數(shù)字化變電站校驗儀可行性分析報告

錄 深圳市星龍科技有限公司 . 錯誤 !未定義書簽。 可行性分析報告 . 錯誤 !未定義書簽。 (第一版） . 錯誤 !未定義書簽。 1 項目實施的背景和意義 . 1 1.1 項目對深圳市經(jīng)濟、社會和科技發(fā)展等有效需求。 . 1 1.2 項目的先進性、重要性、必要性、可行性。 . 2 1.2.1 先進性 . 2 1.2.2 重要性 . 3 1.2.3 必要性 . 4 1.2.4 可行性 . 4 1.3 項目在行業(yè)發(fā)展中的地位和作用； . 5 1.4 項目預(yù)期實現(xiàn)的經(jīng)濟和社會效益。 . 5 1.4.1 社會經(jīng)濟意義 . 5 1.4.2 預(yù)計經(jīng)濟效益 . 6 1.4.3 預(yù)計社會效益 . 6 2 數(shù)字化變電站校驗儀技術(shù)發(fā)展趨勢及國 內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 . 7 2.1 數(shù)字化變電站校驗儀相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢； . 7 2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 . 7 2.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 . 7 2.4 我司目前狀況 . 8 2.5 深圳市相關(guān)行業(yè)技術(shù)與國內(nèi)外先進水平的差距； . 8 2.6 相關(guān)技術(shù)在知識產(chǎn)權(quán)、市場需求方面的情況。 . 9 第 ii 頁 3 項目主要研究內(nèi)容 . 9 3.1 項目涉及的技術(shù)領(lǐng)域， 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題； . 9 3.2 擬采用的 技術(shù)原理、 技術(shù)方法、技術(shù)路線 以工藝流程； . 10 3.2.1 技術(shù)原理及關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容 . 10 3.2.2 技術(shù)路線 . 18 3.2.3 主要創(chuàng)新點 . 19 1) 使用可編程時鐘芯片和高性能的同步采樣 AD 實現(xiàn)準(zhǔn)同步算法 . 19 3.3 項目相關(guān)技術(shù)參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： . 22 4 項目預(yù)期目標(biāo) . 23 4.1 項目在技術(shù)進步、工藝創(chuàng)新方面可實現(xiàn)的預(yù)期成果 . 23 4.1.1 數(shù)字電能表校驗 . 23 4.1.2 數(shù)字繼電保護校驗 . 23 4.1.3 數(shù)字交流采樣校驗 . 24 4.1.4 光電互感器校驗 . 24 4.2 項目形成的產(chǎn)業(yè)前景，培養(yǎng)的技術(shù)人才 . 24 4.3 項目對解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題的預(yù)期貢獻 . 24 4.4 二年期內(nèi)的可考核技術(shù)指標(biāo)和社會經(jīng)濟效益指標(biāo)。 . 25 5 項目實施方案 . 27 5.1 實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)所需的組織管理方式； . 27 5.1.1 崗位設(shè)置安排情況表 . 30 5.1.2 技術(shù)團隊架構(gòu)圖 . 31 5.2 項目技術(shù)實施步驟； . 31 5.3 項目科技資源綜合利用； . 32 5.4 闡述項目成果產(chǎn)業(yè)化策略； . 33 5.4.1 營銷管理 . 33 5.4.2 營銷策略 . 33 5.5 闡述項目研發(fā)資金的籌集與投入 . 34 第 iii 頁 5.5.1 項目研發(fā)資金籌集與投入 . 34 5.5.2 項目研發(fā)費用支出明細 . 34 5.6 闡述項目知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對策措施。 . 35 6 項目計劃進度 . 36 6.1 XL800 系列項目計劃簡介 . 36 6.2 XL800 系列數(shù)字化變電站設(shè)備校驗儀階段項目計劃目標(biāo) . 38 7 現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件 . 40 7.1 電測技術(shù)領(lǐng)域的已有研發(fā)基礎(chǔ)、主要研究成果。 . 40 7.2 項目實施具備的研發(fā)經(jīng)費、實驗平臺等支撐條件情況。 . 42 7.3 近三年承擔(dān)的國家、省、市相關(guān)科技計劃項目完成情況 . 43 7.4 與其它企業(yè)、科研院所、大專院校的合作情況 . 43 8 研發(fā)團隊 . 