数字化变电站校验仪项目可行性研究报告.doc

数字化变电站校验仪项目1 项目实施的背景和意义 911.1 项目对深圳市经济、社会和科技发展等有效需求。 变电站自动技术经过十几年的发展已经达到了 一定的水平，大大提高了电网建设的自动化水平，增强了调度自动化水平以及减低了造价，但是技术的发展是永无止 境的， 国内的 光电互感器，智 能开关、以及数 字继电保护、数字 电能表已日趋成熟。数字化变电站的成为主流只是时间问题，目前数字化变电站的研究已经如火如荼，其检测和校验工具的研究是保证这些自动化保护符合技术标准的重要手段，只有开发出有效的功能齐全的检验工具，才能够进一步能够推进自动化设备生产厂家不断完善自己的产品。 “数字化变电站设备校验装置”主要应用于检验数字变电站的二次设备以及一次的光电互感器的性能参数、精度、以及功能是否满足要求 。是保证数字变电站的二次设备以及一次的光电互感器的安全可靠性，功能齐全的重要技术手段，最终必将提高电网安全运行，保证用电的可靠性，具有重要的社会意义。 目 前数字化的继 电保护、数字电 能表、交流采样装 置、光电互感器 一般采用厂家自己的测试工具、或者非权威的测试手段，厂家自己的测试工具一般功能简单、性能较低、无法实现更高一级的量值传递，从技术上来讲 ，需要有第三方的厂家联合 电力工业研究院 共同开发权威的 校验工具，建立 起规范的检验标准 。 建议权威的经过认证的校验工具和技术检验规范有利于: n 协调各种厂家之间的技术认定，由于数字变电 站自动化装置是由很多厂家共同提供产品，假如没有一个统一的校验工具，则 无法联通时，难以界定哪方厂家的技术有问题。 n 促进各自动化设备厂家完善自身产品，有了功能丰富的和权威的校验方法后， 自动化厂家容易找到自身产品缺陷，不断完善功能，提高产品质量和可靠性 n 提高现场验收效率，有了此校验工具，可以大大提高现场验收的效率， 节约人工成本 n 培养数字化变电站方面人才，本校验工具本身对于 I EC-61850-9-1 的协议 第 1 页 n 有标准的输出和测试功能，便于学习协议，同 时对于电力工业研究所、高等院校可以把校验仪作为培养数字电能表、数字继 电保护、光电互感器校验仪人才的重要试验平台。 降低验收和检验人员的专业要求 假如没有本套测试工具，验收人员必须具备非 常强的专业知识，一般要经过专家讨论验收方法，过程也相当复杂，对现 场验收的要求很高，提高了人力成本。同时开发数字化变电站校验,也具有重要的经济意义未年几年按照一年一个供电局 4 台采购量，参考销售价格 20 万一台。全国市县大概每年有 8 亿左右的市场容量。我司就算按市场占有率 5%计算，一年销售额 4 千万，实现利税800 万左右。具有一定的经济意义 1.2 项目的先进性、重要性、必要性、可行性。 1.2.1 先进性 国际电工委员会TC57工作组动员了数百位专家历经十年提出了“一个世界、一种技术、 一个标准”,过程全数 字化。今后全世界的变电站自动化 设备的厂家协议将统一为 IEC61850 的协议框架。 毫无疑问再经过几年几十年，数字化变电站必将成为主流，目前基于 IEC61850 协议的数字化变电站校验仪装置国内外鲜有厂家投入力量研究。我司提出了全套的校验方法，并作了大量的调研工作 ，部分功能已经可以到现场使用了。整个项目的平台具有相当的先进性。 n 产品先进性 基于 IEC61850 的硬件测试工具，目前国内外还没有成套的产品， 我司率先投入研发此类产品，时机合适。 n 硬件平台先进性 使用 ADI 公司高性能的 blackfin DSP 平台，BF531 具有两个 400MPIS 的双 DSP 功能、同时可以作为 32bit MPU 使用，配套 1ppm 的电阻分压网络、 0. 005%准确度的零磁通互感器、使用 OP1632D 差分输入输出的运放作为信第 2 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司n n 号调理和 100KSPS 24Bit 的高性能 ADS1278 AD，配置两个光纤以太网口 和两个 RJ45 的电以太网口。 软件平台先进性 使用 Labview 作为工控机软件平台 Labview 具有非常丰富友好的界面和强大的数学工具。