PST型变电站综合自动化系统测试仪的研制

1、PST型变电站综合自动化系统测试仪的研制王云茂1 姚晖2 肖新华2（1. 福建省电力试验研究院，福州 350007；2.福建亿榕信息技术有限公司，福州 350003）摘要：PST型变电站综合自动化系统测试仪主要由人机接口模块、主控模块和功率源模块组成。人机接口软件利用LabVIEW虚拟仪器编程语言作为开发平台,主控模块采用TI公司的TMS320LF2407为主处理器，功率源模块采用美国模拟器件公司的新一代高性能600MHz处理器Blackfin533, 每周波拟合的波形点数高达30000点，波形保真度高，输出无需低通滤波器，从而具有很好的暂态特性、相频特性、幅频特性，能实现变电站综合自动化系统

2、的同期功能测试、遥测精度校验以及系统性能指标测试等功能。关键词：变电站综合自动化系统；测试仪；LabVIEW；DSP；GPS；USB；中图分类号：TM76；TM930.2 文献标识码： 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 前言变电站综合自动化系统（以下简称综自系统）已得到广泛应用，其检验工作也逐步走向规范化，但目前进行综自系统检验通常需要配置诸多仪器，例如，标准功率源、继电保护试验装置、毫秒表等，有些指标还没有合适的仪器测试，工作起来十分不便，且造成仪器资源浪费。因此，笔者研制了一种针对于综自系统检验的仪器（以下简称综自系统测试仪），使用该仪器就基本能满足综自系统检验的需要，从而提高检验效率和质量，保证电网安全稳定运行1。随着DSP性能的日新月异、高速高性能DA技术、运放技术的发展以及NI公司虚拟仪器Lab

8、VIEW的推广，笔者运用这些当今先进技术首次提出海量波形捏合技术、暂态功放技术，配合NI的LabVIEW使得在电测领域实现“所见既所得”成为现实。1 仪器功能根据综自系统相关的检验规程，所研制的PST型综自系统测试仪主要实现同期功能测试、遥测精度校验、系统性能指标（如SOE分辨率、遥测响应时间、遥信响应时间等）测试等功能，且可实现遥测精度的自动闭环测试，并用Word平台自动生成报表，可支持部颁IEC870-5-103、IEC870-5-104通讯规约，具有以太网、RS232、RS485、CAN总线等通讯接口，且可进一步支持IEC 61850。此外，该测试仪还能提供可调直流电压源，可用于测试遥信

9、光耦动作电压。2 仪器硬件结构该仪器主要由三大功能模块组成，即程控功率源模块、主控模块和人机接口模块，其中程控功率源模块和主控模块封装在仪器主机箱内。功率源模块接受从主控模块的控制信号，提供3路独立回路的交流电压源、3路独立回路的交流电流源以及与交流源隔离的直流电压源，并且能对三相电压和电流的幅值、相位和频率的大小在一定的范围内独立调节，输出精度达0.05级2。主控模块是测试仪的控制核心模块，它主要实现对人机接口模块命令的接收和处理，该模块还具备GPS授时功能，实现与时间相关的测试功能。人机接口通常采用便携机，运行相应的人机接口软件。仪器硬件结构如图。开入UaIcUdc . . . . . .

10、61COMPPSPC机USB主控DSPLabVIEW隔离输出GPS Blackfin BF533D/AD/AD/A隔离放大隔离放大隔离直流放大隔离图1 仪器硬件结构2.1 程控功率源模块本测试仪程控功率源与一般功率源最大的不同在于采用的是直接输出，而不是以往的AD回测反馈输出，大幅度提高了响应性能，且实现了对每个周波高达30000个点的拟合，有效地抑制了输出谐波，无须滤波即可直接输出。主要原理如图。SDRAMDSPD/A-1D/A-2功放URef 32M VO(t) URef REF102 DAC7734 图程控功率源主要原理2.1.1 波形拟合实现如图所示，其中32M SDRAM用来存放已经

11、计算好了要输出的波形数据，D/A-1用来调制波形。D/A-2用来调节输出的幅度。DSP将以SCLK/64的固定速度为D/A-1输出波形调整数据，其中SCLK为晶体频率的8倍为：16.667M*8=133.336M，所以每点输出时间Ts=1/SCLK×640.46us，输出采样率约为2.08M，此时： (1)将式（1）离散化 (Ts0) (2) 当Ts=0.46us约等于0或者说Ts趋于0，式（2）与式（1）相同。由于我们的输出点数多，故Ts很小。假如认为约等于0，则波形的捏合趋向理想，谐波输出表达式如下：(3)2.1.2 功放的实现如图所示，由电路理论可知： （4）nn其中，A为放大

12、器的放大倍数。图功放输出原理放大器A由高性能、高放大倍数的适放加上功放管射随。兼具放大倍数高和功率大的优点。其典型放大倍数为30万，故由放大器引入的误差为1/30万，可以忽略。式（4）可以简化成式（5） （5）由式（5）可知，功放的性能主要取决于电阻R1和R2。目前R1、R2采用C11型氧化膜电阻，温漂为1PPM，满足要求。对于电流输出引入一个零磁通互感器输出，如图。所以其精度将在式（5）基础上再叠加一个零磁通互感器误差，由于零磁通互感器在低端角差不太好(约为1分)，需要在进行软件补偿。图电流输出原理2.2 主控模块由于仪器不仅需具有数据的快速运算能力，而且需要实时的控制能力，因此我们选用了德

13、州仪器公司生产的高性能数字信号处理芯片TMS320LF2407作为主控模块的核心MCU，负责进行开关量输入的采集、开关量输出的控制，以及接收人机接口模块下发的功率源控制命令，经预处理后下发给功率源模块。GPS授时采用Motolora M12T模块，这是一款高精度的专用授时模块，可提供时间信息（含年月日的日期信息和时分秒的时间信息）和秒脉冲，经硬件及高精度软件算法处理后进行精确授时，开关量采集、模拟量和开出量控制的时标准确度优于100S。主控模块电路板采用四层板，为两个信号层和一个电源层以及一个地层，使用多层电路板不仅可以缩小电路板面积，缩短电子元器件之间的连线，提高信号传输速度，而且加入了地线层，使信号线对地形成恒定的低阻抗，具有较好的屏蔽作用，使电磁抗干扰能力大大增强。2.3 人机接口软件人机接口软件采用LabVIEW虚拟仪器编程语言作为开发平台，充分发挥计算机的运算处理能力，不仅为用户提供人性化的操作，而且大大降低硬件设计的成本。人机接口模