專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于智能變電站要求的多功能智能化數(shù)據(jù)采集裝置，屬于電力自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)向大容量、超高壓和特高壓方向發(fā)展，一次、二次設(shè)備向小型化、智能化、高可靠性方向發(fā)展。電子式互感器以其體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)范圍寬不易飽和、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，順應(yīng)了電力工程的發(fā)展要求，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字化變電站建設(shè)階段，對(duì)電子式互感器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的裝置一合并單元得到了廣泛的應(yīng)用，電子式互感器通過(guò)光纖與合并單元相連，并由合并單元將采樣值上送給間隔層IED，合并單元的使用能夠簡(jiǎn)化施工現(xiàn)場(chǎng)的電纜連接，減少占地面積，具有較大的工程價(jià)值，為智能電網(wǎng)的數(shù)字化需求提供有力保障，使用前景十分廣闊。但以前的合并單元多基于IEC60044-7/8和IEC61850-9-1等標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)字化變電站階段多采用IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求也較低，因此處于主流地位，但隨著IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)被IEC廢除以后，IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)成為了數(shù)據(jù)采集裝置的唯一標(biāo)準(zhǔn)。為此各廠家開(kāi)始研發(fā)基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的新型數(shù)據(jù)采集裝置，以替換當(dāng)前基于IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)的合并單元。由于該標(biāo)準(zhǔn)完全基于IEC61850模型和相應(yīng)的多播服務(wù)功能，對(duì)裝置的性能要求有很大的提高，勢(shì)必涉及產(chǎn)品的重新開(kāi)發(fā)，而非簡(jiǎn)單的升級(jí)改造，同時(shí)IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)也要求開(kāi)發(fā)廠家對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)也要有較為深入的理解，這就造成了 IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集裝置不多的原因。中國(guó)專(zhuān)利一種數(shù)字化數(shù)據(jù)采集裝置CN201010256490. 3就是針對(duì)此進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，它從根本上進(jìn)行了改變，成為了當(dāng)時(shí)數(shù)字化變電站技術(shù)最為領(lǐng)先的采集裝置。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，智能變電站作為智能電網(wǎng)建設(shè)的節(jié)點(diǎn)之一對(duì)當(dāng)前變電站的建設(shè)提出了新的要求，對(duì)數(shù)據(jù)采集也提出了新的要求，尤其是國(guó)家電網(wǎng)公司《智能變電站繼電保護(hù)規(guī)范》對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行了嚴(yán)格要求，不僅對(duì)規(guī)約進(jìn)行了擴(kuò)展，對(duì)發(fā)送端口數(shù)量也有了大幅提高；不僅要求支持IEC61850-9-2的網(wǎng)絡(luò)傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，也需要支持 IEC60044-8的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸；另外，智能變電站的數(shù)字化采樣取消了傳統(tǒng)的母線電壓采用電纜連接的方式，母線電壓從模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量后，傳統(tǒng)方式下母線電壓并列和切換的功能就落在了新的數(shù)據(jù)采集裝置的身上，這就對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置提出了更高的要求；由于電壓并列和切換在依賴(lài)電壓本身的同時(shí)還需要母聯(lián)開(kāi)關(guān)和隔離刀閘的狀態(tài)信息，這就提出了該采集裝置能夠接入遙信信息。另外，采用IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)采樣實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享的同時(shí)對(duì)采樣精度和組網(wǎng)方式也提出了新的要求。智能變電站在要求設(shè)備具有功能集成的同時(shí)也要求采集裝置能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)功能，能夠接收其它間隔的采樣數(shù)據(jù)并進(jìn)行融合。這一系列新的要求迫切需要從根本上開(kāi)發(fā)一種新的智能化多功能數(shù)據(jù)采集裝置