使用 LabView 后会让我们的开发的产品更美观功能更强大，可以 直接利用软件库，降低开发的工作量，同时利用现成的库，提高软件的运行可靠性 使用 VDK RTOS 作为嵌入式 DSP 开发的操作系统，VDK RTOS 实时多任务操作系统是嵌入式 DSP 的操作系统，VDK 为 ADI 公司嵌入式的高性能 RTOS平台，任务调度实时性优于 0.1mS，保证系统平台的实时性的要求。 技术先进性 a）校验 过程全自动， 设置完毕后， 点击启动命令 ，自动完成各 种检验点和校验功能的检定并自动生成报表 b）检定先进 使用模拟源的动态数据作为检验数字来源，能够反映出数字二次设备的现场使用情况。c) 溯源先进性 建立了 0.05%级的数字溯源技术，自主开发使用高精度的 AD 转换，通过 AD 转换，和已有的 0.01 级的模拟基准实 现量传。 d） 功能配置先进性 测试功能可以选择相关的国标和行业标准，也可以根据用户的自己的需求编辑测试点和测试要求。 1.2.2 重要性 基于IEC61850协议的数字化变电站将成为未来变电站最重要的技术之一。目前尽管国内外的电力设备厂家已经大力投入到数字化变电站的研究开发中去，但是还没有一个有效的测试工具，这必将阻碍数字化变电站设备产业的发展，同时也限制了数字化变电站的推广使用，目前数字化变电站的验收耗时耗力同时也无法做出权威的验收结论。 第 3 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司数字化变电站还发展还需要相关的测试规范，工程规范，按照规范 ，检验规范必须要跟着发展，而这些技术的发展制定，都离不开校验仪 ，所以数字化变电站校验仪对于推进数字化变电站建设，推进数字化变电站的技术发展具有非常重要的意义. 1.2.3 必要性 IEC61850协议的制定为电力系统自动化厂家带来了广阔市场空间和无限发展潜力，谁抓得早、抓得准、抓得住，谁就赢得发展先机，赢得主动，最终赢得市场。目前在数字化变电站校验技术滞后于数字化变电站的建设，目前国内电力工业研究院均面临着现场如何验收的问题，广东电力工业研究所主动找到我司合作数字电能表校验部分，其他光电互感器校验、数字交流采样校验 、数字继电保护校验也将逐降和我司合作开展，所以目前基于 IEC61850 的数字化变电站校验仪的开发非常迫切，非常有必要。 1.2.4 可行性 n 市场可行性项目主要应用于供电局、电厂、电力局、研究所、高校等供电局领域。在今后的 10 年内每个市县供电局均应该配置全套的数字测试仪多套。按照全国 2000个市县计算，平均一年配置一套，则年需求 2000410 万= 8 亿 ，电力研究所领域、 高校也需要这样的产品，因此我们认为市场上是可行的。 n 技术可行性 目前己解决了相关核心技术，并且己研制了部分核心产品，其中数字电能表的校验已经可以实现校验功能了，因此我们认为技术上是可行的。 n 政策可行性 作为 电网公司 “十一五 ”科技 发展规 划中列出 的提高 电网自动 化水平的五 大第 4 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司重点技术课题之一，数字 化变电站必然在“十一五”中后期在 各电压等级变电站中推广应用，现在数字化变电站已经成为了各 级电网、电力公司关注的焦点，因此我们认政策上是可行的。风险很小。 1.3 项目在行业发展中的地位和作用； 数 字化变 电站校 验仪对 于保证 数字化 变电站 的设备 符合 功能和 性能的要 求有重要意义，由于数字化校验是一个新技术，国内外做此研究的不多 ，我司未来研发成功将是本行业在数字化变电站校验上的一个里程碑。本系列校验装置的研发成功，将对数字化变电站的发展将产生深远的影响，主要表现在以下几方面： n 解决了目前变电站自动化设备的产品的验收和型式试验的难题。 n 建立了数字计量的量传方法，实现了数字电能、数字交流采样的溯源 软件具备自动检定和生成报表功能，大大减低了检验人员的工作量 n 提高检验结果的可信度为 统一各个厂家的技术接口提供技术手段，实现电力设备的无缝链接. 综上所述，本平台的成功研发，将是数字化变电站发展道路中的一个里程碑。1.4 项目预期实现的经济和社会效益。 