过控制器订阅、发布GOOSE，订阅被测保护发出的GOOSE信息，实现闭环动态测试。订阅智能终端发出的GOOSE信息，GOOSE变位后，更新相关开关、刀闸状态量信息，刷新主运行界面主气接线图；可以模拟智能终端发布GOOSE信息即开关和刀闸状态信息给保护装置，为保护装置运行逻辑判断等提供开关和刀闸的状态信息。
图2所示测试系统能够实现对整个智能变电站在线模拟，遵照Q／GDW441-2010《智能变电站继电保护技术规范》中MU和智能终端配置要求，能够导入整站SCD文件，并对被测保护对象相关的MU、智能终端设备进行全自动配置，模拟变电站出口或变电站内的任一点故障，实现对智能变电站二次设备运行场境的模拟闭环测试。
本控制器的工作原理为：ARM模块通过电以太网口与上位机通信，将用户配置的上位机信息读到ARM模块内部，并通过HPI总线，传送给DSP模块，DSP模块根据配置信息和数据进行运算，并将运算结果通过并行总线给FPGA模块。FPGA模块将得到的数据进行规定协议的编解码，再通过光以太网接口、光串口、开出量接口输出。当触发条件满足后触发故障，输出故障状态值，并记录测试结果，将测试结果形成测试报告，从而实现对智能变电站二次设备运行场境的模拟闭环测试功能。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：包括ARM模块、DSP模块和FPGA模块，ARM模块与DSP模块相连接实现数据传输及配置数据功能，DSP模块与FPGA模块将DSP模块生成的仿真数据输出给FPGA模块，所述的ARM模块设置两个电以太网接口与上位机及保护装置相连接，FPGA模块设有光以太网接口与GOOSE、IEC61588、IRIG-B、智能电子装置相连接，FPGA模块设有光串口与合并器相连接，FPGA模块设有开入量接口及开出量接口与保护装置相连接。
2.根据权利要求1所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的ARM模块通过HPI总线与DSP模块相连接，所述的DSP模块与FPGA模块通过并行总线相连接。
3.根据权利要求1所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的ARM模块包括ARM芯片、以太网PHY芯片、两个以太网变压器、RTC和ARM模块存储器，ARM芯片与RTC芯片相连接由其提供时钟信号，ARM模块通过以太网PHY芯片与两个以太网变压器相连接。
4.根据权利要求3所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的ARM芯片还连接有JTAG接口用于调试程序，ARM芯片还连接UART接口用于升级程序。
5.根据权利要求3所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的ARM芯片还连接有I2C接口用于采集保护装置的温度数据以进行补偿计算。
6.根据权利要求3所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的ARM模块存储器包括FLASH芯片和SDRAM芯片。
7.根据权利要求1所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的DSP模块包括DSP芯片及与其相连接的DSP缓冲区和DSP模块存储器。
8.根据权利要求7所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：DSP模块存储器包括FLASH和SRAM。
9.根据权利要求1所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的FPGA模块包括FPGA芯片、FPGA总线缓冲区、以太网控制芯片和光纤传输器，FPGA芯片通过FPGA总线缓冲区设置开入量接口、开出量接口和光串口，FPGA芯片通过以太网控制芯片与光纤传输器相连接，该光纤传输器设置光以太网接口。
10.根据权利要求9所述的基于智能变电站二次设备场景测试的控制器，其特征在于：所述的开入量接口为8对，所述的开出量接口为4对，所述的光串口为8个，所述的光以太网接口为8个。
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