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，能夠滿足智能變電站發(fā)展建設(shè)的要求，不僅完全支持IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還支持IEC60044-8及其擴(kuò)展協(xié)議；不僅能夠發(fā)送采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠接收采樣數(shù)據(jù)，將外部數(shù)據(jù)與內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行有效融合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裝置級(jí)聯(lián)功能；不僅支持IEEE1588高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)功能，同時(shí)還支持 GMRP協(xié)議，能夠自動(dòng)進(jìn)行VLAN劃分；不僅具有智能化的PT并列和電壓切換功能，能夠通過(guò) GOOSE報(bào)文發(fā)送和接收狀態(tài)信息和告警信息，還能支持GOOSE網(wǎng)絡(luò)控制功能；同時(shí)該裝置具有智能化的調(diào)試功能，能夠靈活組態(tài)配置、動(dòng)態(tài)仿真、自動(dòng)診斷、自動(dòng)校驗(yàn)等多種功能。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于， 包含
提供工作電源的電源板；接入220V交直流電壓，為裝置提供工作電源； 包含可接入電子式電壓互感器、電子式電流互感器輸出的數(shù)字信號(hào)的FT3串口采樣板、可接入模擬電壓和電流信號(hào)的AC采樣板或可接入模擬小信號(hào)的采樣值的AS采樣板中的一種或多種；
CPU板包含兩對(duì)(或兩組，既4個(gè)光口，發(fā)送接收各一個(gè)口即為一對(duì)或一組)收發(fā)光纖網(wǎng)絡(luò)口，一對(duì)用于GOOSE和IEEE1588組網(wǎng)，另一對(duì)用于IEC61850-9-2采樣報(bào)文組網(wǎng)；還包含多個(gè)用于IEC61850-9-2采樣報(bào)文的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送或組網(wǎng)通信的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；
CPU擴(kuò)展板包含多個(gè)IEC60044-8格式的采樣報(bào)文的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；還包含用于接收外部發(fā)送的IEC60044-8擴(kuò)展格式的采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；
總線背板與所述電源板、AC采樣板、AS采樣板、FT3串口采樣板、CPU板、CPU擴(kuò)展板連接，所述電源板、AC采樣板、AS采樣板、FT3串口采樣板、CPU板、CPU擴(kuò)展板之間通過(guò)所述總線背板中的內(nèi)部總線通信。所述電源板具有多個(gè)遙信通道，或通過(guò)電纜接入多路開(kāi)關(guān)信號(hào)量，或通過(guò)GOOSE 網(wǎng)絡(luò)接收外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)量。較佳的方案是電源板通過(guò)電纜接入16路開(kāi)關(guān)信號(hào)量。所述AC采樣板可接入多路電磁式互感器輸出的模擬電壓、電流信號(hào)，較佳的方案是接入4路電壓、4路保護(hù)電流、3路測(cè)量電流信號(hào)。所述AS采樣板可接入多路模擬小信號(hào)互感器輸出的電流、電壓信號(hào)，較佳的方案是接入4路電壓、4路保護(hù)電流、3路測(cè)量電流信號(hào)。所述FT3板可接入多路電子式電壓互感器、電子式電流互感器輸出的數(shù)字信號(hào)。較佳的方案是FT3串口采樣板接入7路電子式電壓互感器、電子式電流互感器的采集的數(shù)字信號(hào)。所述CPU板用于數(shù)據(jù)的采樣處理，以及采樣報(bào)文的發(fā)送，同時(shí)接收外部IEEE1588 對(duì)時(shí)報(bào)文，發(fā)送和接收GOOSE報(bào)文。具有兩對(duì)收發(fā)光纖網(wǎng)絡(luò)口，包含一對(duì)發(fā)送接收GOOSE 報(bào)文、接收IEEE1588對(duì)時(shí)報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口、一對(duì)發(fā)送IEC61850-9-2格式報(bào)文并接受 IEEE1588對(duì)時(shí)報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口、8個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送IEC61850-9-2采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；