1.4.1 社会经济意义 电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，是国民经济的第一基础产业，是关系国计民生的基础产业，国家出台了一系列内需投资政策 ，其中 4 万亿投资计划中，未来 23 年电网投资将达到 1.2 万亿的规模，作为国民经济的基础产业，电力工业行业能有效的拉动国民经济的增长。而且市场空间是巨大的 。 数字化变电站将成为电力投资的重头戏之一，数字化变电站设备校验装置也将成为其中的重要一环，把数字数字化变电站设备校验装置做好了，是保证数字变电站的二次设备以及一次的光电互感器、性能参数、精度 、以及功能达标的重要手段。对提高电网安 全运行，保证用 电的可靠性，具 有重要的意义。 同时数字化变电 站的发展也必然拉动内需。促进经济的发展第 5 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司1.4.2 预计经济效益 项目主要应用于供电领域。供电局、电厂、电力局、研究所、高校等供这是最大的潜在用户。在今后的 3-5 年内每个市县供电局均应该配置全套的变电站数字化测试仪多套。按照全国 2000 个市县计算，平均一年配置一套，则年需求: 2000410 万= 8 亿 （最终价） 电力研究所领域：31 省每个省必须在近 1-2 年配置不少于 1 套的数字化变电站校验仪，大概近两年需求:31 4 20 万= 2480 万 (现在市场价为 30 万) 高校的需求也有一定的数量。 综上所述，本项目产品未来 3-5 年的市场需求约为 30 亿元左右，市场前景广阔。具有良好的经济效益1.4.3 预计社会效益 n 降低人工检定的成本数字变电站测试 仪能够自动测试、自动生成报表. 可以大大降低人工的降低成本，同时扩大检定点，防止个别死区测试出现。 一般来讲 ，一台电能表要 是把全部的检 定点和影响量全 人工检定需要一 周时间，而使 用本测试设备只需要 15 分钟的设置时间，大约 4-6 个小时的自动检定时间就可以了，大大节约人工成本。今后数字化变电站全面推广后，全国将有超过 1 万人在做自动化设备的安装、检定、校验、测试等。大大节约人工成本 n 有助于推动数字化变电站的发展 数 字化变 电站的 发展 除了一 次和二次 设备 厂家的 努力外 也离 不开检验 设备厂家的作用，假如没有校验厂家的产品的完 善，数字化变电站要大规模推广也无从谈起。 第 6 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司2 数字化变电站校验仪技术发展趋势及国内外发展现状 2.1 数字化变电站校验仪相关技术的发展趋势； 随着光电互感器技术的逐渐成熟，基于 IEC61850 的数字化变电站建设步伐必将加快，从事数字化变电站校验的设备生产厂家未来也会相应增加,同时电力科学研究院、各个省的电力工业研究所一定会投入大量的人力物力，制定相关的配套标准，为数字化设备厂家提供验收、测试标准规范，也会推动测试仪厂家不断完善自己产品。未来也会有更多的测试仪厂家加入这个领域。 2.2 国外发展现状 国外目前主要是对IEC61850协议本身来测试的研究比较多，目前瑞士实验室被授予全球 IEC 61850 标准的测试认证机构，从事 IEC61850 协议测试的厂家不少比如 STRI 公司，OMI CRON 公司，ABB 公司等，国外第一个对基于 IEC61850变电站进行测试的 InControl Tech 公司，这种测试一般是用来做型式试验的，实验室就是一个模拟的变电站，测试非常复杂，不利于作为现场的验收工具 ，也不利于对从事单一设备的厂家的测试，因为国内很多厂家并不能把整个数字化变电站做了下来，只能做其中的一个设备，比如光电互感器或者继电保护装置 ，这要求有适合于中小企业的测试和验收工具，目前国外暂无相关产品。 2.3 国内发展现状 华中理工大学开发光电互感器校验仪已在在武汉高压研究所使用 ，这套装置成本高，体积大。在现场使用非常麻烦。 装置由安捷伦的 3458A 万用表，工控机组成 ，软件使用 Labview，基本没有属于自己的核心部件，技术含量低，应用不灵活。 第 7 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司北京浩霆科技也研发出 HTETC-I 型 新型多功能互感器校验仪，具有自主知识产权，但是测量精度低，软件粗糙。