一種基於RTDS的配電網分布式測試系統的製作方法

2023-10-08 09:55:34 3

本發明涉及一種基於實時數字仿真儀(rtds)的配電網分布式測試系統，屬於電力系統測試技術領域。

背景技術：

對配電網故障的定位、隔離以及非故障區域的供電恢復功能是配電自動化系統的重要功能，同時也是配電網測試的重點工作。目前，對配電自動化系統的測試大多採用分系統、集中測試的方式完成。

分系統測試是指分別對配電自動化系統的各部分進行測試；集中測試是指將配電自動化系統相關設備集中安裝在實驗室，配電終端與配電子站、配電主站之間通過短距離有線傳輸網絡互聯，利用rtds或專用配網仿真系統模擬配網故障，對配電自動化系統的功能進行驗證。

但是，實際的配電自動化系統的正常運行依賴於配電通信網絡，配電自動化系統的各種測量和控制功能要通過實時、可靠的通信反映配電終端運行數據。配電通信系統採用分層、分布式結構，且根據迂迴能力、生存性、經濟性等因素採用光纖專網、配電線載波、無線等多種通信方式混合使用的方式，具備一定的複雜性。

由於沒有考慮實際通信網絡性能對配電自動化系統整體性能的影響，這種分系統、集中測試方案無法完全驗證配電自動化系統的性能。

技術實現要素：

本發明針對上述問題，提供一種基於rtds的配電網分布式測試系統，實現實時通信網絡影響的配電自動化系統的閉環測試，提高測試的完整性。本發明在rtds的基礎上，將仿真數據的輸出功能分布到多個同步運行的仿真終端上去，每個仿真終端就地布置於配電終端的安裝位置，一方面遠程接收並輸出來自rtds的仿真數據，另一方面接收待測配電終端的響應信息並反饋至rtds，從而將配電主站、配電子站和配電終端做為一個整體，實現實時通信網絡影響的配電自動化系統的閉環測試。

本發明的目的是採用下述技術方案實現的：

一種基於rtds的配電網分布式測試系統，由仿真接口子系統、若干仿真終端組成；其特徵在於：所述仿真接口子系統與rtds裝置相連，實現對rtds輸出的小電壓的採集，以及開關量的輸入/輸出；所述的各個仿真終端連接一個對應配電終端，模擬高壓互感器輸出二次電壓和電流，以及模擬高壓開關輸出位置信號並採集配電終端的跳閘和合閘開關量；所述仿真接口子系統與各個所述仿真終端通過無線傳輸方式實現數據交互。

所述仿真接口子系統由無線通訊模塊、管理機、至少一臺數據轉換裝置、gps時間同步裝置和交換機組成，每臺數據轉換裝置和所述管理機均接入所述交換機，相互之間採用tcp/ip協議進行通訊；所述管理機與所述無線通訊模塊連接，管理機核心功能是實現所述數據轉換裝置通過電乙太網傳輸的數字報文和所述無線模塊以無線模式傳輸的數字報文之間的轉換；另外，管理機還需完成人機互動功能，包括：①數據轉換裝置各接口與仿真終端各接口為一一對應關係；②操作控制監控，包括系統啟動、停止、異常終止、當前狀態等；③測試結果展示；所述gps時間同步裝置與所述數據轉換裝置連接，為數據轉換裝置提供時間同步信號，使數據轉換裝置與gps衛星時間同步；所述數據轉換裝置與rtds裝置連接，將rtds所需的輸入/輸出量轉換為可用無線網絡傳輸的數字報文，多臺數據轉換裝置可級聯同步運行以進一步擴大接口規模。

為方便系統配置和擴展，所述數據轉換裝置的硬體平臺採用通用背板總線結構，機箱採用6u19英寸標準機箱，布置1個電源插件、1個cpu插件、1個背板插件、8個業務插件，8個業務插件的類型可根據具體用戶需求進行任意配置，8個業務插件中包括模擬量輸入插件、開關量輸入插件和開關量輸出插件。

所述cpu插件與所述8個業務插件的連接是通過所述背板提供的高速pcie數據總線、低速mlvds總線和獨立io實現的，高速pcie數據總線傳輸模擬量採樣點等大流量用戶業務數據，帶寬可達2.5gbit/s；低速mlvds總線傳輸開關量等流量較小的用戶業務數據，帶寬為50mbit/s；獨立io傳輸業務板卡的管理、板卡之間的同步、fpga配置的加載、復位和中斷等信息。

