變電站避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明變電站避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置及其控制方法涉及變電站避雷器運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集轉換傳輸技術領域，具體涉及一種用于智能變電站避雷器運行狀態(tài)同步信息采集與傳輸?shù)募夹g。
【背景技術】
[0002]目前，在變電站避雷器在線監(jiān)測的同步采集和傳輸技術的實現(xiàn)過程中，后端的信號處理也逐漸為廣大電力工作人員重視。信號處理技術的發(fā)展將得出更加精確有效的監(jiān)測結果，同時也為前段的避雷器在線監(jiān)測裝置提出了更高的要求?，F(xiàn)有成果表明，目前的在線監(jiān)測裝置普遍面臨信號采集同步性差、傳輸速度慢或通信協(xié)議不標準等問題。信號采集的同步性差，往往給后端的信號處理帶來極大的誤差。通信協(xié)議的不標準，導致信號格式不統(tǒng)一，為后臺信號處理帶來更大的工作量，并且還存在與其它自動化設備難以兼容的問題，在智能電網(wǎng)中的適用性也大打折扣。傳輸速度慢會造成數(shù)據(jù)采集時間的延長，跟不上后臺信號處理對速度的要求?；谏鲜鰡栴}，研發(fā)傳輸速度快、同步性能優(yōu)良且通信協(xié)議符合電力系統(tǒng)標準的在線監(jiān)測裝置成為避雷器在線監(jiān)測領域的研究熱點。在這樣的行業(yè)背景下，本發(fā)明對進一步推動電力系統(tǒng)智能變電站避雷器在線監(jiān)測具有非常重要的科技意義。

【發(fā)明內容】

[0003]
本發(fā)明的目的是針對上述不足之處提供一種變電站避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置及其控制方法，結合ZigBee無線傳輸技術、IEC61850-9-2的過程層采樣值轉換技術、IEEE1588網(wǎng)絡同步技術的優(yōu)點，把不同避雷器的信息按照統(tǒng)一規(guī)約進行無線傳輸，以實現(xiàn)對當前智能變電站避雷器運行狀態(tài)信息的全方位采集和統(tǒng)一分析，解決了現(xiàn)有變電站避雷器在線監(jiān)測過程中信息同步采集及傳輸問題。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供智能變電站避雷器運行狀態(tài)同步采集及傳輸裝置的控制方法。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案包括:(1)基于IEC61850-9-2的避雷器信息處理方法；(2)基于IEEE1588的時鐘同步方法；(3)基于無線傳輸模塊的實時傳輸方法，以上三種方法在本發(fā)明中被融合到信號處理模塊和ZigBee無線傳輸模塊里。
[0006]變電站避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置及其控制方法是采取以下技術方案實現(xiàn)的:變電站避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置包括傳感器模塊、信號處理模塊和ZigBee無線傳輸模塊，所述傳感器模塊由線圈繞制的霍爾電流傳感器組成;傳感器模塊將所采集的避雷器的電壓電流信號傳向信號處理模塊，所述電壓電流信號經(jīng)過信號處理模塊中的功率放大器放大后，經(jīng)ZigBee無線傳輸模塊傳向監(jiān)控中心的上位機。
[0007]信號處理模塊包括多通道AD及調理電路模塊、時鐘同步模塊、高速CPLD模塊(即復雜可編程邏輯元件模塊)、DSP模塊、IEC61850-9-2協(xié)議處理模塊、其它類型協(xié)議處理模塊和FPGA模塊;所述DSP模塊通過高速并行總線與高速CPLD模塊以及時鐘同步模塊連接，高速CPLD模塊通過并行數(shù)據(jù)通道與多通道AD及調理電路模塊以及其他類型協(xié)議處理模塊連接，時鐘同步模塊通過并口采集脈沖信號；所述DSP模塊通過FIFO接口與IEC61850-9-2協(xié)議處理模塊連接。