43 8.1 XL800 系列研發(fā)團隊的規(guī)模和結(jié)構(gòu)， . 43 8.2 XL800 系列項目核心研發(fā)人員的人員情況 . 44 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 1 頁 1 項目實施的背景和意義 1.1 項目對 深圳市經(jīng)濟 、 社會和科技 發(fā)展等有效需求。 變電站自動技術(shù)經(jīng)過 十幾年的發(fā)展已經(jīng)達到了一定的水平，大大提高了電網(wǎng)建設(shè)的自動化水平，增強了調(diào)度自動化水平以及減低了造價，但是技術(shù)的發(fā)展是永無止境的， 國內(nèi)的光電互感器，智能開關(guān)、以及數(shù)字繼電保護、數(shù)字電能表已日趨成熟。數(shù)字化變電站的成為主流只是時間問題，目前數(shù)字化變電站的研究已經(jīng)如火如荼，其檢測和校驗工具的研究是保證這些自動化保護符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要手段，只有開發(fā)出有效的功能齊全的檢驗工具，才能夠進一步能夠推進自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家不斷完善自己的產(chǎn)品。 “數(shù)字化變電站設(shè)備校驗裝置”主要應(yīng)用于檢驗數(shù)字變電站的二次設(shè)備以及一次的光電互 感器的性能參數(shù)、精度、以及功能是否滿足要求。是保證數(shù)字變電站的二次設(shè)備以及一次的光電互感器的安全可靠性，功能齊全的重要技術(shù)手段，最終必將提高電網(wǎng)安全運行，保證用電的可靠性，具有重要的社會意義。 目前數(shù)字化的繼電保護、數(shù)字電能表、交流采樣裝置、光電互感器一般采用廠家自己的測試工具、或者非權(quán)威的測試手段，廠家自己的測試工具一般功能簡單、性能較低、無法實現(xiàn)更高一級的量值傳遞，從技術(shù)上來講，需要有第三方的廠家聯(lián)合電力工業(yè)研究院共同開發(fā)權(quán)威的校驗工具，建立起規(guī)范的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。 建議權(quán)威的經(jīng)過認(rèn)證的校驗工具和技術(shù)檢驗規(guī)范 有利于 : 協(xié)調(diào)各種廠家之間的技術(shù)認(rèn)定，由于數(shù)字變電站自動化裝置是由很多廠家共同提供產(chǎn)品，假如沒有一個統(tǒng)一的校驗工具，則無法聯(lián)通時，難以界定哪方廠家的技術(shù)有問題。 促進各自動化設(shè)備廠家完善自身產(chǎn)品，有了功能豐富的和權(quán)威的校驗方法后， 自動化廠家容易找到自身產(chǎn)品缺陷，不斷完善功能，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性 提高現(xiàn)場驗收效率，有了此校驗工具，可以大大提高現(xiàn)場驗收的效率， 節(jié)約人工成本 培養(yǎng)數(shù)字化變電站方面人才，本校驗工具本身對于 IEC-61850-9-1 的協(xié)議 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 2 頁 有標(biāo)準(zhǔn)的輸出和測試功能，便于學(xué)習(xí)協(xié)議，同時對于電力工業(yè)研 究所、高等院?？梢园研ｒ瀮x作為培養(yǎng)數(shù)字電能表、數(shù)字繼電保護、光電互感器校驗儀人才的重要試驗平臺。 降低驗收和檢驗人員的專業(yè)要求 假如 沒有本套測試工具，驗收人員必須具備非常強的專業(yè)知識，一般要經(jīng)過專 家討論驗收方法，過程也相當(dāng)復(fù)雜，對現(xiàn)場驗收的要求很高，提高了人力成本。 同時 開發(fā) 數(shù)字化變電站校驗 ,也具有重要的經(jīng)濟意義未年幾年按照一年一個供電局 4 臺采購量，參考銷售價格 20 萬一臺。全國市縣大概每年 有 8 億左右的市場容量。 我司就算按市場占有率 5%計算，一年銷售額 4 千萬，實現(xiàn)利稅800 萬左右 。 具有一定的經(jīng)濟意義 1.2 項目的先 進性、重要性、必要性、可行性。 1.2.1 先進性 國際電工委員會 TC57 工作組動員了數(shù)百 位 專家歷經(jīng)十年提出了 一個世界、一種技術(shù)、一個標(biāo)準(zhǔn) ,過程全數(shù)字化。今后全世界的變電站自動化 設(shè)備 的廠家協(xié)議將 統(tǒng)一為 IEC61850 的協(xié)議框架。 毫無疑問再經(jīng)過幾年幾十年，數(shù)字化變電站必將成為主流，目前基于 IEC61850 協(xié)議 的數(shù)字化變電站校驗儀裝置國內(nèi)外鮮有廠家投入力量研究。我司提出了全套的校驗方法，并作了大量的調(diào)研工作 ，部分功能已經(jīng)可以到現(xiàn)場使用了。整個項目的平臺具有相當(dāng)?shù)南冗M性。 