CN106932676A - 基于zynq平台的变电站综合测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，ZYNQ主控制器包括：PL侧、PS侧，所述PS侧设置有DDR3单元、FLASH单元、上位机通信单元；所述PL侧设置有GPS对时单元、开入单元、IGBT快速开出单元、模拟量输出单元、SV/GOOSE单元；所述PS侧与PL侧之间通过AXI总线进行通信。本发明提供的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，能适用传统变电站、智能变电站多种保护测控装置的测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，属于电力***变电站保护测试装置技术领域。
背景技术
随着变电站的飞速发展，稳控保护装置的集成度越来越高，需采集几十路交流模拟量信号。但是，由于传统的保护测试仪受限于结构、硬件等方面影响，一台保护测试仪只提供几路电流信号、电压信号，且开入信号、开出信号的数量也有限。而现有的一台稳控保护装置需要48路交流模拟量信号，因此需要多台保护测试仪才能对进行测试，而无法采用一台测试仪对稳控保护装置进行完整的测试。传统的开出回路动作时间在10ms左右，不能满足快速开出的要求。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于ZYNQ平台的变电站综合测试***。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，包括：ZYNQ主控制器，所述ZYNQ主控制器包括：PL侧、PS侧，所述PS侧设置有DDR3单元、FLASH单元、上位机通信单元；所述PL侧设置有GPS对时单元、开入单元、IGBT快速开出单元、模拟量输出单元、SV/GOOSE单元；所述PS侧与PL侧之间通过AXI总线进行通信。
所述模拟量输出单元包括：隔离芯片、功率放大芯片、数模转换器，所述PL侧的SPI1接口、SPI2接口均并行连接有三路隔离芯片，每路隔离芯片依次串联有功率放大芯片、数模转换器。
作为优选方案，所述隔离芯片采用ADuM1401。
作为优选方案，所述功率放大芯片采用N74LVC32A。
作为优选方案，所述数模转换器采用AD5362。
作为优选方案，所述模拟量输出单元设置有隔离电源电路，所述隔离电源电路包括：24V电源模块、DC-DC电源模块、LDO线性稳压器，所述24V电源模块、DC-DC电源模块、LDO线性稳压器依次连接，DC-DC电源模块用于将24V电压分别转换成隔离的+5V电压；LDO线性稳压器将隔离的+5V电压分别转换为隔离的+12V电压、-12V电压，提高AD5362芯片的抗干扰能力。
作为优选方案，所述IGBT快速开出单元包括：IGBT管、IGBT驱动回路和IGBT防护回路；G1、G2为IGBT管。IGBT驱动回路主要由三极管V7、光耦D1、双极性电源U1、限流电阻R3组成，实现对IGBT管的分、合控制；IGBT防护回路的稳压二极管V3、V4、V5、V6可使IGBT管的G、E两端电压钳位在工作电压范围内，提高抗干扰能力；整流二极管V1、V2、安规电容Cx、压敏电阻RV1可防止IGBT管的C、E两端被干扰击穿。
有益效果：本发明提供的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，采用ZYNQ主控制器，其体积小、低功耗、高性能，能充分利用双ARM Cortex-A9+FPGA的平台架构，采用LINUX操作***，合理配置I/O接口资源，实现最大化配置。且采用1U机箱，体积小、便于携带。ZYNQ主控制器通过PL侧的FPGA实现2路SPI控制48路模拟量电压信号输出，每路模拟量电压信号可输出范围：-5V-+5V或-10V-+10V，且DA芯片由独立的隔离电源模块供电。ZYNQ处理器通过PL侧的FPGA的I/O控制IGBT实现直流、交流负载信号快速开出。ZYNQ处理器通过PL侧的FPGA的GTP串行收发器经Serdes协议实现千兆SV/GOOSE输出。
附图说明
图1为变电站综合测试***硬件总体结构框图；
图2为模拟量输出单元结构示意图；
图3为隔离电源电路结构示意图；
图4为IGBT快速开出单元结构示意图；
图5为双IGBT管工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，使用时，将本发明综合测试***通过上位机通信单元与上位机相连接，实现变电站各数据上传与下载；通过开入单元、IGBT快速开出单元、模拟量输出单元、SV/GOOSE单元与稳控装置相连接，实现对稳控装置的测试。GPS对时单元实现对测试***授时，经处理后发出PPS实现稳控装置的秒脉冲对时。