[0008]所述多通道AD以及調理電路模塊用來進行信號濾波、電路阻抗匹配、信號直流偏置以及信號電平轉換等；
所述時鐘同步模塊集成了同步時鐘方案，為采集信息提供精確的同步時標；同時時鐘同步模塊給高速CPLD模塊提供作為基準的秒脈沖信號，該秒脈沖信號也可以輸出給外部電子式互感器作為同步采集的基準信號；
所述高速CPLD模塊即復雜可編程邏輯元件模塊，用于實現(xiàn)多路模擬輸入的高速同步數(shù)/模轉換，具有容錯和自檢能力；
所述DSP模塊采用DSP數(shù)字信號處理器，用于對電子式互感器傳送的采樣值解析、裝置建模、文本描述生成以及MMS通信協(xié)議報文生成等；
所述其它類型協(xié)議數(shù)據(jù)處理模塊是可擴展模塊，用于實現(xiàn)除IEC 61850-9-2外的其它不同類型協(xié)議的數(shù)據(jù)處理功能。
[0009]所述傳感器模塊安置于距避雷器3cm處，有兩條引出線與信息處理模塊相連。
[0010]所述IEC61850-9-2協(xié)議處理模塊包括裝置信息模型模塊和通信服務模型模塊，完成裝置模型構建、定值、日志記錄、文件傳輸、采樣傳輸控制和對時的功能;所述IEC61850-9-2協(xié)議處理模塊的裝置信息模型模塊由邏輯裝置模塊、邏輯節(jié)點模塊和數(shù)據(jù)處理模塊構成；所述IEC61850-9-2協(xié)議處理模塊的通信服務模型模塊由定值模塊、日志記錄模塊、文件傳輸處理模塊、采樣傳輸控制模塊和對時模塊等構成。
[0011]ZigBee無線傳輸模塊包括晶振時鐘電路模塊、射頻輸入/輸出匹配電路模塊和微控制器接口電路模塊三個部分；
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，所述ZigBee無線傳輸模塊支持IEC61850協(xié)議，Zi gBee無線傳輸模塊中的晶振時鐘電路模塊的芯片本振信號由內部電路提供，需外加晶體振蕩器和兩個負載電容，電容的大小取決于晶體的頻率及輸入容抗等參數(shù)，當采用16MHz晶振時其電容值約為22pF;
所述射頻輸入/輸出匹配電路模塊用于匹配晶振時鐘電路模塊的芯片的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50 Ω，同時為芯片內部的PA及LNA提供直流偏置。
[0012]所述時鐘同步模塊采用IEEE1588時鐘同步協(xié)議。
[0013]所述的ZigBee無線傳輸模塊按照IEC-61850-9-2通信協(xié)議方式傳輸信息。
[0014]變電器避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置的控制方法，包括如下步驟:
(1)信息處理模塊由并行數(shù)據(jù)通道傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，根據(jù)時鐘同步模塊提供的秒脈沖信號在高速CPLD模塊中進行插值處理或抽取處理，并將處理后的采樣值信息打上時間標簽，送入IEC 61850-9-2協(xié)議處理模塊和FPGA模塊；
(2)IEC61850-9-2協(xié)議處理模塊和FPGA模塊按照步驟1)得到的采樣值信息以及開關狀態(tài)信息形成61850-9-2數(shù)據(jù)報文向ZigBee無線傳輸模塊發(fā)送；
(3)ZigBee無線傳輸模塊接收步驟2)中的61850-9-2數(shù)據(jù)報文并向數(shù)據(jù)中心發(fā)送。
[0015]綜上所述，智能變電站避雷器數(shù)據(jù)同步采集傳輸裝置控制方法包括如下步驟: (1)采樣值傳輸模型構建，采用發(fā)布者/訂閱者結構，由于整個通信過程由發(fā)布者的采樣值控制模塊進行控制，該傳輸模型中設置采樣值控制模塊，本設計中選擇多路采樣值傳輸控制模塊；
(2)為采樣值傳輸模型的具體構建提供一種實現(xiàn)途徑，構建IEC61850-9-2中的合并單元，作為邏輯設備完成采樣值傳輸模型中發(fā)布者的功能；