產(chǎn)品先進性 基于 IEC61850 的硬件測試工具，目前國內(nèi)外還沒有成套的產(chǎn)品， 我司率先投入研發(fā)此類產(chǎn)品，時機合適。 硬件平臺先進性 使用 ADI 公司高性能的 blackfin DSP 平臺， BF531 具有兩個 400MPIS 的雙 DSP 功能、同時可以作為 32bit MPU 使用，配套 1ppm 的電阻 分壓網(wǎng)絡(luò)、 0.005%準(zhǔn)確度的零磁 通 互感器、使用 OP1632D 差分輸入輸出的運放作為信XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 3 頁 號調(diào)理和 100KSPS 24Bit 的高性能 ADS1278 AD，配置兩個光纖以太網(wǎng)口 和兩個 RJ45 的電以太網(wǎng)口。 軟件平臺先進性 使用 Labview 作為工控機軟件平臺 Labview 具有非常豐富友好的界面和強大 的 數(shù)學(xué) 工具 。使用 LabView 后會讓我們的開發(fā)的產(chǎn)品更美觀 功能更強大 ，可以直接利用軟件庫，降低開發(fā)的工作量，同時利用現(xiàn)成的庫，提高軟件的運行可靠性 使用 VDK RTOS 作為嵌入式 DSP 開發(fā)的操作系統(tǒng) ， VDK RTOS 實時多任務(wù)操作系統(tǒng) 是 嵌入式 DSP的操作系統(tǒng)， VDK為 ADI公司嵌入式的高性能 RTOS平臺，任務(wù)調(diào)度實時性優(yōu)于 0.1mS，保證系統(tǒng)平臺的實時性的要求。 技術(shù)先進 性 a）校驗過程全自動，設(shè)置完畢后，點擊啟動命令，自動 完成各種檢驗點和校驗功能的檢定并自動生成報表 b）檢定先進 使用模擬源的動態(tài)數(shù)據(jù)作為檢驗數(shù)字來源，能夠反映出數(shù)字二次設(shè)備的現(xiàn)場使用情況。 c) 溯源先進性 建立了 0.05%級的數(shù)字溯源技術(shù)，自主開發(fā)使用高精度的 AD 轉(zhuǎn)換， 通過 AD 轉(zhuǎn)換，和已有的 0.01 級的模擬基準(zhǔn)實現(xiàn)量傳。 d） 功能配置先進性 測試功能可以選擇相關(guān)的國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可以根據(jù)用戶的自己的需求編輯測試點和測試要求。 1.2.2 重要性 基于 IEC61850 協(xié)議的數(shù)字化變電站將成為未來變電站最重要的技 術(shù)之一。目前盡管國內(nèi)外的電力設(shè)備廠家 已經(jīng) 大力投入到數(shù)字化變電站的研究開發(fā)中去，但是 還 沒有一個有效的測試工具， 這 必將阻礙數(shù)字化變電站設(shè)備產(chǎn) 業(yè) 的發(fā)展，同時也限制了數(shù)字化變電站的推廣使用，目前數(shù)字化變電站的驗收耗時耗力同時也無法做出權(quán)威的驗收結(jié)論。 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 4 頁 數(shù)字 化 變電站還發(fā)展 還需要 相關(guān)的測試規(guī)范，工程規(guī)范，按照規(guī)范，檢驗規(guī)范必須要跟著發(fā)展，而這些技術(shù)的發(fā)展制定，都 離 不開校驗儀，所以數(shù)字化變電站校驗儀對于推進數(shù)字化變電站建設(shè)，推進數(shù)字化變電站的技術(shù)發(fā)展具有非常重要的意義 . 1.2.3 必要性 IEC61850 協(xié)議的制定為電力系統(tǒng)自動 化廠家?guī)砹藦V闊市場空間和無限發(fā)展?jié)摿?，誰抓得早、抓得準(zhǔn)、抓得住，誰就贏得發(fā)展先機，贏得主動，最終贏得市場。目前在數(shù)字化變電站校驗技術(shù)滯后 于 數(shù)字化變電站的建設(shè)，目前國內(nèi)電力工業(yè)研究院均面臨著現(xiàn)場如何驗收的問題，廣東電力工業(yè)研究所主動找到我司合作數(shù)字電能表校驗部分，其他光電互感器校驗、數(shù)字交流采樣校驗、數(shù)字繼電保護校驗也 將 逐降和我司合作開展，所以目前基于 IEC61850 的數(shù)字化 變 電站校驗儀的開發(fā)非常迫切，非常有必要。 1.2.4 可行性 市場可行性 項目主要應(yīng)用于供電局、電廠、電力局、研究所、高校等供電局領(lǐng)域。在今后的 10 年內(nèi)每個市縣供電局均應(yīng)該配置全套的數(shù)字測試儀多套。按照全國 2000個市縣計算，平均一年配置一套，則年需求 2000 4 10 萬 = 8 億 ，電力研究所領(lǐng)域、 高校也需要這樣的產(chǎn)品，因此我們認(rèn)為市場上是可行的 。 技術(shù)可行性 目前己解決了相關(guān)核心技術(shù)，并且己研制了部分核心產(chǎn)品，其中數(shù)字電能表的校驗已經(jīng)可以實現(xiàn)校驗功能了，因此我們認(rèn)為技術(shù)上是可行的。 