專利名稱：一種變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及實現(xiàn)數(shù)字化變電站過程層開關(guān)控制器和合并 單元功能的變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置。
背景技術(shù)：
隨著光電傳感技術(shù)、光纖通訊技術(shù)快速發(fā)展，采用數(shù)字式互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式電 力互感器、光纖數(shù)字通訊技術(shù)代替普通金屬電纜二次模擬電量傳輸方式技術(shù)已經(jīng)成熟。與 傳統(tǒng)的電流互感器、電壓互感器相比，數(shù)字式互感器具有電氣絕緣性能好、占地少、造價 低、動態(tài)范圍大、不易飽和的優(yōu)點；而采用數(shù)字化光纖通訊技術(shù)，取代傳統(tǒng)金屬電纜進(jìn)行 信息傳送，可大幅提高數(shù)據(jù)傳輸量，通訊也更可靠、快速。以上這些，為光纖數(shù)字化繼電 保護(hù)裝置逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)模擬量輸入的繼電保護(hù)裝置創(chuàng)造了良好的條件。

實用新型內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸量低，通訊不可靠、速度緩慢的缺陷，而提供了一種變電 站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置。
本實用新型的一種變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置，包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù) 據(jù)還原模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、時鐘同步模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及開關(guān)量輸入 輸出模塊，其中所述數(shù)據(jù)接收模塊通過數(shù)據(jù)還原模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接，時鐘同步模塊 分別與數(shù)據(jù)還原模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與開關(guān)量輸入輸出模塊分別與數(shù) 據(jù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)輸出模塊的輸入端連接。
所述數(shù)據(jù)還原模塊包括解碼校驗?zāi)K和數(shù)據(jù)排序處理模塊，解碼校驗?zāi)K與數(shù)據(jù)接收 模塊的數(shù)量均為N個，各數(shù)據(jù)接收模塊分別與其相對應(yīng)的解碼校驗?zāi)K的輸入端連接，各 解碼校驗?zāi)K的輸出端分別連接數(shù)據(jù)排序處理模塊，所述N為正整數(shù)。
其中
數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收不同通道電子互感器傳送的高速采樣數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)的光 信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給數(shù)據(jù)還原模塊；
數(shù)據(jù)還原模塊，使用的是大規(guī)?？删幊涕T陣列FPGA，包括解碼校驗?zāi)K和數(shù)據(jù)排序處理模塊，解碼校驗?zāi)K用于實現(xiàn)高壓側(cè)傳送數(shù)據(jù)的解碼和循環(huán)冗余校驗，數(shù)據(jù)排序處理 模塊用于對解碼及校驗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序后傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊；
數(shù)據(jù)處理模塊，用于對數(shù)據(jù)還原模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù) 據(jù)輸出模塊供其他設(shè)備使用；
時鐘同步模塊，用于識別數(shù)據(jù)還原模塊中的信號，將高精度同步信號發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換 模塊，并對異常情況進(jìn)行處理；
開關(guān)量輸入輸出模塊，用于采集現(xiàn)場的開關(guān)狀態(tài)信息，并將其按照IEC61850協(xié)議發(fā) 送給保護(hù)測控裝置，同時該模塊也接收保護(hù)測控裝置發(fā)出的跳閘命令。
本實用新型的有益效果在于-
(1) 本實用新型的裝置簡化了二次設(shè)備的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代變電站內(nèi)的裝置大多是數(shù)字裝 置，傳統(tǒng)的電磁互感器的模擬輸出信號到這些數(shù)字裝置需要經(jīng)過采樣保持、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、 模數(shù)(A/D)變換。數(shù)字式互感器送出的信號經(jīng)過智能裝置處理后，可以直接為數(shù)字裝置 所用，從而省去了數(shù)字裝置的這些信號變換電路，簡化了數(shù)字裝置的硬件結(jié)構(gòu)。
(2) 消除了測量數(shù)據(jù)傳輸過程中的系統(tǒng)誤差，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性。電磁 式互感器的誤差隨二次回路的負(fù)荷變化而變化，產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差不可預(yù)計，而數(shù)字式互感 器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)智能裝置處理后傳送的是數(shù)字信號，因而完全不受負(fù)載的影響，系統(tǒng)誤差 僅存在于互感器自身。
