一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，包括DSP模块、FPGA模块、光数字量发送模块、模拟量发送模块、光数字量反馈检测电路、以及模拟量反馈检测电路。光数字量发送模块包括第一以太网PHY和第一光网口模块；模拟量发送模块包括DA转换电路、滤波电路、放大电路和电压电流功放模块；光数字量反馈检测电路包括光纤分光器、第二光网口模块和第二以太网PHY。本发明专利技术还公开了一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制方法。本发明专利技术有效解决了智能变电站测试设备输出模拟量与数字量严格同步问题，不需要人为调整和设置参数，同时实现同步精度高、同步稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置及方法
本专利技术涉及电力系统智能变电站二次设备测试领域，具体涉及一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，还涉及一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制方法，用于智能变电站测试设备中控制模拟量与数字量输出的严格同步。
技术介绍
随着智能变电站不断发展，采用先进、可靠、集成的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能。智能变电站中一次设备电压、电流由电子互感器或传统互感器经合并单元统一变转换成为光数字SV采样值信号点对点或组网传输给继电保护、测控、等IED设备。其中模拟量电压电流输入，GOOSE跳闸方式的设备和模拟量电压电流输入，数字量方式出口的智能设备，需要用到继电保护测试设备输出模拟量和数字量来完成这类设备的出厂调试和现场测试。继电保护测试设备相关标准还规定了输出的SV报文与模拟量之间的同步误差应不大于±10μs。基于上述智能设备的测试特点，对继电保护测试设备输出的模拟量和数字量同步性要求较高。在上述智能设备测试过程中，继电保护测试设备通过改变模拟量输出值，SV报文中的采样值数据和GOOSE报文中的智能终端位置信息，并在特定时间输出，来实现不同的测试项目，尤其是实验母差保护、主变保护等保护实验时，对继电保护测试设备输出的模拟量和数字量同步性要求更为严格，这直接关系到实验的正确性，可靠性，稳定性。因此继电保护测试设备输出的模拟量与数字量需要做到严格同步。专利技术内容为了实现上述技术问题，提供了一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，还提供一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制方法可实现智能变电站测试设备输出的模拟量与数字量严格同步。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，包括人机交互模块，人机交互模块，用于向DSP模块发送同时发送命令；DSP模块，用于接收到同时发出命令后，计算光数字量采样点值和模拟量采样点值并发送至FPGA模块；还用于根据FPGA模块发送的过零检测波形的各个上升沿的到达时刻，以及带有FPGA发送时刻和FPGA接收时刻的光数字量采样点值报文计算滞后时间控制量，并将滞后时间控制量发送到FPGA模块；FPGA模块，用于根据光数字量采样点值生成光数字量采样点值报文；还用于将光数字量采样点值报文通过光数字量发送模块对外发送并将FPGA发送时刻打标到光数字量采样点值报文内；还用于将模拟量采样点值通过模拟量发送模块对外发送；还用于根据滞后时间控制量控制光数字量采样点值报文和模拟量采样点值的发送时间；还用于将反馈的光数字量采样点值报文进行FPGA接收时刻打标并发送到DSP模块；还用于将过零检测波形的各个上升沿的到达时刻发送到DSP模块；光数字量反馈检测电路，用于将通过光数字量发送模块对外发送的光数字量采样点值报文反馈至FPGA模块；模拟量反馈检测电路，用于将通过模拟量发送模块对外发送的模拟量采样点值进行采样并生成过零检测波形反馈至FPGA模块。第一个光数字量采样点值报文的FPGA接收时刻为td1，过零检测波形的第一个上升沿到达时刻为td2；第一个光数字量采样点值报文的FPGA接收时间与对应的FPGA发送时间之间差值的一半为光数字量反馈检测电路的延时ΔT；过零检测波形的上升沿的到达时刻为t0，在光数字量采样点值报文的FPGA接收时刻中找出与t0最为接近的FPGA接收时刻，分别记为t1、t2，其中t1≤t0＜t2；DSP模块以FPGA接收时刻t1对应的光数字量采样点值为起点，取FPGA接收时刻t1之后的一个周波的光数字量采样点值，计算出光数字量采样点值以接收时刻t1为起点一个周波的频率f及周期T，记接收时刻t1的数字量采样点值的光数字量采样点值对应相角为φ；FPGA模块内设置有第一延时控制寄存器、第二延时控制寄存器、第一延时寄存器、第二延时寄存器和第三延时寄存器；如果td1<td2，则N1＝Δt1×fFPGA；DSP模块将数值0和时间数值N1分别发送到FPGA模块的第一延时控制寄存器和第一延时寄存器中；如果td1≥td2，则N2＝Δt2×fFPGA；DSP模块将数值1和时间数值N2分别发送到FPGA模块的第一延时控制寄存器和第一延时寄存器中；其中，％表示求余数运算符，Δt1为模拟量滞后数字量的时间；Δt2为数字量滞后模拟量的时间，fFPGA为FPGA模块运行主频；如果第一延时控制寄存器中的数值为1，第二延时控制寄存器中的数值为1，将