需要额外的一台电脑. 南京新宁光电研发 XT765 数字电能表校验仪，他们的使用捏合的数字源，无法做量传不能作为校验工具，数字交流采样校验仪暂时无相关产品，数字继电保护测试仪北京博电有相关报道，但未见产品. 2.4 我司目前状况 我司从 2008 年 8 月开始对市场调研、项目可行性论证、对关键技术如高精度 8个通道的严格同步的交流采样技术( 0.02%)，光纤以太网的刷新速度(10uS)，电能和功率以及有效值的等时间间隔的算法验证、以及基于 LabView8.0 软件实现自动化校验装置的管理通信显示功能的技术可行性验证。 到目前硬件平台的初版，以及针对数字电能表的部分校验功能，已取得阶段性成果。尚需完成数字电能表的全面功能，数字光电互感器的校验功能 、数字继电保护的校验功能. 2.5 深圳市相关行业技术与国内外先进水平的差距； 深圳第一座数字化变电站110 千伏五村数字化变电站于 2008 年中旬竣工。这一变电站将数字化电网的概念首次应用于变电系统，是目前国内数字化改造最彻底、数字化程度最高的变电站，高压室内不见技术人员踪影 ，只有一台台小巧的智能化开关柜正在高速运转。“以前的传统开关柜设备，好比体积臃肿的大哥大（砖头机），如今的设备就像新式手机，不仅体积变小，而且功能更多”。但是目前数字化变电站的主要厂家是国电南瑞、许继、南京 新宁、广州伟钰等。深圳目前主要是深 南瑞从事这方面 的研究， 在数 字化变电站校验 仪的方面我司是国内研 究比较早的厂家之一，也是国内起点最高的一个厂家了，目前有国内有从事数字化变电站校验研发的，一般只是考虑测试功能，没有考虑到量值传递 ，而测试仪器最重要的功能之一就是能实现溯源，无法量传的产品没有意义。 第 8 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司2.6 相关技术在知识产权、市场需求方面的情况。 数字化变电站的验收、检验还需要新的配套标准，目前国内外在这方面尚属空白。IEC61850 协议国内引用过来时更名为 DL/T 860 协议，但是这只是标准技术协议 ，要是实施数字 化变电站还需要 一些配套的标准 ， 我司将联合广 东电力工业研究所争取在未来 2-3 年制定出广东省内的数字电能表验收规范。数字化变电站设备校验装置中的光电互感器校验、数字交流采样校验仪、数字继电保护检验仪等产品我司拥有独立的自主知识产权。3 项目主要研究内容 3.1 项目涉及的技术领域，拟解决的关键技术问题； 本项目涉及到一个数字电测仪表的校验领域，属于一个全新的领域，但是很多技术原理和校验方法可以参照模拟电测仪表的方法，属于应该属于新型的测量和计量仪器。拟解决的技术问题如下 n 高精度的模拟量采集 我们产品的整体精度为 0.05% ,这要求我们的交流 AD 采集模块精度要到达 0.02%级，目前国内只有深圳科陆、思达等厂家能够做到 0.02%的交流采样，我司能够做到 0. 05%级没有问题，我们通过如下方法解决这个问题，使用 1ppm 的电子分压器，0.005%的零磁通互感器、以及 OPA1632 带差分输入输出的高性能运算放大器作为信号调理和高达 100KSPS 24Bit 的 8 路高精度的 AD 采集芯片 ADS1278 ，采用准同步算法，来到达这个指标 n 光纤以太网远程快速 DMA 传输光纤以太网的远程 DMA 传输速度要等到 10u S 才比较理想，以最高一个周波要送 200 点，假如远程 DMA 不做优化 则大大浪费 CPU 的资源，因为采样算法，光纤输出是有一颗 CPU 通过 RTOS 来调度的，而一个 IEC61850的标准帧里面共有 111Byte 数字，这就要求 CPU 100uS 之内必须要把 111Byte的协议帧通过远程 DMA 传送到以太网芯片上， 这会大大提高 CPU 的负荷第 9 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司n 能力，在本项目中由于 111Byte 中需要变化就是 6 个通道的模拟量 12Byte，以及采样计数 2 个字节共 14Byte，在本项目在初始化时候就把 111Byte 协议中不变的数字先传送到远程 DMA，而后只是更 改 14Byte 的变化数据后，使能芯片内部当地 DMA 自动发送协议帧，这样 CPU 有原来要传送 111Byte变为 14Byte 大大地减低 了 CPU 的负荷。 