(3) 變電站自動化系統(tǒng)間隔層和過程層的連接方式更加開放和靈活。傳統(tǒng)變電站中， 當(dāng)多個不同裝置需要同一個互感器的信號時，就需要進(jìn)行復(fù)雜的二次接線，而智能裝置輸 出的數(shù)字信號可以很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可以利用現(xiàn)代通信技術(shù)實現(xiàn)點對點/多個點對點 或過程總線通信方式。這樣將完全取代大量的二次電纜線，徹底解決二次接線復(fù)雜的問題， 可實現(xiàn)真正意義上的信息共享。
可見，電子互感器與計量保護(hù)裝置的合理接口設(shè)計，不僅能簡化二次設(shè)備，而且能提 高整個系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性。接口的標(biāo)準(zhǔn)化還可促使變電站自動化通信控制系統(tǒng)的優(yōu) 化，并最終實現(xiàn)變電站內(nèi)的信息共享和系統(tǒng)集成。因此，針對數(shù)字式互感器與計量與保護(hù) 系統(tǒng)的接口技術(shù)研究，對數(shù)字式互感器應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)有著至關(guān)重要的促進(jìn)作 用。
另外，本實用新型的數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置也可以直接采集 模擬量和遙信量。

圖1是依據(jù)本實用新型的數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置的構(gòu)成示意
圖2是依據(jù)本實用新型的裝置的數(shù)據(jù)還原模塊的構(gòu)成示意圖； 圖3是本裝置在數(shù)字化變電站應(yīng)用示意圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實用新型的裝置包括包括數(shù)據(jù)接收模塊、基于現(xiàn)場可編程門陣列技 術(shù)的數(shù)據(jù)還原模塊；基于數(shù)字信號處理技術(shù)的數(shù)據(jù)處理模塊；基于正C61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù) 輸出模塊，基于GPS授時技術(shù)的時鐘同步模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及用于采集現(xiàn)場的開關(guān)狀態(tài) 信息的開關(guān)量輸入輸出模塊，其中所述數(shù)據(jù)接收模塊通過數(shù)據(jù)還原模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連 接，時鐘同步模塊分別與數(shù)據(jù)還原模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與開關(guān)量輸入 輸出模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)輸出模塊的輸入端連 接。其中數(shù)據(jù)處理模塊以采用CPU為佳。
如圖2所示，數(shù)據(jù)還原模塊完成不同通道電子互感器傳送的高速采樣數(shù)據(jù)，主要由解 碼校驗?zāi)K、數(shù)據(jù)排序模塊組成。
解碼校驗?zāi)K主要實現(xiàn)高壓側(cè)傳送數(shù)據(jù)的解碼和循環(huán)冗余校驗CRC (Cyclic Redundancy Check)。智能裝置由數(shù)字式互感器高壓側(cè)獲得數(shù)據(jù)，由于在高壓側(cè)電磁環(huán)境惡 劣，為保證數(shù)據(jù)的正確性，需要加入差錯控制碼，使一個不可靠的通信鏈路變成可靠的鏈 路。大規(guī)?？删幊涕T陣列FPGA可以實現(xiàn)智能裝置同時對12數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC，當(dāng)某路數(shù)據(jù) CRC不正確時，智能裝置仍應(yīng)保留此路數(shù)據(jù)并告知二次設(shè)備此數(shù)據(jù)無效。
利用大規(guī)?？删幊涕T陣列FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)智能裝置同時對12路數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和校驗， 但是實際上由于各路通道數(shù)據(jù)相互獨立，其數(shù)據(jù)信息到達(dá)智能裝置的時鐘各不相同，且前 后關(guān)系也不固定，所以在將12路數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊前，還要通過數(shù)據(jù)排序模塊的 處理實現(xiàn)列對12路數(shù)據(jù)進(jìn)行正確排序。
時鐘同步模塊主要包括以下3個功能①準(zhǔn)確可靠地識別信號；②給各路模數(shù)轉(zhuǎn)換 (A/D)模塊發(fā)送高精度的同步信號；③異常情況處理。
在實現(xiàn)時，針對物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的特性，數(shù)據(jù)輸出模塊有兩種具體的技術(shù)方案。一種是IEC60044-8中描述的通訊方式，使用內(nèi)插法或同步脈沖法得到輸出信號，并按照 IEC60870-5-l(遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)傳輸幀格式)規(guī)定的FT3數(shù)據(jù)幀格式封裝，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 另一種采用IEC61850-9-l描述的以太網(wǎng)接入方式，使用同步脈沖得到時鐘連續(xù)的一次電 流和電壓及抽樣信號，按照ISO/IEC8802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳 輸。