所述CPU擴(kuò)展板包含12個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送IEC60044-8格式采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口、2個(gè)接收IEC60044-8擴(kuò)展格式采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口。所述CPU板上的光纖網(wǎng)絡(luò)口中，包含2個(gè)具有數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)功能、可接收跨間隔的采樣數(shù)據(jù)的光纖網(wǎng)絡(luò)口。所述光纖網(wǎng)絡(luò)口均為百兆ST模式的光纖網(wǎng)絡(luò)口。包含具有電壓并列和切換功能的兩個(gè)操作把手，其中，第一操作把手包含遠(yuǎn)方和就地兩個(gè)狀態(tài)檔位切換開(kāi)關(guān)，第二操作把手包含執(zhí)行并I母、解列和并II母三種操作指令的三檔位切換開(kāi)關(guān)。包含用于連接設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試網(wǎng)口。包含可根據(jù)需求選擇配置的獨(dú)立的液晶顯示板，所述液晶顯示板通過(guò)串口通信的方式與所述總線背板連接。液晶顯示板可顯示裝置的采樣數(shù)據(jù)，故障事件記錄以及參數(shù)的整定。所述CPU板內(nèi)部采用PowerPC+MCU+FPGA的組合設(shè)計(jì)架構(gòu)；PowerPC采用RISC 結(jié)構(gòu)；MCU ( Microcontroller Unit)是一種微控制器，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)通信; FPGA是可編程現(xiàn)場(chǎng)邏輯陣列。其中PowerPC采用支持千兆網(wǎng)絡(luò)通信和IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的PowerPC8313系列芯片；MCU采用支持百兆網(wǎng)絡(luò)通信和高速運(yùn)算的系列芯片，可采用 ColeFireMCF5274系列芯片；FPGA采用基于90nm技術(shù)的Spartan_3A器件。前述數(shù)據(jù)采樣裝置具有模擬量采樣、模擬小信號(hào)采樣和數(shù)字化采樣功能。裝置的AC采樣板能夠通過(guò)電纜接入模擬電壓和電流；而FT3串口采樣板則能夠接入電子式電流互感器和電壓互感器輸出的數(shù)字量；AS采樣板可接入模擬小信號(hào)的采樣值，三種采樣板件可根據(jù)實(shí)際的工程靈活配置，該裝置可同時(shí)支持上述三種采樣方式。前述數(shù)據(jù)采樣裝置支持IEC61850-9-2和IEC60044-8規(guī)約。裝置不僅能夠支持IEC60044-8報(bào)文及擴(kuò)展格式報(bào)文的傳輸，實(shí)現(xiàn)保護(hù)采樣的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接；還支持 IEC61850-9-2報(bào)文格式的采樣報(bào)文，實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化共享。采用IEC61850-9-2格式的采樣報(bào)文由CPU板發(fā)出，除具有一個(gè)組網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)口以外，還具有8個(gè)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；采用IEC60044-8及擴(kuò)展格式的采樣報(bào)文由CPU擴(kuò)展板負(fù)責(zé)發(fā)送，具有12個(gè)發(fā)送光纖網(wǎng)絡(luò)口，便于實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。各種方式下的采樣頻率可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行硬件撥碼實(shí)現(xiàn)，目前支持4K、4. 8Κ5Κ等多種方式。本文的光纖網(wǎng)絡(luò)口以下也簡(jiǎn)稱(chēng)為光前述數(shù)字化數(shù)據(jù)采樣裝置具有數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)功能。