基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置及其测试方法与流程

1.本发明涉及电力系统配电自动化技术领域，具体涉及一种基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置以及应用该装置的测试方法。


背景技术：

2.随着国家电力系统发展迅速，推行万物互联，其配电终端的检测范围也需要增加，国网提出要求终端检测10kv高压开关一次设备的分合闸、储能回路等状态监测录波，并根据波形分析出一次开关的健康状态。
3.由于需要各种故障的一次开关进行验证配电终端功能，在量产与研发都不容易实现，因此需要一台可以反演一次开关各种故障的动态可反演电子负载，模拟高压开关分合闸储能特性的装置，该装置需要解决的难题有：
4.1、动态电子负载国内外都没有成品机，需要自主研发。
5.2、如何根据波形文件来动态调节电子负载电流。
6.3、如何读取并分析配电终端的录波文件。
7.4、如何接收配电终端的突发遥信。


技术实现要素：

8.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置及其测试方法，该装置和方法可以解决现有技术的不足，通过一套动态可反演电子负载，模拟高压开关分合闸储能特性的装置，能够完全自动完成配电终端的分合闸、储能回路录波功能、一次开关的健康状态分析功能的检测以及测试数据的建档并分析测试结果输出测试报告。
9.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置，包括：控制台、开关故障波形库、cpu控制模块、数模转换模块、功率元件、开关量输出模块、电压电流采集模块、录波模块，所述控制台用于接收上位机导入的开关故障波形数据，并保存至所述开关故障波形库，所述cpu控制模块用于接收所述控制台下发的开关故障波形数据，并实时输出数字信号至所述数模转换模块、实时读取所述电压电流采集模块当前电压、电流数据以及实时输出数字信号至所述开关量输出模块，所述数模转换模块用于根据接收到的数字信号输出模拟量控制所述功率元件，所述开关量输出用于将接收到的数字信号转换为模拟开关位置的分位、合位或储能位信号输出到配电终端的开入检测；当测试完成后，所述控制台通过iec104协议读取配电终端的录波文件，所述cpu控制模块获取录波模块录取的录波文件，由所述控制台对两个录波文件进行相似度分析，并得出测试结果。
11.进一步的方案是，所述功率元件用于根据所述数模转换模块输出的模拟量控制配电终端分闸、合闸以及储输出接口的负载电流。
12.更进一步的方案是，所述开关故障波形库用于保存所述控制台导入或者读取高压
开关分合闸、储能异常波形文件。
13.更进一步的方案是，所述电压电流采集模块用于采集当前配电终端的分合闸、储能输出接口的电压电流信号，并将该电压电流信号传输至所述cpu控制模块进行处理。
14.更进一步的方案是，所述录波模块用于录入当前配电终端的分闸、合闸、储能输出接口的电压、电流的波形数据，并把该波形数据上传至到所述cpu控制模块。
15.更进一步的方案是，当测试完成后，所述控制台通过iec104协议读取配电终端的录波文件，并读取由所述cpu控制模块获取所述录波模块录取的录波文件进行相似度分析，分析结果与预设的准确度进行比较判断是否符合合格标准，并通过iec104协议接收配电终端的突发遥信信号，与预设的遥信信号进行比较判断是否符合合格标准。
16.基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置的测试方法，该装置应用于上述的基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置，该方法包括；将上位机导入的开关故障波形数据保存到开关故障波形库，当测试开始后，上位机下发波形数据到cpu控制模块；上位机通过iec104协议控制配电终端输出分闸、合闸、储能命令，在配电终端输出分闸、合闸、储能电压，录波模块开始实时录波，电压电流采集模块开始采集当前配电终端输出分闸、合闸、储能接口的电压传给cpu控制模块；cpu控制模块根据上位机下发的波形数据进行控制开关量输出模块；cpu控制模块根据上位机下发的波形数据进行控制数模转换模块，数模转换模块输出模拟量控制功率元件，使配电终端输出分闸、合闸、储能接口进行带载；cpu控制模块通过电压电流采集模块采集配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压电流，并通过数模转换模块输出模拟量控制功率元件；当测试过程结束后，录波模块实时录波结束，控制台通过cpu控制模块读取录波模块的录波文件，通过iec104协议读取配电终端的录波文件，通过iec104协议读取配电终端上送的开关异常遥信，并根据读取到的数据输出测试结果。