所述仿真終端只需與配電終端一對一連接，因此採用一體化結構，並且包括以下部件：電源濾波模塊、電壓功放電源模塊、電流功放電源模塊、開關量模塊、主控制模塊、電流功放模塊、電壓功放模塊、gps時間同步模塊、工控機、顯示器和無線模塊；所述電源濾波模塊對交流220v供電電壓進行濾波，濾波之後連接至所述電壓功放電源模塊和所述電流功放電源模塊；所述電壓功放電源模塊輸出5v、12v和±200v直流電源，其中5v和12v直流電源分別為所述開關量模塊、主控制模塊、電流功放模塊、電壓功放模塊、gps時間同步模塊、工控機和顯示器的各控制部分供電，±200v直流電源為所述電壓功放模塊的功率部分供電；所述電流功放電源模塊輸出±7.5v直流電源，為所述電流功放模塊的功率部分供電；所述主控制模塊為所述電流功放電源模塊和所述電壓功放電源模塊提供功放電源使能信號，以在工作/停止時開啟/關閉電流功放電源和功放電源；所述主控制模塊為所述電流功放模塊和所述電壓功放模塊提供da控制信號和da數據信號，其中，da所需數據來自所述仿真接口子系統對rtds輸出的小電壓的採集；所述主控制模塊接收所述電流功放模塊和所述電壓功放模塊的故障反饋信號，在發生故障時及時將da數據置零；所述電流功放模塊和所述電壓功放模塊將da數據轉換成相應的電流和電壓並輸出至配電終端；所述主控模塊與所述開關量模塊連接，所述開關量模塊將所述主控制模塊的數字類型的開關量數據信號轉換成配電終端所需的功率類型的開關量信號；所述gps時間同步模塊為主控制模塊提供時間同步信號，使整個仿真終端與gps衛星時間同步；所述主控制模塊與所述工控機通過電纜直連，並採用tcp/ip協議進行通訊；所述工控機與所述無線模塊連接，實現所述主控制模塊通過電乙太網傳輸的數字報文和所述無線模塊以無線模式傳輸的數字報文之間的轉換；所述工控機與所述顯示器連接，實現人機互動。

所述無線通訊模塊、無線模塊均採用4g模塊，4g模塊上掛接sim卡，通過移動運營商的基站和vpn服務實現各4g模塊之間的無線通信。所述無線模塊通過usb協議進行數據傳輸，並採用通用usb接口接入，很容易擴展到類似的系統中進行應用。

本發明在rtds的基礎上，將仿真數據的輸出功能分布到多個同步運行的仿真終端上去，每個仿真終端就地布置於配電終端的安裝位置，一方面遠程接收並輸出來自rtds的仿真數據，另一方面接收待測配電終端的響應信息並反饋至rtds，從而將配電主站、配電子站和配電終端做為一個整體，實現實時通信網絡影響的配電自動化系統的閉環測試。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的仿真接口子系統結構示意圖。

圖3為本發明的數據轉換裝置結構示意圖。

圖4為本發明的仿真終端結構圖。

具體實施方式

下文結合附圖對本發明做進一步說明。

如圖1所示，本發明由仿真接口子系統、若干仿真終端組成；其特徵在於：所述仿真接口子系統與rtds裝置相連，實現對rtds輸出的小電壓的採集，以及開關量的輸入/輸出；所述的各個仿真終端連接一個對應配電終端，模擬高壓互感器輸出二次電壓和電流，以及模擬高壓開關輸出位置信號並採集配電終端的跳閘和合閘開關量；所述仿真接口子系統與各個所述仿真終端通過無線傳輸方式實現數據交互。

