刘雪梅 党国毅 王罡
国网天津市电力公司经济技术研究院 天津市 300250
摘要：相比于传统变电站，智能变电站监控、远动测试校验发生了较大的变化，传统测试校验设备无法应用于智能变电站。传统变电站调试中，遥测信息核对主要依靠继电保护测试仪、交直流标准源等测试设备实现，遥信点表核对主要依靠保护测试仪、短接开关量等手段实现，测试接线复杂，工作量大，效率低。因此，本文主要分析和研究了只能变电站远东综合测试仪试制技术的原理以及应用。
关键词：智能变电站；远动综合测试仪；试制技术；原理；应用
1 技术原理
1.1 高精度光数字源生成及标定技术
采用优异的频率补偿算法实现信号在40.0~60.0Hz范围内的高精度信号输出与标定，可作为标准数字源和测试标准，SV输出信号有效值精度优于0.01%，相位精度优于0.001o；SV信号测试标定有效值精度优于0.05%，相位精度优于0.01o。具体原理为采用自适应算法进行频率补偿，达到提高采样值计算精度目的。自适应频率算法工作流程如下图所示：
设两向量的时间间隔为T ,则有 h= 2π Δ fT。因h很小 ( < 10°) ,故tan(h /2) ≈ h /2,完全满足工程应用的精度要求。则新的待测系统频率为: f = f 0 +Δ f = f0 + h /2π T。然后即可据此改变采样频率，跟踪系统的实际频率。
1.2 SCD文件图形化解析与展示技术
本技术提供一种智能变电站SCD配置文件图形化展示方法，采用网络拓扑图展现全站IED之间的数据流关系，用户可方便地查看目标IED和相关联IED之间信息交互的具体内容，提高调试和维护的效率。为实现上述目的，本技术采用的技术方案为:智能变电站SCD配置文件图形化展示方法，包括如下步骤:(1)、从智能变电站服务器中获取S⑶配置文件；(2)、扫描所获取的S⑶配置文件，提取IED列表信息；(3)、从IED列表信息中解析每一个IED输入信息和输出信息；(4)、从所述的IED输入信息和输出信息 中解析IED之间的连接关系，分层次图形化展示。
进一步的，所述解析IED之间的图形化连接关系的步骤包括:(1)、从IED列表中选定某一个IED，图形化展示该IED输入连接关系；(2)、根据所述IED列表中某一个选定IED的输出信息，从其余的IED的输入信息源端IED中查找是否有选定IED的信息；若有选定IED的信息，则显示该选定IED的输出连接关系；(3)、从选定的IED的输入信息和输出连接关系中过滤掉重复出现的IED，从而形成完备的连接关系。
更进一步的，所述的分层次图形化展示包括三层结构：第一层为所有获取的IED列表信息；第二层为以某一选定IED为中心，展示该选定IED和与之具有连接关系的IED的网络拓扑视图；第三层为被选定IED 与对端IED的虚端子连接图。本发明从变电站后台获取的S⑶配置文件，将S⑶配置文件中信息图形化的展示，使用户能迅速直观的获取所需要的信息，避免了传统人工手动查找所带来的出错风险，极大的提高了调试和维护效率。
1.3 遥测遥信信号测试点表离线编辑与测试配置技术
本技术拟基于SCD文件，采用离线编辑的方式，按测控装置逐一筛选核对编辑、删减需要校核的遥测、遥信点表，并形成最终现场测试遥测、遥信校验测试列表，基于SD卡导入本项目试制的专用手持式远动校验测试仪，按间隔逐一完成监控、远动系统遥测、遥信量的校验测试。
1.4 大规模FPGA及低功耗整机设计技术
FPGA功耗一般由两部分组成：静态功耗和动态功耗。静态功耗主要是晶体管的漏电流引起，由源极到漏极的漏电流以及栅极到衬底的漏电流组成；动态功耗主要由电容充放电引起，其主要的影响参数是电压、节点电容和工作频率。
静态功耗主要是由漏电流引起。漏电流是芯片上电时，无论处于工作状态还是处于静止状态，都一直存在的电流，来源于晶体管的三个极。它分为两部分，一部分来自源极到漏极的泄漏电流ISD，另一部分来自栅极到衬底的泄漏电流IG。漏电流与晶体管的沟道长度和栅氧化物的厚度成反比。