IEC61850-9-2 协议的掌握。 I EC61850 是 一 套 非 常 复 杂 的 协 议 ， 目 前 我 们 已 经 能 够 实 现IEC61850-9-1 协议，并和多个厂家联调过，但对于 IEC61850-9-2 协议目前尚未深入研究，IEC61850-9-2 更复杂。 3.2 拟采用的技术原理、技术方法、技术路线以工艺流程； 3.2.1 技术原理及关键技术内容 3.2.1.1 数字电能表检验系统构成 1) 虚负荷检定原理 第 10 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司以太网信号 RS232 O Ete串华北工控机 口t r640*480显示 键盘 液 晶netDSP板串口/USB 接口 电能脉冲信号(M1) 来自合并单元 （实负荷检定） （ （BF531） i)Etere 3U3I tPoutM2脉冲输出， 用于校验自身精度 送给 COM3000 做量传 RS232 XL803 标准功率源 原理介绍 图 3-1 数字电能表校验仪虚负荷检定原理图 工控机(PC)控制 XL803 标准功率源输出 3U3I 的模拟量，数字电能表校验仪把模拟量通过 AD 转成符合 IEC 61850-9-1 的数字量 D0,n-1，并直接通过以太网转给被检的数字电能表，被检的数字电 能表和和数字电能表校验仪同时根据 D 0,n- 1 计算电能并产生脉冲输出，对比 M1 和 M2 脉冲计算被检电能表的电能误差. 第 11 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司2、实负荷检定原理 RS232 O Ete串华北工控机 口t r640*480显示 键盘 液 晶以太网信号 netDSP板串口/USB 接口 以太网信号 （ （BF531） i)Et AD 转换 rne 3U3I tPoutM2送给 COM3000 做量传 脉冲输出， 用于校验自身精度 M2 电能脉冲信号(M1) 原理介绍 图 3-2 数字电能表实负荷检定原理图 在现场光 电互感器的合并单元( 必需具 备两个光纤接口)，根据 现场的实际测量值通过 IEC61850-9-1 协议同时发给数字电能表和数字电能表校验仪。数字电能表根据其算法计算产生电能脉冲 M1，数字电能表校验仪也根据协议和算法产生脉冲 M2，对比 M2 和 M1 计算实际的电能误差 。 3、虚拟检定原理 第 12 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司以太网信号 RS232 O Ete串华北工控机 口t r640*480显示 键盘 液 晶以太网信号 netDSP板串口/USB 接口 以太网信号 （ （BF531） i)Etere 3U3I tPoutM2M2 脉冲输出， 用于校验自身精度 送给 COM3000 做量传 电能脉冲信号(M1) 图 3-3 数字电能表虚拟检定原理图 原理介绍 不需要XL803标准源 也不需要实负荷， 通过数字模拟光 盘事先产生的IEC61850-9-1 协议的数字信号，把这个数字信号通过以太网送给网络电能表，网络电能表计算产生电能脉 冲 M1，网络 电能表校验仪根据这个数 字信号计算电能产生脉冲 M2，对比 M2 和 M1 计算实际 的电能误差。 第 13 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司3.2.1.2 数字交流采样检验系统构成 串口华北工控机 640*480显示 键盘 液 晶以太网信号 RS232 O EteretDSP板串口/USB 接口 来自合并单元 （实负荷检定） （ （BF531） i)Et AD 转换 rne 3U3I tPoutM2RS232 XL803 标准功率源 图 3-4 数字交流采样电能表校验仪原理图 原理介绍 工控机( PC)控制 XL803 标准功率源输出 3U3I 的模拟量，数字交流采样校验仪把模拟量通过 AD 转成符 合 IEC 61850-9- 1 的数字量 D0,n-1，并直接 通过以太网转 给被检的网络交 流采样校验仪， 被检的数字交 流采样和数字交流采样校验仪同时根据 D0,n-1计算 U、I、P、Q、COS，同时工控机通过交流采样终端协议，读取交流采样终端的 U、I、P、Q、COS。 