由于以太網(wǎng)具有良好的開放性、穩(wěn)定性、易維護(hù)性、便于實現(xiàn)互聯(lián)和互操作等特點， 因此，對于智能裝置與二次設(shè)備之間的數(shù)據(jù)輸出模塊，采用基于IEC61850的以太網(wǎng)絡(luò)通 信技術(shù)。
開關(guān)量輸入輸出模塊用于采集現(xiàn)場的開關(guān)狀態(tài)量，將其按照IEC61850協(xié)議發(fā)送給保 護(hù)裝置。同時，開關(guān)量輸入輸出模塊接收保護(hù)裝置發(fā)出的跳閘命令。
如圖3所示，是本裝置在數(shù)字化變電站應(yīng)用示意圖，本實用新型設(shè)計的智能裝置安裝 在互感器、斷路器附近，實現(xiàn)一次設(shè)備電壓、電流和開關(guān)信號的數(shù)據(jù)同步采集、傳輸以及 控制命令的執(zhí)行，包括數(shù)字式互感器通過光纖輸出的電流、電壓采樣值，以及常規(guī)電壓/ 電流互感器輸出的常規(guī)模擬信號、相應(yīng)間隔和其關(guān)聯(lián)部分的狀態(tài)信號采集、智能電子設(shè)備 (正D)數(shù)據(jù)通信等，并實現(xiàn)輸出信號(包括跳合閘輸出繼電器信號)控制。變電站內(nèi)所有的智 能裝置通過由全球定位系統(tǒng)(GPS)時鐘信號源產(chǎn)生的同步信號來實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步采樣,并按 IEC 61850的數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)通信要求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的標(biāo)準(zhǔn)交互，從而達(dá)到不同應(yīng)用數(shù) 據(jù)需求在過程層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。
本實用新型設(shè)計的數(shù)字化變電站智能裝置適應(yīng)變電站技術(shù)發(fā)展的趨勢，直接下放安裝 到開關(guān)小室，利用光纖以太網(wǎng)向保護(hù)裝置傳輸數(shù)字化的采樣值,徹底改變了原有變電站的二 次接線方式。這種智能裝置的使用可以極大的節(jié)省傳統(tǒng)變電站的電纜投資。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本實用新型進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說在不脫離本實用新型的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例 僅僅是例證性的，而不是對本實用新型的范圍的限制，本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要 求定義。
權(quán)利要求1、一種變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置，包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)還原模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、時鐘同步模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及開關(guān)量輸入輸出模塊，其特征在于所述數(shù)據(jù)接收模塊通過數(shù)據(jù)還原模塊與數(shù)據(jù)處理模塊連接，時鐘同步模塊分別與數(shù)據(jù)還原模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與開關(guān)量輸入輸出模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)輸出模塊的輸入端連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)還原模塊包括解碼校驗?zāi)K和 數(shù)據(jù)排序處理模塊，解碼校驗?zāi)K與數(shù)據(jù)接收模塊的數(shù)量均為N個，各數(shù)據(jù)接收模塊分別 與其相對應(yīng)的解碼校驗?zāi)K的輸入端連接，各解碼校驗?zāi)K的輸出端分別連接數(shù)據(jù)排序處 理模塊，所述N為正整數(shù)。
專利摘要本實用新型涉及一種數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸及控制智能裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)還原模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、時鐘同步模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及開關(guān)量輸入輸出模塊，本裝置的組成簡化了二次設(shè)備的結(jié)構(gòu)。其中數(shù)據(jù)還原模塊包括解碼校驗?zāi)K和數(shù)據(jù)排序處理模塊，采用了大規(guī)?？删幊涕T陣列電路實現(xiàn)數(shù)字式互感器傳送數(shù)據(jù)的并行處理，通過GPS時鐘同步處理模塊保證采樣精度在1us范圍內(nèi)，同時具有開關(guān)控制器和合并單元功能、可以直接處理數(shù)字式互感器和傳統(tǒng)互感器的數(shù)據(jù)，還可接收間隔層設(shè)備發(fā)出的通用面向變電站事件信息對斷路器進(jìn)行操作。
文檔編號G05B19/048GK201348729SQ20082012443
公開日2009年11月18日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者剛 李, 一 汪, 王慶平, 劍 覃, 陳翔宇, 鹿洪剛 申請人:中國電力科學(xué)研究院