該裝置不僅能夠采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)還能對(duì)接收其它數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的IEC60044-8擴(kuò)展格式報(bào)文。CPU板具有2路光纖網(wǎng)絡(luò)接口，可將來(lái)自兩個(gè)不同間隔的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，確保不同間隔相同采樣點(diǎn)號(hào)時(shí)序的統(tǒng)一，以實(shí)現(xiàn)跨間隔采樣數(shù)據(jù)的傳輸。1)當(dāng)裝置CPU板接收到外部發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)收到以后，會(huì)對(duì)采樣各通道的采樣數(shù)據(jù)分別儲(chǔ)存，外部發(fā)送的數(shù)據(jù)可能存在采樣頻率與裝置不統(tǒng)一或者丟點(diǎn)的情況，裝置會(huì)對(duì)各通道接收的數(shù)據(jù)按照裝置實(shí)際的采樣頻率進(jìn)行插值計(jì)算，并將時(shí)間補(bǔ)償以后將數(shù)據(jù)整合成同一頻率和統(tǒng)一序列的數(shù)據(jù)，之后進(jìn)行報(bào)文的處理。2)當(dāng)接受的采樣報(bào)文所有數(shù)據(jù)都需要接收時(shí)，本裝置會(huì)將同一采樣時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)按照配置的順序組織報(bào)文，按照IEC61850-9-2或者IEC60044-8擴(kuò)展格式發(fā)送數(shù)據(jù)。3)當(dāng)接收的采樣報(bào)文中僅有個(gè)別數(shù)據(jù)需要接收時(shí)，本裝置會(huì)根據(jù)配置取出需要的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)時(shí)間補(bǔ)償將同一時(shí)刻外部采樣數(shù)據(jù)和內(nèi)部采樣數(shù)據(jù)按照IEC61850-9-2 格式或者IEC60044-8格式進(jìn)行組包。前述數(shù)字化數(shù)據(jù)采樣裝置能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)關(guān)位置的直接采集和網(wǎng)絡(luò)接收兩種方式。開(kāi)關(guān)、刀閘的狀態(tài)可通過(guò)電纜直接接入裝置，最多可接入16路遙信；也可通過(guò)G00SE網(wǎng)絡(luò)接收智能開(kāi)關(guān)或者智能操作箱發(fā)送的開(kāi)關(guān)狀態(tài)量；并將裝置內(nèi)部的狀態(tài)信息、告警信息通過(guò)GOOSE報(bào)文發(fā)送。前述數(shù)字化數(shù)據(jù)采樣裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電壓并列和切換功能。在變電站內(nèi)部不同運(yùn)行方式下，針對(duì)單母單分段方式，可以實(shí)現(xiàn)母線電壓的并列功能，即采樣報(bào)文發(fā)送的兩段母線的電壓值完全相同；對(duì)于雙母線運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)I母和II母電壓的自動(dòng)切換。上述功能需要配置兩把操作把手，并通過(guò)內(nèi)部一整套完整的操作邏輯實(shí)現(xiàn)。1)裝置電壓并列的功能需要通過(guò)配置兩個(gè)操作把手來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中的操作把手1是兩檔位切換，用來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置遠(yuǎn)方或者就地狀態(tài)；操作把手2是三檔位切換開(kāi)關(guān)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置的并I母、解列和并II母三種操作指令。操作把手配合裝置組屏安裝。若裝置在實(shí)際變電站中就地下方，安裝于現(xiàn)場(chǎng)，則可通過(guò)配置，將裝置設(shè)定成遠(yuǎn)方狀態(tài)，即通過(guò)GOOSE報(bào)文的方式電壓并列的操作指令。2)該采樣裝置具有就地和遠(yuǎn)方兩種操作模式，具體可通過(guò)組屏的操作把手來(lái)接入裝置。當(dāng)處于遠(yuǎn)方狀態(tài)時(shí)，電壓并列功能由監(jiān)控后臺(tái)或者調(diào)度遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)，再由間隔層設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的GOOSE報(bào)文來(lái)對(duì)裝置進(jìn)行控制；當(dāng)裝置處于就地模式時(shí)，裝置會(huì)按照操作把手2 的操作命令進(jìn)行邏輯判斷，之后切換發(fā)送的采樣電壓值。