(3)采樣值傳輸及特定通信服務映射，發(fā)布者和訂閱者之間的通信采用獨立于通信系統(tǒng)的抽象通信服務接口，通過特殊通信服務映射方法SCSM映射到具體的通信協(xié)議和通信網(wǎng)絡上；
(4)采樣值傳輸模型在通信協(xié)議棧的映射以及協(xié)議棧中應用層功能和表示層功能在所述裝置中實現(xiàn)；
所述數(shù)據(jù)傳輸過程中的時鐘同步方法是指基于外部源的硬接線時鐘同步和基于IEEE1588的網(wǎng)絡同步以解決合并單元同步問題，包括如下步驟:
(1)采用基于報文傳輸?shù)牟蓸涌刂品绞?，信號為同步轉換命令CMD;
(2)CMD的生成采用軟件同步的方法；
(3)基于IEEE1588協(xié)議將時鐘同步網(wǎng)絡中的各個節(jié)點統(tǒng)一看作是時鐘，分為主時鐘和從時鐘，其中主時鐘作為準確時間的發(fā)布者同步從時鐘；
(4)在ZigBee無線傳輸模塊中定義一組通信報文:同步報文，跟隨報文，延時請求報文，延時響應報文，這些通信報文用于實現(xiàn)時鐘同步。
[0016]所述ZigBee無線傳輸模塊信號傳輸流程步驟如下:
(1)獲取信號；
(2)讀取標記的協(xié)議標識；
(3)判定是否為給定字節(jié)，如果回答是，讀取以太網(wǎng)類型碼，如果回答否，則繼續(xù)下一步；
(4)讀取標識的控制信息；
(5)判定是否小于門檻值，如果回答是，進入其它以太網(wǎng)幀，如果回答否，則繼續(xù)下一步；
(6)繼續(xù)判定是否等于期望值，如果回答是，繼續(xù)下一步，如果回答否，進入其它以太網(wǎng)幀；
(7)傳輸信號到控制中心的上位機。
[0017]采取上述方法與措施形成的數(shù)據(jù)采集轉換傳輸裝置可達到如下功能:
(1)對于避雷器運行狀態(tài)信息，按照IEC61850-9-2協(xié)議進行解析；
(2)對于不同避雷器運行狀態(tài)信息，由裝置內部AD進行同步采集，并給采集值打上時間標簽；
(3 )為裝置提供作為基準的同步采集秒脈沖；
(4)計算采集測量值，得到泄露電流幅值；
(5)避雷器運行狀態(tài)的采集量，并映射為IEC61850-9-2協(xié)議中的各邏輯設備、邏輯單元，生成裝置模型，并按照時間標簽將數(shù)據(jù)導入模型；
(6)將模型數(shù)據(jù)映射為相應的MMS(GBT16720.2-2005)報文發(fā)送；
本發(fā)明的有益效果是: (1)裝置的通信協(xié)議完全按照IEC61850標準來實現(xiàn)，易并入數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡，適應智能變電站統(tǒng)一通信平臺的發(fā)展趨勢；
(2)裝置自身可以產(chǎn)生同步秒脈沖，便于控制各避雷器的同步采集，更好地滿足智能變電站測控的需要；
(3)裝置實現(xiàn)了同步采集功能，可以同時實現(xiàn)智能變電站中多臺避雷器的運行狀態(tài)的實時采集，極大減少了在線監(jiān)測的成本，同時提高了后端信號處理結果的有效性，有利于大規(guī)模推廣；
(4)裝置的數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸技術，通信協(xié)議滿足IEC61850標準，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)格式，避免后端的數(shù)據(jù)格式轉換，同時節(jié)約了線、突破了距離控制限制，提高了在線監(jiān)測效率，更好地實現(xiàn)了智能變電站避雷器在線監(jiān)測的需求。
【附圖說明】
[0018]圖1本發(fā)明所述裝置的總體框架示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明所述裝置的內部結構框圖示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明所述裝置的時鐘同步處理模塊結構框圖示意圖。
[0021 ]圖4是本發(fā)明所述裝置中IEEE1588整體處理流程示意圖。
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