动态功耗主要由电容充放电引起，它与3个参数有关：节点电容、工作频率和内核电压，它们与功耗成正比例关系。节点电容越大，工作频率越高，内核电压越大，其动态功耗也就越高。而在FPGA中动态功耗主要体现为存储器、内部逻辑、时钟、I/O消耗的功耗。在一般的设计中，动态功耗占据了整个系统功耗的90%以上，所以降低动态功耗是降低整个系统功耗的关键因素。
智能变电站远动综合测试仪在FPGA低功耗设计上采用IGLOO系列芯片实现低功耗的FLASH开关、更低的内核电压、低功耗的Flash*Freeze模式，同时采用低功耗布局布线工具，以最低功耗的方式来布局并走线，经过功耗驱动的布局布线以后，时钟走线变得更有规则，连线也尽量短，从而大大降低了功耗，通过该方式最多可以节省30%的功耗。
2 技术应用方案
传统变电站遥测测试设备基于高精度交直流标准源试验，测试精度0.05%，智能变电站采用SV采样值报文输出测试保护、测控电压、电流精度及相应的功能。纯工频信号来说，保证数字信号源及标定精度在0.05%易于实现，在信号偏离工频时，不采用特殊的频率校正措施难以实现，本项目采用优异的频率补偿算法实现信号在40.0~60.0Hz范围内的高精度信号输出与标定，可作为标准数字源和测试标准，SV输出信号有效值精度优于0.01%，相位精度优于0.001o；SV信号测试标定有效值精度优于0.05%，相位精度优于0.01o。
2.1 开发新远动遥测软件模块；
2.2 开发新远动遥信软件模块；
2.3 遥测、遥信测试点表离线编辑与测试配置技术
智能变电站遥测电气量包含电压、电流、功率、温度、档位等信息，通过不同的测控装置传输至监控系统，在过程层中电压、电流等信息通过SV报文传输，温度、档位等非电气量一般通过GOOSE报文传输；遥信信息如保护动作、位置信息、告警信息等通过GOOSE传输，遥测、遥信信息点表复杂繁多，实际现场测试中逐一配置测试，工作量非常大，往往需要一周以上的时间才能完成，部分信息还无法模拟及测试，效率低下。本项目拟基于SCD文件，在研究内容(3)的基础上，采用离线编辑的方式，按测控装置逐一筛选核对编辑、删减需要校核的遥测、遥信点表，并形成最终现场测试遥测、遥信校验测试列表，基于SD卡导入本项目试制的专用手持式远动校验测试仪，按间隔逐一完成监控、远动系统遥测、遥信量的校验测试。
试制智能变电站远动综合测试仪，并应用于智能变电站实际测试。
本项目基于高性能嵌入式CPU系统和大规模FPGA搭建项目硬件平台，系统架构如下图所示，对外提供三组光以太网接口，2对LC接口，1路ST接口，适应不同时期智能变电站实际接口工况，1对光串口实现设备对时，也可输入输出FT3格式SV采样值信号。SD卡接口用于导入SCD文件，以及导入离线编辑的遥信、遥测信息测试列表和测试配置，导出测试结果和数据。
项目系统结构示意图
本项目校验测试设备采用手持式结构设计，锂电池供电，方便现场跨间隔校验测试，样机设计有电池充电接口。
结语
本项目开展面向智能变电站的智能变电站远动综合测试仪试制和应用研究，便于快捷、完整的校验智能变电站监控、远动遥测、遥信信号点表正确性，并进行实际测试，为正确实现监控、远动系统的调控功能打下坚实的基础，具有广阔的市场和应用前景。
参考文献
[1]王田. 智能变电站优化配置方案与调试技术研究[D].华北电力大学,2014.
[2]陈锦昌. 基于数字化变电站的安自装置测试手段的研究[D].华南理工大学,2014.
[3]王慧楠. 220kV综自变电站二次系统调试流程设计[D].华北电力大学,2012.
论文作者:刘雪梅,党国毅,王罡
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/24
标签：变电站论文; 测试论文; 功耗论文; 信息论文; 智能论文; 精度论文; 测试仪论文; 《电力设备》2016年第11期论文;