并和同数字交流采样校验仪算出来的 U、I、P、Q、COS。做比对得出误差值，最后形成报表 第 14 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司3.2.1.3 数字继电保护检验系统构成 以太网信号 RS232 O Ete串华北工控机 口t r640*480显示 键盘 液 晶netDSP板串口/USB 接口 Etrnet（ （BF531） )IOAD 转换 、 3U3I PoutM2图 3-5 数字继电保护测试仪原理图 原理介绍 继电保护 测试仪通过 以太网发 出数字 模拟的电 压电流信 号给数字继 电保护，测试仪通过 I O 口读取继电保护的跳闸信号，也可以通过以太网 GOOSE信息读取跳闸信号，进而判断继电保护的动作是否正确。 3.2.1.4 光电互感器检验系统构成 1).电压校验原理图 第 15 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司RS232 O Ete串华北工控机 口r640*480显示 键盘 液 晶netDSP板串口/USB 接口 （ （BF531） )Etern3U3I OtPoutM2模拟电压 原理介绍 图 3-6 光电互感器电压校验仪原理图 被检验光电 PT，接受校验仪送过来的同步信号，并在同步信号的控制下，把光电转换后的数字量通过以太网传给校验仪，校验同时通过 AD 采集 标准电压互感器的模拟信号，并转换为数字量和被检 PT 通过以太网传递过来的数字信号使用 FFT 计算出比差和角差第 16 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司2).电流校验原理图 RS232 O Ete串华北工控机 口t r640*480显示 键盘 液 晶netDSP板串口/USB 接口 （ （BF531） )Eterne 3U3I OtPoutM2模拟电压 原理介绍 图 3-7 光电互感器电流压校验仪原理图 电 流校验和电压 校验的原理是一 样的，唯一不同 的是标准信号取 电流标准互感器的信号而已。 3.2.1.5 软硬件 硬件： 使用一个统一的硬件平台。 软件： 1、数字电能表校验管理软件； 2、数字交流采样校验管理软件； 第 17 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司3、数字继电保护测试软件软件； 4、光电互感器校验软件软件； 5、其他软件； 3.2.2 技术路线1 ）为 提高产品 的测量长期稳定 性，要使用稳定 性更好的材料以 及优良的制造工 艺 ， 为此 ， 电压 分 压器 采 用 1ppm 的 金 属氧 化 膜电 阻 分 压， 同 时使 用 PGA205 放大器跟随，以减小分布电容造成的相移，电流使用零磁通互感器，相关的电容均使用温度性能更好的 CBB 电容，布线各个高压回路相互隔离并保证有足够的距离，降低串扰 ，PCB 对于输入信号采用差分并行走线，减小共模干扰，以及通道串扰。 参考电压是 2pp m 的参考电压，测量 AD 使用24Bit 100LK SPS 8 个通道 AD,同时使用换档来降低噪音 2 ) 为了提高设备在现场使用的可靠性采用如下措施 n 对采集前端和电源前端采取多重抗干扰措施 采用功率电阻、压敏电阻、TVS 以及电子保护器确保传导性干扰信号(脉冲群和 浪涌)不 会通过电 源或者采集 前端侵入敏 感脆弱器件 ，保护 CPU、AD、MEM、OP 等敏感器件n CPU 采用总线在运行中不出总线，使用内部的 RAM CPU 采用总线不出芯片方案，提高 CPU 自身抗干扰能力，由于总线在芯片内具有很强的抗干扰能力 n 多重 WatchDog 技术 n IO 保护 对于容易损坏的 IO 口全部用高集成化的贴片 TVS 统一保护， 3) 为提高设备无故障工作时间，要研究元件老化的规律，对设备的密封方式，温度与湿度交互作用方式进行试验研究，并进行如下的高可靠性设计： n 元器件选择 对于 IC、插座等器件尽可能使用工业芯片，插座使用菲尼克斯插座。尽量使用焊接技术(因为我们电流小、振动小焊接反而比压接可靠)。