17.进一步的方案是，cpu控制模块通过电压电流采集模块采集配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压电流时，将检测到的电压电流与波形数据的ui＝w对比，当两者不相等时，调节数模转换模块输出模拟量控制功率元件，使配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压电流，与波形数据的ui＝w相等的闭环控制，以达到配电终端模拟控制故障开关的目的。
18.更进一步的方案是，所述根据读取到的数据输出测试结果，包括：将录波模块的录波文件与配电终端的录波文件进行相似度分析，与预设的准确度百分比进行比较，以检测出配电终端录波功能与性能是否满足要求；将录波模块的录波文件的电压电流数据流与开关故障波形数据的电压电流、开关量数据流进行相似度分析，与预设的准确度百分比进行比较，以检测出配电终端带载能力是否满足要求。
19.更进一步的方案是，判断配电终端上送的开关异常遥信与预设的开关异常遥信是否相同，以检测出配电终端分析开关故障状态是否满足要求。
20.由此可见，本发明先通过录波装置把高压开关的各种故障动作波形数据录取下来，把波形信息导入本装置，然后，本发明通过标准iec104协议与配电终端通信，下发分闸/合闸/储能命令到配电终端，由配电终端执行输出分闸/合闸/储能动作，本发明会根据导入的波形信息动态调节负载电流，可以达到配电终端模拟操作有各种故障10kv高压一次开关的目的，通过标准iec104协议读取配电终端录取的波形文件与本装置录取的波形文件进行相似度对比，通过标准iec104协议接收配电终端分析的遥信与预设的开关的故障类型进行对比，对比结果后判断合格与否并生成测试报告。
21.所以，本发明可广泛用于配电自动化终端的生产、研发上使用，规范终端的功能与性能，可以填补规范检测方式的空缺。对于国家规定的配电终端对10kv高压开关的分合闸、储能回路等状态监测录波功能与高压开关各种故障状态，可以得到仪器的自动检测。
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
23.图1是本发明基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置实施例的原理图。
具体实施方式
24.基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置实施例：
25.参见图1，本发明提供的基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置，包括：控制台、开关故障波形库、cpu控制模块、数模转换模块、功率元件、开关量输出模块、电压电流采集模块、录波模块，控制台用于接收上位机导入的开关故障波形数据，并保存至开关故障波形库，cpu控制模块用于接收控制台下发的开关故障波形数据，并实时输出数字信号至数模转换模块、实时读取电压电流采集模块当前电压、电流数据以及实时输出数字信号至开关量输出模块，数模转换模块用于根据接收到的数字信号输出模拟量控制功率元件，开关量输出用于将接收到的数字信号转换为模拟开关位置的分位、合位或储能位信号输出到配电终端的开入检测。
26.当测试完成后，控制台通过iec104协议读取配电终端的录波文件，cpu控制模块获取录波模块录取的录波文件，由控制台对两个录波文件进行相似度分析，并得出测试结果。
27.在本实施例中，功率元件用于根据数模转换模块输出的模拟量控制配电终端分闸、合闸以及储输出接口的负载电流。
28.在本实施例中，开关故障波形库用于保存控制台导入或者读取高压开关分合闸、储能异常波形文件。
29.在本实施例中，电压电流采集模块用于采集当前配电终端的分合闸、储能输出接口的电压电流信号，并将该电压电流信号传输至cpu控制模块进行处理。
30.在本实施例中，录波模块用于录入当前配电终端的分闸、合闸、储能输出接口的电压、电流的波形数据，并把该波形数据上传至到cpu控制模块。
31.当测试完成后，控制台通过iec104协议读取配电终端的录波文件，并读取由cpu控制模块获取录波模块录取的录波文件进行相似度分析，分析结果与预设的准确度进行比较判断是否符合合格标准，并通过iec104协议接收配电终端的突发遥信信号，与预设的遥信信号进行比较判断是否符合合格标准。