政策可行性 作為電網(wǎng)公司 十一五 科技發(fā)展規(guī)劃中列出的提高電網(wǎng)自動化水平的五大XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 5 頁 重點技術(shù)課題之一，數(shù)字化變電站必然在 十一五 中后期在各電壓等級變電站中 推廣應(yīng)用，現(xiàn)在數(shù)字化變電站已經(jīng)成為了各級電網(wǎng)、電力公司關(guān)注的焦點 ，因此我們認(rèn)政策上是可行的。風(fēng)險很小。 1.3 項目在行業(yè)發(fā)展中的地位和作用； 數(shù)字化變電站校驗儀對于保證數(shù)字化變電站的設(shè)備符合功能和性能的要求有重要意義，由于數(shù)字化校驗是一個新技術(shù)，國內(nèi)外做此研究的不多，我司未來研發(fā)成功將是本行 業(yè) 在數(shù)字化變電站校驗上的一個里程碑。 本系列校驗裝置的研發(fā)成功，將對數(shù)字化變電站的發(fā)展將產(chǎn)生深遠的影響，主要表現(xiàn)在以下幾方面： 解決了目前變電站自動化設(shè)備的產(chǎn)品的驗收和型式試驗的難題。 建 立了數(shù)字計量的量傳方法，實現(xiàn)了數(shù)字電能、數(shù)字交流采樣的溯源 軟件 具備自動檢定和生成報表功能，大大減低了檢驗人員的工作量 提高檢驗結(jié)果的可信度為 統(tǒng)一各個廠家的技術(shù)接口提供技術(shù)手段，實現(xiàn)電力設(shè)備的無縫鏈接 . 綜上所述，本平臺的成功研發(fā)，將是數(shù)字化變電站發(fā)展道路中的一個里程碑。 1.4 項目預(yù)期實現(xiàn)的經(jīng)濟和社會效益。 1.4.1 社會經(jīng)濟意義 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟的第一基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) ， 國家出臺了一系列內(nèi)需投資政策，其中 4 萬億投資計劃中，未來 2 3 年電網(wǎng)投資將達到 1.2 萬億的 規(guī)模 ， 作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) ，電力工業(yè) 行業(yè)能 有效 的 拉動 國民 經(jīng)濟 的 增長 。而且市場空間是巨大的 。 數(shù)字化變電站將成為電力投資的重頭戲之一，數(shù)字化變電站設(shè)備校驗裝置也將成為其中的重要一環(huán)，把數(shù)字?jǐn)?shù)字化變電站設(shè)備校驗裝置做好了，是保證數(shù)字變電站的二次設(shè)備以及一次的光電互感器、性能參數(shù)、精度、以及功能 達標(biāo)的 重要手段。 對 提高電網(wǎng)安全運行，保證用電的可靠性，具有重要的 意義 。 同時數(shù)字化變電站的發(fā)展也必然 拉動 內(nèi)需。促進經(jīng)濟的發(fā)展 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 6 頁 1.4.2 預(yù)計經(jīng)濟效益 項目主要應(yīng)用于供電領(lǐng)域。供電局、電廠、電力局、研究所、高校等供這是最大的潛 在用戶。在今后的 3-5 年內(nèi)每個市縣供電局均應(yīng)該配置全套的變電站數(shù)字化測試儀多套。按照全國 2000 個市縣計算，平均一年配置一套，則年需求 : 2000 4 10 萬 = 8 億 （最終價） 電力研究所領(lǐng)域： 31 省每個省必須在近 1-2 年配置不少于 1 套的數(shù)字化變電站校驗儀，大概近兩年需求 : 31 4 20 萬 = 2480 萬 (現(xiàn)在市場價為 30 萬 ) 高校的需求也有一定的數(shù)量。 綜上所述，本項目產(chǎn)品未來 3-5 年的市場需求約為 30 億元左右，市場前景廣闊。具有良好的經(jīng)濟效益 1.4.3 預(yù)計 社會效益 降低人工 檢定的成本 數(shù) 字 變電站 測試 儀 能夠自動測試、自動 生成 報表 .可以大大降低人工的降低成本，同時擴大檢定點，防止個別死區(qū)測試出現(xiàn)。 一般來講，一臺電能表要是把全部的檢定點和影響量全人工檢定需要一周時間，而使用本測試設(shè)備只需要 15 分鐘的設(shè)置時間，大約 4-6 個小時的自動檢定時間就可以了，大大節(jié)約人工成本。今后數(shù)字化變電站全面推廣后，全國將有超過 1 萬人在做自動化設(shè)備的安裝、檢定、校驗、測試等。大大節(jié)約人工成本 有助于推動數(shù)字化變電站的發(fā)展 數(shù)字化變電站的發(fā)展除了一次和二次設(shè)備廠家的努力外也離不開檢驗設(shè)備廠家的作用，假如 沒有校驗廠家的產(chǎn)品的完善，數(shù)字化變電站要大規(guī)模推廣也無從談起 。 