n 软件 DEBUG 技术用于故障诊断，远程下载用于程序更新。 n 防尘防潮 第 18 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司n n PCB 最后均要防尘防潮处理 冗余设计 无论对于 PCB 布线还是间距，以及热设计，耐压设计，要留于充分的余量，对于一些关键地方使用双重硬件作为冗余 数据可靠性 块数据存储全部使用 CRC16 校验。采用大容量的 NVRAM，对于经常需要更新的数据如电能脉冲用于 NVRAM 备份记录，累计一段时间暂存到Flash。对于 Flash 数据的写入进行校验，并记录擦写时间，为 Flash 的健康状态做初步检测。文件数据可靠性使用基于 YAFFS 日记式文件系统原理，同时用 NVRAM 备 份 FAT 区。 4) 算法验证 大部分的算法我们通过 Matlab 来验证后，再在 blackf in 平台上运行，可以节约反复调试的时间 5) 测试验证 利用广东电力工业局研究院的设备，和技术支持用户技术的最终验证，以及通过他们的验收 3.2.3 主要创新点 2pw =Tx(t )M MAjmw t mx(t ) = C e e2MAmX (w) = 2p d (w - mw )e11) 使用 可编程时钟芯片和高性能的同步采样 AD 实现准同步算法 设信号 的周期为 T0，最高谐波次数为 M，则基波的角频率为 0展成复数项级数： =m= -M 2，把推导得到：使用 p( t)采样后 ，即周期信号的频谱为函数。 第 19 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司N-1x(nTS)w(nTS- t0)e- jw nTS1TMAm2W(w - mw1- nws)ej (fm+jm)n=0w w1W (Dw)=Sn= - m= -M当，窗函数与 W（0）有偏差，同时由于选定频率处不是窗函数旁w = w瓣的过零点，产生频谱邻近干扰。减小频谱泄漏的方法是采用旁瓣弱的窗函数。 由于窗函数有过零点，在过零点处不会由于频谱泄漏产生干扰，在原信号频率格点处计算得到的幅值与相位才能与原信号的频谱对应，这种情况称为栅栏效应直接影响测量精度。 所以要提高测量准确度则必须是 1 也就是 由于我们测量的是 50Hz 左右的工频信号 T0=50Hz，但是这个 T0 会在 45 55Hz范围内波动，所以要满足 T0 = nTs,就必须是 Ts 在 T0/n 的 90% 110% 之内变化， 要实现这个变化我们使用可编程时钟芯片 CY22393 其中 Fpll 可以在通过一个 8 bit 分频器再分频 。 我们通过这芯片可以实现 2(7+9+1+8)的精确时间控制， 配合 DSP 算法，可以实现高精度的采样。 第 20 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司2） 数字 量溯源 功能 模拟世界 AD 采集卡 标准电能表 24Bit 或以上 ulMeterData IO 采集卡 IEC61850-9-1(16Bit)uiMeterData 脉冲输出时标 M2_Ti mer 被检网络电能表(Meter) M1 M2 数字信号目前没有更高一级的基准，而模拟信号确有高到 0.003%的基准，要实现数字信号的量传就必须要设法把它和模拟的基准联系起来，这就需要高精度的模数转换，本项目利用 6 个同步 24Bit 的高精度 AD，以及使用零磁通电流互感器和 1ppm 的电阻分压器，实现了对模拟世界的精确数字化，后通过数字电能表计算电能表脉冲再和模拟的标准电能表做比对实现量传功能。 3） 以太 网的 快速传 送远程 DMA 在 IEC61850 协 议中， 每个 周波的波 形采 样点可 以高到 200点，而 一个I EC61850 的标准帧里面共有 111Byte 数字，这就要求 CPU 100uS 之内必须要把111Byte 的协议帧通过远程 DMA 传送到以太网芯片上，会大大提高 CPU 的负荷能力，在本项目中由于 111Byte 中需要变化就是 6 个通道的模拟量 12Byte，以及采样计数 2 个字节共 14Byte，所以本项目在初始化时候就 111Byte 协议中不变的数据通过远程 DMA 传送给网卡芯片，而后只是更改 14Byte 的变化数据，再使能芯片内部当地 DMA 自动发送协议帧，这样 CPU 由原来要传送 111Byte变为 14Byte 大大地减低了 CPU 的负荷。 