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值相加写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制模拟量信号采样点值延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中；如果第一延时控制寄存器中的数值为0，第二延时控制寄存器中的数值为0，将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值相加写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制数字量采样点值报文延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中；如果第一延时控制寄存器中的数值为1，第二延时控制寄存器中的数值为0，将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值的差值的绝对值写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制模拟量采样点值延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中，将第二延时寄存器中的数值写为1，如果第一延时控制寄存器中的数值为0，第二延时控制寄存器中的数值为1，此时将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值的差值的绝对值写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制数字量采样点值报文延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中，将第二延时寄存器中的数值写为0。如上所述的光数字量发送模块包括第一以太网PHY和第一光网口模块，如上所述的模拟量发送模块包括依次连接的DA转换电路、滤波电路、放大电路和电压电流功放模块。一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制方法，包括以下步骤：步骤1、人机交互模块向DSP模块发送同时发送命令；步骤2、DSP模块接收到同时发出命令后，DSP模块计算光数字量采样点值、模拟量采样点值；DSP模块将光数字量采样点值、模拟量采样点值发送至FPGA模块；步骤3、FPGA模块根据光数字量采样点值生成光数字量采样点值报文，每个光数字量采样点值对应一个光数字量采样点值报文，FPGA模块将光数字量采样点值报文通过第一以太网PHY和第二光网口模块对外发送，FPGA模块把FPGA发送时刻打标到光数字量采样点值报文内。FPGA模块将模拟量采样点值通过DA转换电路、滤波电路、放大电路、电压电流功放模块对外发送，FPGA模块内设置有初始值都为0的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，包括人机交互模块，其特征在于，/n人机交互模块，用于向DSP模块发送同时发送命令；/nDSP模块，用于接收到同时发出命令后，计算光数字量采样点值和模拟量采样点值并发送至FPGA模块；还用于根据FPGA模块发送的过零检测波形的各个上升沿的到达时刻，以及带有FPGA发送时刻和FPGA接收时刻的光数字量采样点值报文计算滞后时间控制量，并将滞后时间控制量发送到FPGA模块；/nFPGA模块，用于根据光数字量采样点值生成光数字量采样点值报文；还用于将光数字量采样点值报文通过光数字量发送模块对外发送并将FPGA发送时刻打标到光数字量采样点值报文内；还用于将模拟量采样点值通过模拟量发送模块对外发送；还用于根据滞后时间控制量控制光数字量采样点值报文和模拟量采样点值的发送时间；还用于将反馈的光数字量采样点值报文进行FPGA接收时刻打标并发送到DSP模块；还用于将过零检测波形的各个上升沿的到达时刻发送到DSP模块；/n光数字量反馈检测电路，用于将通过光数字量发送模块对外发送的光数字量采样点值报文反馈至FPGA模块；/n模拟量反馈检测电路，用于将通过模拟量发送模块对外发送的模拟量采样点值进行采样并生成过零检测波形反馈至FPGA模块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，包括人机交互模块，其特征在于，
人机交互模块，用于向DSP模块发送同时发送命令；
DSP模块，用于接收到同时发出命令后，计算光数字量采样点值和模拟量采样点值并发送至FPGA模块；还用于根据FPGA模块发送的过零检测波形的各个上升沿的到达时刻，以及带有FPGA发送时刻和FPGA接收时刻的光数字量采样点值报文计算滞后时间控制量，并将滞后时间控制量发送到FPGA模块；
FPGA模块，用于根据光数字量采样点值生成光数字量采样点值报文；还用于将光数字量采样点值报文通过光数字量发送模块对外发送并将FPGA发送时刻打标到光数字量采样点值报文内；还用于将模拟量采样点值通过模拟量发送模块对外发送；还用于根据滞后时间控制量控制光数字量采样点值报文和模拟量采样点值的发送时间；还用于将反馈的光数字量采样点值报文进行FPGA接收时刻打标并发送到DSP模块；还用于将过零检测波形的各个上升沿的到达时刻发送到DSP模块；
光数字量反馈检测电路，用于将通过光数字量发送模块对外发送的光数字量采样点值报文反馈至FPGA模块；
模拟量反馈检测电路，用于将通过模拟量发送模块对外发送的模拟量采样点值进行采样并生成过零检测波形反馈至FPGA模块。