如圖2、圖3所示，所述仿真接口子系統由無線通訊模塊、管理機、至少一臺數據轉換裝置、gps時間同步裝置和交換機組成，每臺數據轉換裝置和所述管理機均接入所述交換機，相互之間並採用tcp/ip協議進行通訊；所述管理機與所述無線通訊模塊連接，管理機核心功能是實現所述數據轉換裝置通過電乙太網傳輸的數字報文和所述無線模塊以無線模式傳輸的數字報文之間的轉換；另外，管理機還需完成人機互動功能，包括：①數據轉換裝置各接口與仿真終端各接口為一一對應關係；②操作控制監控，包括系統啟動、停止、異常終止、當前狀態等；③測試結果展示；所述gps時間同步裝置與所述數據轉換裝置連接，為數據轉換裝置提供時間同步信號，使數據轉換裝置與gps衛星時間同步；所述數據轉換裝置與rtds裝置連接，將rtds所需的輸入/輸出量轉換為可用無線網絡傳輸的數字報文，多臺數據轉換裝置可級聯同步運行以進一步擴大接口規模。

為方便系統配置和擴展，如圖3所示，所述數據轉換裝置的硬體平臺採用通用背板總線結構，機箱採用6u19英寸標準機箱，布置1個電源插件、1個cpu插件、1個背板插件、8個業務插件，8個業務插件的類型可根據具體用戶需求進行任意配置，8個業務插件中包括模擬量輸入插件、開關量輸入插件和開關量輸出插件。同時，多臺數據轉換裝置可級聯同步運行以進一步擴大接口規模。所述cpu插件與所述8個業務插件的連接是通過所述背板提供的高速pcie數據總線、低速mlvds總線和獨立io實現的，高速pcie數據總線傳輸模擬量採樣點等大流量用戶業務數據，帶寬可達2.5gbit/s；低速mlvds總線傳輸開關量等流量較小的用戶業務數據，帶寬為50mbit/s；獨立io傳輸業務板卡的管理、板卡之間的同步、fpga配置的加載、復位和中斷等信息。

如圖4所示，所述仿真終端只需與配電終端一對一連接，因此採用一體化結構，並且包括以下部件：電源濾波模塊、電壓功放電源模塊、電流功放電源模塊、開關量模塊、主控制模塊、電流功放模塊、電壓功放模塊、gps時間同步模塊、工控機、顯示器和無線模塊；所述電源濾波模塊對交流220v供電電壓進行濾波，濾波之後連接至所述電壓功放電源模塊和所述電流功放電源模塊；所述電壓功放電源模塊輸出5v、12v和±200v直流電源，其中5v和12v直流電源分別為所述開關量模塊、主控制模塊、電流功放模塊、電壓功放模塊、gps時間同步模塊、工控機和顯示器的各控制部分供電，±200v直流電源為所述電壓功放模塊的功率部分供電；所述電流功放電源模塊輸出±7.5v直流電源，為所述電流功放模塊的功率部分供電；所述主控制模塊為所述電流功放電源模塊和所述電壓功放電源模塊提供功放電源使能信號，以在工作/停止時開啟/關閉電流功放電源和功放電源；所述主控制模塊為所述電流功放模塊和所述電壓功放模塊提供da控制信號和da數據信號，其中，da所需數據來自所述仿真接口子系統對rtds輸出的小電壓的採集；所述主控制模塊接收所述電流功放模塊和所述電壓功放模塊的故障反饋信號，在發生故障時及時將da數據置零；所述電流功放模塊和所述電壓功放模塊將da數據轉換成相應的電流和電壓並輸出至配電終端；所述主控模塊與所述開關量模塊連接，所述開關量模塊將所述主控制模塊的數字類型的開關量數據信號轉換成配電終端所需的功率類型的開關量信號；所述gps時間同步模塊為主控制模塊提供時間同步信號，使整個仿真終端與gps衛星時間同步；所述主控制模塊與所述工控機通過電纜直連，並採用tcp/ip協議進行通訊；所述工控機與所述無線模塊連接，實現所述主控制模塊通過電乙太網傳輸的數字報文和所述無線模塊以無線模式傳輸的數字報文之間的轉換；所述工控機與所述顯示器連接，實現人機互動。

所述無線通訊模塊、無線模塊均採用4g模塊，4g模塊上掛接sim卡，通過移動運營商的基站和vpn服務實現各4g模塊之間的無線通信。所述無線模塊通過usb協議進行數據傳輸，並採用通用usb接口接入，很容易擴展到類似的系統中進行應用。

以上所述僅為本發明的較佳具體實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，例如，無線模塊採用不同型號的4g模塊，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。