第 21 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司4） 统一的硬件平台 尽管数字化校验设备不一样的，我们通过了软件配置，可以实现一个硬件平台兼容 4 个产品，这个大大减低了设计难度和工作量，同时又利于降低生产成本，提高装置的可靠性。以及减少维护成本 5）灵活的检定方案 运行管理软件设有检定方案编辑器，用户为用户提供任何可能的检定点和检定要求。 3.3 项目相关技术参照行业标准： GB191 1990 包装储运指示标志 GB47931984 电子测量仪器安全要求 GB65921986 电子测量仪器误差的一般规定 GB65931986 电子测量仪器检验规定GB6587.11986 电子测量仪器环境试验总纲 GB6587.21986 电子测量仪器温度试验 GB6587.31986 电子测量仪器湿度试验 GB6587.41986 电子测量仪器振动试验 GB6587.51986 电子测量仪器冲击试验 GB6587.61986 电子测量仪器运输试验 I EC61850-9-1 变电站通信网络和系统 DL/T 624 -1997 继电保护微机型试验装置技术条件 DL/T 860.91 2006 变电站通信网络和系统 第 22 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司4 项目预期目标 4.1 项目在技术进步、工艺创新方面可实现的预期成果 本项目在国内外均属于开拓性、先进性的项目、暂时国内外均无相关的成套产品和总体解决方案，本项目为数字量的量值传递提出新方法，建立新标准，有望获取深圳市的科技进步奖，其预期实现如下功能 4.1.1 数字电能表校验 n n n n n n n n n n n 量传功能参数设定 电能误差检定 附加误差检定 有效值检定功率检定 其他检定 谐波检定 标准偏差值测试(S 值) 打印数据表格和报表 实负荷检定4.1.2 n 静态测试 数字继电保护校验 n n n n n n n n n n 故障转换测试 重合闸测试 毫秒计时 谐波测试 差动测试 同期测试 系统振荡测试 精工电流测试 低周减载测试 反时限测试 第 23 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司4.1.3 数字交流采样校验 n n n n n n n 基本参数设定 遥测试验、遥信试验、 遥控试验、 同期试验、 期间核查、 报表管理、 4.1.4 光电互感器校验 n n n n 比差检定 角差检定、 报表管理 测试波形显示 4.2 项目形成的产业前景，培养的技术人才 项目主要应用于供电领域。主要客户群有：供电局、电厂、电力局、研究所、高校等。在今后的 10 年内每个市县供电局均应该配置全套的数字测试仪多套。按照全国 2000 个市县计算，平均一年配置一套，则年需求 2000410 万= 8 亿 ，电力研究所领域、 高校也需要这样的产品 同时可以培养出很多数字化变电站的技术人才，按照每个市县 4 个检定人员约 8000 多人。 4.3 项目对解决产业发展问题的预期贡献本 公司的产品出 来后对推进数字 化变电站的建设 具有重要意义 ，目前数字化变电站还缺乏权威的检验工具，同时能够促进电力二次设备厂家，不断提高完善自己的产品 第 24 页 XL800 系列可行性分析报告 深圳市星龙科技有限公司4.4 二年期内的可考核技术指标和社会经济效益指标。 预计在未来两年我司会成为数字化变电站校验领域的领头羊和佼佼者，同时实现年销售额不低于 2000 万的目标。在未来两年内和广东电力工业局一起制定广东省 数字电能表检定规程，预计两年内公司需新增员工 10 人左右 ，投入到本项目的开发和服务中去。 产品将达到如下的指标 n 模拟量精度 1. 电压精度 电压准确度：0. 05%RD 0.3In1.2In 2. 电流精度 电流准确度：0. 05%RD 0.1In2In 3. 输入功率测量 有功功率测量准确度： 0. 05%RG (0.01In 2In) PF0.5 无功功率测量准