32.具体的，本发明提供的动态可反演电子负载、模拟高压开关分合闸储能特性的装置，具体包括上位机部分的控制台、开关故障波形库、下位机部分的cpu控制模块、数模转换模块、功率元件、开关量输出模块、电压流采集模块以及录波模块等。其中，控制台主要负责接收上位机导入的开关故障波形，保存到开关故障波形库，并下发波形数据到cpu控制模块，测试完成后通过iec104协议读取配电终端的录波文件，并读取由cpu控制模块获取录波模块录取的录波文件进行相似度分析，分析结果与预设的准确度进行比较判断合格与否，通过iec104协议接收配电终端的突发遥信，与预设应该上送的遥信信号进行比较判断合格
与否。
33.其中，开关故障波形库主要负责保存控制台导入或者读取高压开关分合闸储能异常波形文件；cpu控制模块主要负责接收控制台下发的波形数据，实时输出数据到数模转换模块实时读取电压电流采集模块的当前电压、电流数据，测试结束后读取录波模块的波形数据上传到控制台；数模转换模块主要负责接收cpu控制模块输出的数据，输出模拟量控制功率元件；功率元件主要负责根据数模转换模块输出的模拟量控制配电终端分合储输出接口的负载电流；开关量输出模块主要负责将cpu控制模块发过来的数字信号转换为模拟开关位置的分位、合位或者储能位信号输出到配电终端的开入检测；电压电流采集模块主要负责采集当前配电终端的分闸、合闸、储能输出接口的电压、电流，把电压电流数据传到cpu控制模块进行处理；录波模块主要负责录取当前配电终端的分闸、合闸、储能输出接口的电压、电流的波形数据，把波形数据传到cpu控制模块供测试结束后分析。
34.具体的，本实施例的开关故障波形库为pc端的一个文件夹，里面存有多个cfg与dat文件，这两个文件是一个标准的comtrade1999格式的波形文件，文件来自录波模块录取故障开关的分闸回路电压、分闸回路电流、合闸回路电压、合闸回路电流、储能回路电压、储能回路电流、一次开关的开关位置等，以50k的采样率采集回来的数据流。
35.具体的，本实施例的录波模块用于录取当前控制器分闸回路电压、分闸回路电流、合闸回路电压、合闸回路电流、储能回路电压、储能回路电流，以数据流方式传给cpu控制模块最终在控制台生成此次测试的comtrade1999格式的波形文件。
36.基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置的测试方法实施例：
37.该装置应用于上述的基于动态可反演电子负载模拟高压开关装置，该方法包括；将上位机导入的开关故障波形数据保存到开关故障波形库，当测试开始后，上位机下发波形数据到cpu控制模块。
38.上位机通过iec104协议控制配电终端输出分闸、合闸、储能命令，在配电终端输出分闸、合闸、储能电压，录波模块开始实时录波，电压电流采集模块开始采集当前配电终端输出分闸、合闸、储能接口的电压传给cpu控制模块。
39.cpu控制模块根据上位机下发的波形数据进行控制开关量输出模块。
40.cpu控制模块根据上位机下发的波形数据进行控制数模转换模块，数模转换模块输出模拟量控制功率元件，使配电终端输出分闸、合闸、储能接口进行带载。
41.cpu控制模块通过电压电流采集模块采集配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压电流，并通过数模转换模块输出模拟量控制功率元件。
42.在本实施例中，当测试过程结束后，录波模块实时录波结束，控制台通过cpu控制模块读取录波模块的录波文件，通过iec104协议读取配电终端的录波文件，通过iec104协议读取配电终端上送的开关异常遥信，并根据读取到的数据输出测试结果。
43.在本实施例中，cpu控制模块通过电压电流采集模块采集配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压电流时，将检测到的电压电流与波形数据的ui＝w对比，当两者不相等时，调节数模转换模块输出模拟量控制功率元件，使配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压电流，与波形数据的ui＝w相等的闭环控制，以达到配电终端模拟控制故障开关的目的。
44.在本实施例中，根据读取到的数据输出测试结果，包括：将录波模块的录波文件与配电终端的录波文件进行相似度分析，与预设的准确度百分比进行比较，以检测出配电终