如图2所示，模拟量输出单元采用2路SPI控制6个AD5362芯片，每路SPI信号都经隔离芯片ADuM1401进行隔离，通过N74LVC32A进行功率放大，再与AD5362进行通信，每路SPI实现24路模拟量电压信号输出，2路SPI共实现48路模拟量电压信号输出。提高了PL侧GPIO管脚的利用率，实现管脚最优化配置。
模拟量输出单元中AD5362芯片的电源轨与其它芯片的电源轨进行隔离。如图3所示，模拟量输出单元的数字电源为经U2隔离后的+5V隔离电源，模拟电源采用经U2隔离后，经LDO线性稳压器输出的+12V、-12V隔离电源。模拟量输出单元采用DC-DC电源和LDO线性稳压器的综合方式对AD5362芯片提供隔离电源轨，提高AD5362芯片的抗干扰能力。AD5362芯片的数字电源为经隔离后的+5V隔离电源，AD5362芯片的模拟电源为LDO线性稳压器芯片输出的+12V、-12V隔离电源。同时，电源芯片U4、U5、U6组成电路分别为其它芯片提供1.0V/1.2V、1.5V/1.8V/2.5V/3.3V电源。
如图4所示，通过FPGA的I/O控制IGBT快速开出单元，OUT+、OUT-接直流负载时，整流二极管V2有防反接功能。当OUT+、OUT-接交流负载时，在交流负载信号的正半轴，图5中的(a)，G1、V2工作；在交流负载信号的负半轴，图5中的(b)，G2、V1工作。在OUT+、OUT端口，为了保护IGBT被干扰击穿，防护元器件由整流二极管V1、V2、安规电容Cx、压敏电阻RV1构成。
SV/GOOSE单元通过FPGA的GTP串行收发器经Serdes协议实现千兆SV/GOOSE输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，包括：ZYNQ主控制器，其特征在于：所述ZYNQ主控制器包括：PL侧、PS侧，所述PS侧设置有DDR3单元、FLASH单元、上位机通信单元；所述PL侧设置有GPS对时单元、开入单元、IGBT快速开出单元、模拟量输出单元、SV/GOOSE单元；所述PS侧与PL侧之间通过AXI总线进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，其特征在于：所述模拟量输出单元包括：隔离芯片、功率放大芯片、数模转换器，所述PL侧的SPI1接口、SPI2接口均并行连接有三路隔离芯片，每路隔离芯片依次串联有功率放大芯片、数模转换器。
3.根据权利要求2所述的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，其特征在于：所述隔离芯片采用ADuM1401。
4.根据权利要求2所述的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，其特征在于：所述功率放大芯片采用N74LVC32A。
5.根据权利要求2所述的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，其特征在于：所述数模转换器采用AD5362。
6.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，其特征在于：所述模拟量输出单元设置有隔离电源电路，所述隔离电源电路包括：24V电源模块、DC-DC电源模块、LDO线性稳压器，所述24V电源模块、DC-DC电源模块、LDO线性稳压器依次连接，DC-DC电源模块用于将24V电压分别转换成隔离的+5V电压；LDO线性稳压器将隔离的+5V电压分别转换为隔离的+12V电压、-12V电压，提高AD5362芯片的抗干扰能力。
7.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台的变电站综合测试***，其特征在于：所述IGBT快速开出单元包括：IGBT管、IGBT驱动回路和IGBT防护回路；G1、G2为IGBT管；IGBT驱动回路主要由三极管V7、光耦D1、双极性电源U1、限流电阻R3组成，实现对IGBT管的分、合控制；IGBT防护回路的稳压二极管V3、V4、V5、V6可使IGBT管的G、E两端电压钳位在工作电压范围内，提高抗干扰能力；整流二极管V1、V2、安规电容Cx、压敏电阻RV1可防止IGBT管的C、E两端被干扰击穿。
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