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 7 頁 2 數(shù)字化變電站校驗儀技術(shù)發(fā)展趨勢及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2.1 數(shù)字 化變電站 校驗儀 相關(guān)技術(shù)的 發(fā)展趨勢； 隨著光電互感器技術(shù)的逐漸成熟，基于 IEC61850 的數(shù)字化變電站建設(shè)步伐必將加快， 從事 數(shù)字化變電站校驗的 設(shè)備生產(chǎn) 廠家未來也會相應(yīng)增加 ,同時電力科學(xué)研究院、各個省的電力工業(yè)研究所一定會投入大量的人力物力，制定相關(guān)的配套標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)字化設(shè)備廠家提供驗收、測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，也會 推動 測試儀廠家不斷完善自己產(chǎn)品。未來也會有更多的測試儀廠家加入這個領(lǐng)域。 2.2 國 外發(fā)展現(xiàn)狀 國外目前主要是對 IEC61850 協(xié)議本身來測試的研究比較多，目前瑞士實驗室被授予全球 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的測試認(rèn)證機構(gòu)，從事 IEC61850 協(xié)議測試的廠家不少比如 STRI 公司， OMICRON 公司， ABB 公司等，國外第一個對基于 IEC61850變電站進行測試的 InControl Tech 公司，這種測試一般是用來做型式試驗的，實驗室就是一個模擬的變電站，測試非常復(fù)雜，不利于作為現(xiàn)場的驗收工具，也不利于對從事單一設(shè)備的廠家的測試，因為國內(nèi)很多廠家并不能把整個數(shù)字化變電站做了下來，只能做其中的一個 設(shè)備，比如光電互感器或者繼電保護裝置，這要求有適合于中小企業(yè)的測試和驗收工具，目前國外暫無相關(guān)產(chǎn)品。 2.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 華中理工大學(xué)開發(fā)光電互感器校驗儀已在在武漢高壓研究所使用，這套裝置成本高，體積大。在現(xiàn)場使用非常麻煩。 裝置由安捷倫的 3458A 萬用表，工控機組成，軟件使用 Labview，基本沒有屬于自己的核心部件，技術(shù)含量低，應(yīng)用不靈活。 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 8 頁 北京浩霆科技也研發(fā)出 HTETC-I 型 新型多功能互感器校驗儀 ，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，但是測量精度低，軟件粗糙。需要額外的一臺電腦 . 南京新寧光電研發(fā) XT765 數(shù)字電能 表校驗儀，他們的使用捏合的數(shù)字源，無法做量傳不能作為校驗工具， 數(shù)字交流采樣校驗儀暫時無相關(guān)產(chǎn)品，數(shù)字繼電保護測試儀北京博電有相關(guān)報道，但未見產(chǎn)品 . 2.4 我司目前 狀況 我司從 2008 年 8 月開始對市場調(diào)研、項目可行性論證、對關(guān)鍵技術(shù)如高精度 8個通道的嚴(yán)格同步的交流采樣技術(shù) (0.02%)，光纖以太網(wǎng)的刷新速度 (10uS)，電能和功率以及有效值的等時間間隔的算法驗證、以及基于 LabView8.0 軟件實現(xiàn)自動化校驗裝置的管理通信顯示功能的技術(shù)可行性 驗證 。 到目前硬件平臺的初版，以及針對數(shù)字電能表的部分校驗功能，已取得階 段性成果。尚需完成數(shù)字電能表的全面功能，數(shù)字光電互感器的校驗功能、數(shù)字繼電保護的校驗功能 . 2.5 深圳市相關(guān)行業(yè)技術(shù)與國內(nèi)外先進水平的差距； 深圳第一座數(shù)字化變電站 110 千伏五村數(shù)字化變電站 于 2008 年中旬 竣工。這一變電站將數(shù)字化電網(wǎng)的概念首次應(yīng)用于變電系統(tǒng)，是目前國內(nèi)數(shù)字化改造最徹底、數(shù)字化程度最高的變電站 ， 高壓室內(nèi)不見技術(shù)人員蹤影，只有一臺臺小巧的智能化開關(guān)柜正在高速運轉(zhuǎn)。 以前的傳統(tǒng)開關(guān)柜設(shè)備，好比體積臃腫的 大哥大 （磚頭機），如今的設(shè)備就像新式手機，不僅體積變小，而且功能更多 。 但是目前數(shù)字化變電站 的主要廠家是國電南瑞、許繼、南京新寧、廣州偉鈺等。深圳目前主要是深南瑞從事這方面的研究， 在數(shù)字化變電站校驗儀的方面我司是國內(nèi)研究比較早的廠家之一，也是國內(nèi)起點最高的一個廠家了，目前有國內(nèi)有從事數(shù)字化變電站校驗研發(fā)的，一般只是考慮測試功能，沒有考慮到量值傳遞，而測試儀器最重要的功能之一就是能實現(xiàn)溯源，無法量傳的產(chǎn)品沒有意義 。 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 9 頁 2.6 相關(guān)技術(shù)在知識產(chǎn)權(quán)、市場需求方面的情況。 