端录波功能与性能是否满足要求；将录波模块的录波文件的电压电流数据流与开关故障波形数据的电压电流、开关量数据流进行相似度分析，与预设的准确度百分比进行比较，以检测出配电终端带载能力是否满足要求。
45.还包括判断配电终端上送的开关异常遥信与预设的开关异常遥信是否相同，以检测出配电终端分析开关故障状态是否满足要求。
46.在实际应用中，上位机导入的开关故障波形保存到开关故障波形库，测试开始，上位机下发波形数据到cpu控制模块，当测试结束后上位机通过iec104协议控制配电终端输出分闸、合闸、储能命令。
47.当配电终端输出分闸、合闸、储能电压后，录波模块开始实时录波，电压电流采集模块开始采集当前配电终端输出分闸、合闸、储能接口的电压传给cpu控制模块，cpu控制模块根据上位机下发的波形数据进行控制开关量输出模块，cpu控制模块根据上位机下发的波形数据进行控制数模转换模块，由数模转换模块输出模拟量控制功率元件，并使配电终端输出分闸、合闸、储能接口进行带载，而带载的大小根据波形数据的ui＝w的方式进行定功率的方式输出。
48.然后，cpu控制模块通过电压电流采集模块采集配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压与电流进行计算，如u*i，与波形数据的ui＝w对比，当两个w不相等时调节数模转换模块，由数模转换模块输出模拟量控制功率元件，使配电终端输出分闸、合闸、储能接口电压*电流，与波形数据的ui＝w相等的闭环控制，达到配电终端模拟控制故障开关的目的。由于波形数据的u、i是每20us变化一次，所以每20us对比的u、i就会变化一次，从而达到配电终端模拟控制故障开关的动态变化的效果。
49.当波形数据的u、i数据流都输出完后即测试过程结束时，录波模块实时录波结束，控制台通过cpu控制模块读取录波模块的录波文件，通过iec104协议读取配电终端录波文件，通过iec104协议读取配电终端上送的开关异常遥信。
50.因此，本实施例的结果判断包括：录波模块的录波文件与配电终端录波文件进行相似度分析，与预设的准确度百分比进行比较，检测出配电终端录波功能与性能满足要求。
51.录波模块的录波文件的u*i数据流与开关故障波形的i*u、开关量数据流进行相似度分析，与预设的准确度百分比进行比较，检测出配电终端带载能力是否满足要求。
52.配电终端上送的开关异常遥信与预设的开关异常遥信是否相同，检测出配电终端分析开关故障状态是否满足要求。
53.具体的，本实施例的相似度分析具体实现步骤包括：
54.步骤1，波形对齐，由于本装置启动录波与配电终端启动录波的时刻肯定不是同一时刻，所以需要对齐，该对齐方法为检测到电压数据或电流数据由一个值突然变大一倍为突变位置并记录时标，然后再找配电终端同一通道的突变位置，记录时标，表示为：本装置的时标-配电终端时标＝本装置可进行相似度分析开始的时标。
55.步骤2，相似度分析，误差＝((b-p)/b)*100，其中，b为本装置，p为配电终端，控制台有一个预设的误差值，从可进行相似度分析的时标数据开始的所有数据(分闸回路电压、分闸回路电流、合闸回路电压、合闸回路电流、储能回路电压、储能回路电流)都进行比较，全部对比完后都小于预设误差值为合格。
56.在本实施例中，检测出配电终端分析开关故障状态是否满足要求的判断条件包
括：当前测试回放开关故障异常的波形是“储能回路断线”，在控制台预设要配电终端测试完后要上送“储能回路断线”遥信，当测试完后有上送遥信信号为合格。
57.由此可见，本发明先通过录波装置把10kv高压开关的各种故障动作波形数据录取下来，波形数据包含电压、电流、开关位置信息，把波形信息导入本装置，本发明通过标准iec104协议与配电终端通信，下发分闸/合闸/储能命令到配电终端，由配电终端执行输出分闸/合闸/储能动作，本发明会根据导入的波形信息动态调节负载电流，可以达到配电终端模拟操作有各种故障10kv高压一次开关的目的，通过标准iec104协议读取配电终端录取的波形文件与本装置录取的波形文件进行相似度对比，通过标准iec104协议接收配电终端分析的遥信与预设的开关的故障类型进行对比，对比结果后判断合格与否并生成测试报告。
58.所以，本发明可广泛用于配电自动化终端的生产、研发上使用，规范终端的功能与性能，可以填补规范检测方式的空缺。对于国家规定的配电终端对10kv高压开关的分合闸、储能回路等状态监测录波功能与高压开关各种故障状态，可以得到仪器的自动检测。
59.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。