一种变电站实训系统及模拟小信号的实现方法与流程

1.本发明涉及电力系统实训技术领域，一种变电站实训系统及模拟小信号的实现方法。


背景技术：

2.随着智能电网技术的快速发展，电子式互感器、智能高压电器和光纤以态网络，以及iec61850标准通信等技术在智能变电站中得到广泛应用，再加上原有的数量庞大的综合自动化变电站存量，使得变电站类型空前多样。因此无论是参加工作较早的运维人员，还是在宽口径专业设置环境下学成参加工作的新进运维人员都需要进行培训，其中对变电站二次技术的培训需求尤其丰富且多样。
3.连接电压互感器二次侧获得的电压量和电流互感器二次侧获得的电流量是变电站控制和保护实现既定功能的基础。在各类试验和培训装置中，由于没有实际运行系统的电流、电压量，通常是采用功率放大器提供所需模拟量。采用功率放大器实质是先将从市电取得的电流、电压量放大到所需的正常运行值或事故值，然后接入采集装置变换为二次装置测试所需的二次电流、电压等模拟量，不但系统复杂、有一定危险性，而且每点模拟量成本较高。
4.在各级电力培训中心，自动化、继电保护实训装置基本通过采用外置式功率放大器件来获取模拟量。这种做法存在功率放大器件体积大，占用场地多，而且价格昂贵等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种变电站实训系统及模拟小信号的实现方法。
6.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
7.一种变电站实训系统模拟小信号的实现方法，基于变电站实训系统，包括以下步骤：
8.步骤1，变电站实训系统的二次设备输入模拟量小信号；
9.步骤2，模拟量小信号通过经过交流采样后转换成数字量小信号；
10.步骤3，数字量小信号传输至测控装置和继电保护装置，测控装置和继电保护装置根据数字量小信号执行相匹配的操作，完成模拟变电站运维过程。
11.传统的方案采用功率放大器提供所需模拟量，再通过采集装置对模拟量变换为二次装置测试所需的二次电流、电压等模拟量，而本方案中，直接对二次设备输入模拟量小信号，省去了功率放大器，系统构成简单，安全性较高，成本也较低。模拟量小信号可以由历史数据或经验得出，通过历史数据或经验生成的模拟量小信号输入至二次设备，完成完成模拟变电站运维过程。本方案以采用小功率信源为基本技术路线来替代目前常用技术手段，在满足需求的情况下大大降低设备成本，在实际应用中具有重要意义
12.作为优选，所述的步骤1中，模拟量小信号输入的方法为通过模拟量小信号源输入模拟量小信号，模拟量小信号源包括若干同道的同步信号，每个同步信号由一个信号板发出，若干个信号板由控制器控制信号的生成，且控制器控制所有信号进行同步生成同步信号。
13.作为优选，所述的同步信号包括正常信号和异常信号，正常信号为3组相位差120
°
的正弦波信号，异常信号为除3组相位差120
°
的正弦波信号外的任意波信号。
14.一种变电站实训系统，包括控制终端、模拟小信号源、测控装置和继电保护装置，模拟小信号源包括控制器和信号板，控制器通过若干个信号通道与信号板相连，每个信号通道连接一个信号板，信号板与测控装置或继电保护装置相连接；所述的测控装置和继电保护装置均设有信号采集装置，信号采集装置用于采集测控装置或继电保护装置的运行参数，信号采集装置与控制终端相连接，控制终端还与控制器相连接，控制终端用于对控制器发出指令使控制器生成模拟量小信号，控制终端还用于接收记录测控装置或继电保护装置的运行参数；模拟小信号源的控制器和信号板集成在一个机箱内。
15.作为优选，所述的控制器包括第一mcu、通讯接口和若干个信号通道，第一mcu通过通讯接口和控制终端相连接，第一mcu还通过信号通道和若干个信号板相连接。
16.作为优选，所述的信号板包括第二mcu、通讯接口、高速dac、低通滤波器、程控放大器、输出放大器和输出端口，第二mcu通过通讯接口与控制器相连接，第二mcu还与高速dac相连接，高速dac还与低通滤波器相连接，低通滤波器还与程控放大器相连接，程控放大器还与输出放大器相连接，输出放大器通过输出端口与测控装置或继电保护装置相连接。
17.作为优选，所述的信号板还包括flash存储器，flash存储器与第二mcu相连接。
18.作为优选，所述的控制终端为pc端，pc端设置有测控屏，测控屏用于显示模拟变电站运维相关数据。
19.本发明的有益效果是：本发明的模拟量小信号能够提供自动化、继电保护和变电运维/运检专业培训中各种二次装置所需的模拟量，主要技术特点模拟量信号输出波形设置方便、灵活可控。
附图说明
20.图1是本发明的一种流程示意图；
21.图2是本发明一种变电站实训系统原理框图；
22.图3是本发明控制器部分原理框图；
23.图4是本发明信号板部分原理框图
24.其中：1、控制终端，2、模拟小信号源，3、测控装置，4、继电保护装置。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
26.实施例：
27.一种变电站实训系统模拟小信号的实现方法，基于变电站实训系统，如图1所示，包括以下步骤：
28.步骤1，变电站实训系统的二次设备输入模拟量小信号；
29.步骤2，模拟量小信号通过经过交流采样后转换成数字量小信号；