數(shù)字化變電站的驗收、檢驗還需要新的 配套 標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)外在這方面尚屬空白。 IEC61850 協(xié)議國內(nèi)引用過來時更名為 DL/T 860 協(xié)議 ，但是這只是 標(biāo)準(zhǔn) 技術(shù)協(xié)議 ，要是實施數(shù)字化變電站還需要一些配套的標(biāo)準(zhǔn)， 我司將聯(lián)合廣東電力工業(yè)研究所爭取在未來 2-3 年制定出廣東省內(nèi)的數(shù)字電能表驗收規(guī)范。數(shù)字化變電站設(shè)備校驗裝置中的光電互感器校驗、數(shù)字交流采樣校驗儀、 數(shù)字 繼電保護檢驗儀等產(chǎn)品我司擁有獨立的自主知識產(chǎn)權(quán)。 3 項目 主要研究內(nèi)容 3.1 項目涉及的技術(shù)領(lǐng)域， 擬解決的 關(guān)鍵 技術(shù)問題 ； 本項目涉及到一個數(shù)字電測儀表的校驗領(lǐng)域，屬于一個全新的領(lǐng)域，但是很多技術(shù)原理和校驗方法可以參照模擬電測儀表的方法，屬于應(yīng)該屬于新型的測量和計量儀器。擬解決的技術(shù)問題如下 高精度 的模擬量采集 我們產(chǎn)品的整體精度為 0.05%,這要求我們的交流 AD 采集模塊精度要到達 0.02%級，目前國內(nèi)只有深圳科陸、思達等廠家能夠做到 0.02%的交流采樣 ，我司能夠做到 0.05%級沒有問題，我們通過如下方法解決這個問題，使用 1ppm 的電子分壓器， 0.005%的零磁通互感器、以及 OPA1632 帶差分輸入輸出的高性能運算放大器作為信號調(diào)理和高達 100KSPS 24Bit 的 8 路高精度的 AD 采集芯片 ADS1278 ， 采用 準(zhǔn)同步算法，來到達這個指標(biāo) 光纖以太網(wǎng)遠程快速 DMA 傳輸 光纖以太網(wǎng)的遠程 DMA 傳輸 速度 要等到 10uS 才比較理想，以最高一個周波要送 200 點，假如遠程 DMA 不做優(yōu)化則大大浪費 CPU 的資源，因為采樣算法，光纖輸出是有一顆 CPU 通過 RTOS 來調(diào)度的，而一個 IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)幀里面共有 111Byte數(shù)字，這就要求 CPU 100uS之內(nèi)必須要把 111Byte的協(xié)議幀通過遠程 DMA 傳送到以太網(wǎng)芯片上， 這 會大大提高 CPU 的負荷XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 10 頁 能力，在本項目中由于 111Byte 中 需要變化就是 6 個通道的模擬量 12Byte，以及采樣計數(shù) 2 個字節(jié)共 14Byte，在本項目在初始化時候就 把 111Byte 協(xié)議中不變的數(shù)字先傳 送到遠程 DMA，而后只是更改 14Byte 的變化數(shù)據(jù)后， 使能芯片內(nèi)部當(dāng)?shù)?DMA 自動發(fā)送協(xié)議幀，這樣 CPU 有原來要傳送 111Byte變?yōu)?14Byte 大大地減低了 CPU 的負荷。 IEC61850-9-2 協(xié)議的掌握。 IEC61850 是一套非常復(fù)雜的協(xié)議，目前我們已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)IEC61850-9-1 協(xié)議，并和多個廠家聯(lián)調(diào)過，但對于 IEC61850-9-2 協(xié)議目前尚 未 深入研究， IEC61850-9-2 更復(fù)雜。 3.2 擬采用的 技術(shù)原理 、 技術(shù)方法 、 技術(shù)路線以工藝流程； 3.2.1 技術(shù)原理及關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容 3.2.1.1 數(shù)字電能表檢驗系統(tǒng)構(gòu)成 1) 虛 負荷檢定原理 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 11 頁 圖 3-1 數(shù)字電能表校驗儀虛負荷檢定原理圖 原理介紹 工控機 (PC)控制 XL803 標(biāo)準(zhǔn)功率源輸出 3U3I 的模擬量，數(shù)字電能表校驗儀把模擬量通過 AD 轉(zhuǎn)成符合 IEC 61850-9-1 的數(shù)字量 D0,n-1，并直接通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)給被檢的數(shù)字電能表，被檢的數(shù)字電能表和和數(shù)字電能表校驗儀同時根據(jù) D0,n-1計算電能并產(chǎn)生脈沖輸出，對比 M1 和 M2 脈沖計算被檢電能表的電能誤差 . 