3)該采樣裝置有兩種方式實(shí)現(xiàn)母聯(lián)開(kāi)關(guān)、I母和II母隔離刀閘的開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集。 具體可通過(guò)對(duì)裝置的遙信來(lái)源進(jìn)行配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)遙信來(lái)源配置成裝置本身時(shí)，開(kāi)關(guān)信息只從電源板上讀?。划?dāng)遙信來(lái)源配置成GOOSE方式時(shí)，僅通過(guò)GOOSE報(bào)文來(lái)接收。4)該裝置在執(zhí)行電壓并列功能時(shí)還會(huì)進(jìn)行邏輯判斷。即當(dāng)本地或者遠(yuǎn)方進(jìn)行并I 母、并II母或者解列操作時(shí)，裝置會(huì)根據(jù)母聯(lián)開(kāi)關(guān)、I母和II母隔離刀閘的位置進(jìn)行邏輯判斷。當(dāng)進(jìn)行并I母操作時(shí)，必須母聯(lián)開(kāi)關(guān)和I母隔離刀閘在合位才會(huì)切換輸出電壓；當(dāng)進(jìn)行并II母電壓操作時(shí)，必須母聯(lián)開(kāi)關(guān)和II母隔離刀閘都在合位才會(huì)切換輸出電壓。當(dāng)進(jìn)行解列操作時(shí)，無(wú)須判斷直接解列，即各自輸出各自母線的電壓。5)裝置電壓切換功能的實(shí)現(xiàn)僅需通過(guò)判斷雙母線上各隔離刀閘的狀態(tài)信息即可， 刀閘為合位的母線電壓即是裝置發(fā)送的實(shí)際電壓。具體切換由裝置自動(dòng)完成。前述數(shù)字化數(shù)據(jù)采樣裝置能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)功能。CPU板內(nèi)部采用了 PowerPC8313系列芯片，不僅具有千兆網(wǎng)絡(luò)通信，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)功能， 進(jìn)而將數(shù)據(jù)采樣同步的時(shí)間誤差控制在300ns以下，能夠大大提高采樣精度，滿足變電站所有采樣精度的要求。目前CPU板的第一對(duì)網(wǎng)口用來(lái)發(fā)送接收GOOSE報(bào)文、接收IEEE1588 對(duì)時(shí)報(bào)文；第二對(duì)網(wǎng)口用來(lái)發(fā)送IEC61850-9-2報(bào)文并接受IEEE1588對(duì)時(shí)，其他網(wǎng)口可實(shí)現(xiàn)IEC61850-9-2報(bào)文點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者組網(wǎng)通信。還支持GMRP協(xié)議，能夠自動(dòng)進(jìn)行VLAN劃分。 CPU擴(kuò)展板通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換芯片實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)口的報(bào)文發(fā)送，擴(kuò)展網(wǎng)口均為百兆ST模式的光纖網(wǎng)絡(luò)口，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式下發(fā)送IEC60044-8擴(kuò)展格式的報(bào)文。前述數(shù)字化數(shù)據(jù)采樣裝置具有組態(tài)配置、動(dòng)態(tài)仿真、自動(dòng)校驗(yàn)以、自動(dòng)診斷及網(wǎng)絡(luò)調(diào)試等多種智能化的調(diào)試功能，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、工程配置的需求，具體如下
1)裝置具有靈活的組態(tài)配置功能。裝置的采樣頻率、每組報(bào)文包括的采樣點(diǎn)數(shù)、發(fā)送端口等信息都可以靈活整定，通過(guò)配置，同一報(bào)文可以從同一端口或者幾個(gè)端口同時(shí)發(fā)出，完全能夠滿足工程應(yīng)用的要求。裝置的基本配置以及發(fā)送數(shù)據(jù)的配置全部遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)模型的要求，通過(guò)XML文件進(jìn)行配置。2)裝置具有動(dòng)態(tài)仿真功能。在將裝置的工作方式設(shè)置為仿真模式后，可以在不接入外來(lái)電壓電流的情況下，自動(dòng)設(shè)定發(fā)送采樣電壓、電流的額定值以及角度，裝置根據(jù)采樣頻率自動(dòng)發(fā)送以額定值和初始相角為參數(shù)的正弦波采樣值。3)裝置具有自動(dòng)校驗(yàn)功能。在外部輸入額定電壓、電流的信號(hào)時(shí)，只需通過(guò)液晶操作或者設(shè)置自動(dòng)校驗(yàn)函數(shù)的額定參數(shù)值，裝置即可自動(dòng)計(jì)算現(xiàn)有硬件條件下各采樣通道的偏差及修正系數(shù)，極大提高了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率。4)裝置具有自診斷功能。