30.步骤3，数字量小信号传输至测控装置和继电保护装置，测控装置和继电保护装置根据数字量小信号执行相匹配的操作，完成模拟变电站运维过程。
31.传统的方案采用功率放大器提供所需模拟量，再通过采集装置对模拟量变换为二次装置测试所需的二次电流、电压等模拟量，而本方案中，直接对二次设备输入模拟量小信号，省去了功率放大器，系统构成简单，安全性较高，成本也较低。模拟量小信号可以由历史数据或经验得出，通过历史数据或经验生成的模拟量小信号输入至二次设备，完成完成模拟变电站运维过程。本方案以采用小功率信源为基本技术路线来替代目前常用技术手段，在满足需求的情况下大大降低设备成本，在实际应用中具有重要意义
32.所述的步骤1中，模拟量小信号输入的方法为通过模拟量小信号源输入模拟量小信号，模拟量小信号源包括若干同道的同步信号，每个同步信号由一个信号板发出，若干个信号板由控制器控制信号的生成，且控制器控制所有信号进行同步生成同步信号。
33.所述的同步信号包括正常信号和异常信号，正常信号为3组相位差120
°
的正弦波信号，异常信号为除3组相位差120
°
的正弦波信号外的任意波信号。
34.一种变电站实训系统，如图2所示，包括控制终端、模拟小信号源、测控装置和继电保护装置，模拟小信号源包括控制器和信号板，控制器通过若干个信号通道与信号板相连，每个信号通道连接一个信号板，信号板与测控装置或继电保护装置相连接；所述的测控装置和继电保护装置均设有信号采集装置，信号采集装置用于采集测控装置或继电保护装置的运行参数，信号采集装置与控制终端相连接，控制终端还与控制器相连接，控制终端用于对控制器发出指令使控制器生成模拟量小信号，控制终端还用于接收记录测控装置或继电保护装置的运行参数；模拟小信号源的控制器和信号板集成在一个机箱内。
35.如图3所示，所述的控制器包括第一mcu、通讯接口和若干个信号通道，第一mcu通过通讯接口和控制终端相连接，第一mcu还通过信号通道和若干个信号板相连接。
36.如图4所示，所述的信号板包括第二mcu、通讯接口、高速dac、低通滤波器、程控放大器、输出放大器和输出端口，第二mcu通过通讯接口与控制器相连接，第二mcu还与高速dac相连接，高速dac还与低通滤波器相连接，低通滤波器还与程控放大器相连接，程控放大器还与输出放大器相连接，输出放大器通过输出端口与测控装置或继电保护装置相连接。
37.所述的信号板还包括flash存储器，flash存储器与第二mcu相连接。
38.所述的控制终端为pc端，pc端设置有测控屏，测控屏用于显示模拟变电站运维相关数据。
39.在本实施例中，模拟小信号源具体设计如下：
40.(1)输出9通道具备高度同步的任意信号：
41.正常情况输出3组相位差120
°
的正弦波信号；
42.输出设置的异常信号任意波信号。
43.(2)输出幅度可程序控制；
44.(3)相位可以程序控制；
45.(4)控制高度灵活：可以控制全部通道，可以控制任意一组信号，可以控制任意通道的信号输出开关、幅度、相位；可以设置输出任意段的信号(1-50之间的)，并且可以控制连续输出或者输出次数，次数的范围是1-999998次；可以设置模块的输出频率；设置的波形
数据要有掉电保存功能。
46.(5)6路光耦输入；
47.(6)6路继电器输出；
48.(7)需要具备通讯端口：以太网和串口；
49.(8)模块宽范围电源供电：12v-24v；
50.(9)硬件需要具备sd卡，可以通过文件的方式设置模块的波形数据。
51.在实际的运用中，为了达到较佳的使用目的，模拟量小信号源性能指标如下：
52.(1)每个通道都可以设置50个正常信号(50hz正弦波)和50个异常信号；并且可以根据以后的需要可以增加1000个正常信号和1000个异常信号或者高达64m的存储空间；并且以上数据需要掉电保存；
53.(2)正常信号和异常信号可以做到无缝衔接切换；
54.(3)输出频率控制范围：10hz-1khz；
55.(4)50hz信号的频率精度：
±
0.005hz；
56.(5)相位要求：设置范围：0-359
°
，调整精度1
°
；
57.(6)幅度要求：输出范围：0-20vp_p输出，调整精度：0-4095。
58.通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体计算的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
59.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所描述的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。
60.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
61.另外，在本技术实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
62.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
63.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。