數(shù)字 電能 表 校驗儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOut以太網(wǎng)信號 Pin電能脈沖信號 (M1) EternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 來自合并單元 （實負荷檢定） 脈沖輸出， 用于校驗自身精度 送給 COM3000 做量傳 串口 XL803 標(biāo)準(zhǔn)功率源 RS232 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 12 頁 2、實負荷檢定原理 圖 3-2 數(shù)字電能表實負荷檢定原理圖 原理介紹 在現(xiàn)場光電互感器的合并單元 (必需具備兩個光纖接口 )，根據(jù)現(xiàn)場的實際測量值通過 IEC61850-9-1 協(xié)議同時發(fā)給數(shù)字電能表和數(shù)字電能表校驗儀。數(shù)字電能表根據(jù)其算法計算產(chǎn)生電能脈沖 M1，數(shù)字電能表校驗儀也根據(jù)協(xié)議和算法產(chǎn)生脈沖 M2，對比 M2 和 M1 計算實際的電能誤差。 3、虛擬檢定原理 數(shù)字 電能 表 校驗儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOutPin電能脈沖信號 (M1) EternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 脈沖輸出， 用于校驗自身精度 送給 COM3000 做量傳 串口 M2 以太網(wǎng)信號 以太網(wǎng)信號 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 13 頁 圖 3-3 數(shù)字電能表虛擬檢定原理圖 原理介紹 不需要 XL803 標(biāo)準(zhǔn)源也不需要實負荷，通過數(shù)字模擬光盤事先產(chǎn)生的IEC61850-9-1 協(xié)議的數(shù)字信號，把這個數(shù)字信號通過以太網(wǎng)送給網(wǎng)絡(luò)電能表，網(wǎng)絡(luò)電能表計算產(chǎn)生電能脈沖 M1，網(wǎng)絡(luò)電能表校驗儀根據(jù)這個數(shù)字信號計算電能產(chǎn)生脈沖 M2，對比 M2 和 M1 計算實際的電能誤差。 數(shù)字 電能 表 校驗儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOutPin電能脈沖信號 (M1) EternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 脈沖輸出， 用于校驗自身精度 送給 COM3000 做量傳 串口 M2 以太網(wǎng)信號 以太網(wǎng)信號 以太網(wǎng)信號 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 14 頁 3.2.1.2 數(shù)字交流采樣檢驗系統(tǒng)構(gòu)成 圖 3-4 數(shù)字交流采樣電能表校驗儀原理圖 原理介紹 工控機 (PC)控制 XL803 標(biāo) 準(zhǔn)功率源輸出 3U3I 的模擬量，數(shù)字交流采樣校驗儀把模擬量通過 AD 轉(zhuǎn)成符合 IEC 61850-9-1 的數(shù)字量 D0,n-1，并直接通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)給被檢的網(wǎng)絡(luò)交流采樣校驗儀，被檢的數(shù)字交流采樣和數(shù)字交流采樣校驗儀同時根據(jù) D0,n-1計算 U、 I、 P、 Q、 COS，同時工控機通過交流采樣終端協(xié)議，讀取交流采樣終端的 U、 I、 P、 Q、 COS。 并和同數(shù)字交流采樣校驗儀算出來的 U、 I、 P、 Q、 COS。做比對得出誤差值，最后形成報表 數(shù)字交流采樣 校驗儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOut以太網(wǎng)信號 PinEternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 來自合并單 元 （實負荷檢定） 串口 XL803 標(biāo)準(zhǔn)功率源 RS232 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 15 頁 3.2.1.3 數(shù)字繼電保護檢驗系統(tǒng)構(gòu)成 圖 3-5 數(shù)字繼電保護測試儀原理圖 原理介紹 繼電保護測試儀通過以太網(wǎng)發(fā)出數(shù)字模擬的電壓電流信號給數(shù)字繼電保護， 測試儀 通過 IO 口讀取繼電保護的跳閘信號，也可以通過以太網(wǎng) GOOSE信息讀取跳閘信號，進而判斷繼電保護的動作是否正確。 3.2.1.4 光電互感器檢驗系統(tǒng)構(gòu)成 1).