2.根据权利要求1所述的一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，其特征在于，第一个光数字量采样点值报文的FPGA接收时刻为td1，过零检测波形的第一个上升沿到达时刻为td2；
第一个光数字量采样点值报文的FPGA接收时间与对应的FPGA发送时间之间差值的一半为光数字量反馈检测电路的延时ΔT；
过零检测波形的上升沿的到达时刻为t0，在光数字量采样点值报文的FPGA接收时刻中找出与t0最为接近的FPGA接收时刻，分别记为t1、t2，其中t1≤t0＜t2；
DSP模块以FPGA接收时刻t1对应的光数字量采样点值为起点，取FPGA接收时刻t1之后的一个周波的光数字量采样点值，计算出光数字量采样点值以接收时刻t1为起点一个周波的频率f及周期T，记接收时刻t1的数字量采样点值的光数字量采样点值对应相角为φ；
FPGA模块内设置有第一延时控制寄存器、第二延时控制寄存器、第一延时寄存器、第二延时寄存器和第三延时寄存器；
如果td1<td2，则



N1＝Δt1×fFPGA；
DSP模块将数值0和时间数值N1分别发送到FPGA模块的第一延时控制寄存器和第一延时寄存器中；
如果td1≥td2，则



N2＝Δt2×fFPGA；
DSP模块将数值1和时间数值N2分别发送到FPGA模块的第一延时控制寄存器和第一延时寄存器中；
其中，％表示求余数运算符，Δt1为模拟量滞后数字量的时间；Δt2为数字量滞后模拟量的时间，fFPGA为FPGA模块运行主频；
如果第一延时控制寄存器中的数值为1，第二延时控制寄存器中的数值为1，将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值相加写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制模拟量信号采样点值延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中；
如果第一延时控制寄存器中的数值为0，第二延时控制寄存器中的数值为0，将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值相加写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制数字量采样点值报文延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中；
如果第一延时控制寄存器中的数值为1，第二延时控制寄存器中的数值为0，将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值的差值的绝对值写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制模拟量采样点值延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中，将第二延时寄存器中的数值写为1，
如果第一延时控制寄存器中的数值为0，第二延时控制寄存器中的数值为1，此时将第一延时寄存器、第二延时寄存器中的数值的差值的绝对值写入第三延时寄存器中，FPGA模块将控制数字量采样点值报文延时输出，延时时间为第三延时寄存器中的数值，并将第三延时寄存器中的数值更新到第二延时寄存器中，将第二延时寄存器中的数值写为0。


3.根据权利要求1所述的一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制装置，其特征在于，所述的光数字量发送模块包括第一以太网PHY和第一光网口模块，
所述的模拟量发送模块包括依次连接的DA转换电路、滤波电路、放大电路和电压电流功放模块。


4.一种智能变电站模拟量与数字量同步输出控制方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泽华，汪谦，熊威，朱长东，倪呈祥，程金牛，刘俊，官习炳，张洋，施微，龚康，王雅铭，徐志高，黄昱皓，周坤，甄家林，罗建平，孙祥波，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司宜昌供电公司，武汉凯默电气有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42