電壓校驗原理圖 數(shù)字繼電保護測試 儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOut以太網(wǎng)信號 IOIO、EternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 串口 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 16 頁 圖 3-6 光電互感器電壓校驗儀原理圖 原理介紹 被 檢驗 光電 PT，接受校驗儀 送 過來的同步信號，并在同步信號的控制下，把光電轉(zhuǎn)換后 的數(shù)字量通過以太網(wǎng)傳給校驗 儀 ，校驗同時通過 AD 采集 標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的模擬信號，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量和被檢 PT 通過 以太網(wǎng)傳遞過來的數(shù)字信號 使用 FFT 計算出比差和角差 模擬電壓 光電互感器數(shù)字交流采樣 校驗儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOutIOEternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 串口 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 17 頁 2).電流校驗原理圖 圖 3-7 光電互感器電流壓校驗儀原理圖 原理介紹 電流校驗和電壓校驗的原理是一樣的，唯一不同的是標(biāo)準(zhǔn)信號取電流標(biāo)準(zhǔn)互感器的信號而已。 3.2.1.5 軟硬件 硬件： 使用一個統(tǒng)一的硬件平臺。 軟件： 1、 數(shù)字電能表校驗管理軟件 ； 2、 數(shù)字交流采樣校驗管理軟件 ； 模擬電壓 光電互感器數(shù)字交流采樣 校驗儀 RS232 DSP 板（ （ BF531） 華北工控機 640*480 液晶顯示 鍵盤 串口 /USB 接口 EternetOutIOEternetAD 轉(zhuǎn)換 3U3I Pout(M2) 串口 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 18 頁 3、 數(shù)字繼電保護測試軟件軟件 ； 4、 光電互感器校驗軟件軟件 ； 5、 其他軟件 ； 3.2.2 技術(shù)路線 1） 為 提高產(chǎn)品的測量長期穩(wěn)定性，要使用穩(wěn)定 性 更好的材料以及 優(yōu)良的 制造工藝，為此，電壓分壓器采用 1ppm 的金屬氧化膜電阻分壓，同時使用 PGA205 放大器跟隨，以減小分布電容造成的相移，電流使用零磁通互感器，相關(guān)的電容均使用溫度 性能 更好的 CBB 電容，布線各個高壓回路相互隔離并保證有足夠的距離，降低串?dāng)_， PCB 對于輸入信號采用差分并行 走線，減小共模干擾，以及通道串?dāng)_。 參考電壓是 2ppm 的參考電壓，測量 AD 使用24Bit 100LK SPS 8 個通道 AD,同時使用換檔來降低噪音 2 ) 為了提高設(shè)備在現(xiàn)場使用的可靠性采用如下措施 對采集前端和電源前端采取多重抗干擾措施 采用功率電阻、壓敏電阻、 TVS 以及電子保護器確保傳導(dǎo)性干擾信號 (脈沖群和浪涌 )不會通過電源或者采集前端侵入敏感脆弱器件，保護 CPU、AD、 MEM、 OP 等敏感器件 CPU 采用總線在運行中不出總線，使用內(nèi)部的 RAM CPU 采用總線不出芯片方案，提高 CPU 自身抗干擾能力，由于總線在芯片內(nèi)具有很強的抗干擾能力 多重 WatchDog 技術(shù) IO 保護 對于容易損壞的 IO 口全部用高集成化的貼片 TVS 統(tǒng)一保護， 3) 為提高設(shè)備無故障工作時間，要研究元件老化的規(guī)律，對設(shè)備的密封方式，溫度與濕度交互作用方式進行試驗研究，并進行如下的高可靠性設(shè)計： 元器件選擇 對于 IC、插座等器件盡可能使用工業(yè)芯片，插座使用菲尼克斯插座。盡量使用焊接技術(shù) (因為我們電流小、振動小焊接反而比壓接可靠 )。 軟件 DEBUG 技術(shù)用于故障診斷，遠程下載用于程序更新。 防塵防潮 XL800 系列可行性分析報告 深圳市星龍科技有限公司 第 19 頁 PCB 最后均要防塵防潮處理 冗余設(shè)計 無論對 于 PCB 布線還是間距，以及熱設(shè)計，耐壓設(shè)計，要留于充分的余量，對于一些關(guān)鍵地方使用雙重硬件作為冗余 數(shù)據(jù)可靠性 塊數(shù)據(jù)存儲全部使用 CRC16 校驗。采用大容量的 NVRAM，對于經(jīng)常需要更新的數(shù)據(jù)如電能脈沖用于 NVRAM 備份記錄，累計一段時間暫存到Flash。對于 Flash 數(shù)據(jù)的寫入進行校驗，并記錄擦寫時間，為 Flash 的健康狀態(tài)做初步檢測。文件數(shù)據(jù)可靠性使用基于 YAFFS 日記式文件系統(tǒng)原理，同時用 NVRAM 備份 FAT 區(qū)。 4) 算法驗證 大部分的算法我們通過 Matlab 來驗證后，再在 blackfin 平臺上運 行，可以節(jié)約反復(fù)調(diào)試的時間 5) 測試驗證 利用廣東電力工業(yè)局研究院的設(shè)備，和技術(shù)