能夠通過(guò)自檢函數(shù)打印出設(shè)備從裝置上電、硬件自檢、讀取配置文件及數(shù)據(jù)校驗(yàn)、采樣處理、報(bào)文組織、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)等各個(gè)環(huán)節(jié)的故障信息清晰打印，有利于快速查找故障原因。5)裝置具有網(wǎng)絡(luò)調(diào)試接口。打開(kāi)裝置的液晶面板后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試網(wǎng)口，可以方便的連接設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，即使裝置的程序故障無(wú)法正常啟動(dòng)時(shí)該網(wǎng)絡(luò)也可進(jìn)行連接，便于在裝置不配置液晶面板的情況下進(jìn)行調(diào)試和檢測(cè)。前述數(shù)字化數(shù)據(jù)采樣裝置具有可增減的液晶顯示插件。液晶顯示插件通過(guò)串口通信的方式與CPU板連接，有效確保了該模塊的獨(dú)立。當(dāng)裝置現(xiàn)場(chǎng)組屏配置于室內(nèi)時(shí)，能夠通過(guò)液晶配置查看裝置的各項(xiàng)參數(shù)和采樣數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠顯示各種故障告警信息，便于故障的處理和維護(hù)；當(dāng)裝置隨電子式互感器配置于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)可取消液晶配置，僅通過(guò)調(diào)試口即可進(jìn)行操作，不影響裝置功能。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果
本發(fā)明的多功能智能化數(shù)據(jù)采集裝置，可滿足智能變電站發(fā)展建設(shè)的各項(xiàng)需求，具有廣闊的市場(chǎng)空間。該裝置不僅完全支持IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還支持IEC60044-8及其擴(kuò)展協(xié)議；不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，還具有級(jí)聯(lián)功能，能夠接收采樣數(shù)據(jù)并與裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；不僅具有智能化的PT并列和電壓切換功能，還能夠通過(guò)GOOSE報(bào)文發(fā)送和接收狀態(tài)信息和告警信息，支持GOOSE網(wǎng)絡(luò)控制功能；不僅支持IEEE1588高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)功能，同時(shí)還支持GMRP協(xié)議，能夠自動(dòng)進(jìn)行VLAN劃分；該裝置具有智能化的調(diào)試功能，能夠靈活組態(tài)配置、動(dòng)態(tài)仿真、自動(dòng)診斷、自動(dòng)校驗(yàn)等多種功能。


圖1為本發(fā)明裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為電壓并列典型接線圖3為電壓切換典型接線圖； 圖4為裝置電壓并列功能的邏輯圖； 圖5為組屏上的操作把手示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本裝置主要由AC采樣板、FT3串口采樣板、Power電源板、CPU板、 CPU擴(kuò)展板、總線背板、液晶顯示板(或稱(chēng)液晶面板)組成。AC采樣板和FT3串口采樣板用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，總線背板用來(lái)接入其它板件并實(shí)現(xiàn)板件間的總線通信，Power電源板為裝置提供電源，并可通過(guò)電纜接入16路信號(hào)量；CPU板負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理及組織報(bào)文，同時(shí)接收IEEE1588對(duì)時(shí)，向交換機(jī)發(fā)送GMRP報(bào)文用以動(dòng)態(tài)建立VLAN，發(fā)送IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的采樣報(bào)文及GOOSE報(bào)文并參與過(guò)程層組網(wǎng)。CPU擴(kuò)展板用來(lái)通過(guò)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的方式發(fā)送采樣報(bào)文，同時(shí)接收其它裝置發(fā)送的采樣報(bào)文。AS采樣板、AC采樣板、FT3串口采樣板三種接入方式實(shí)際工程一般不同時(shí)全部采用。通常AS采樣板和AC采樣板擇一選用，或者也可搭配FT3串口采樣板。也即采樣模式可以采用FT3串口采樣+AS采樣模式，或者采用FT3串口采樣+AC采樣模式，或者僅采用FT3 串口采樣模式，或者僅采用AS采樣模式，或者僅采用AC采樣模式。本實(shí)施例中采用FT3串口采樣+AC采樣的模式，即使用AC采樣板和FT3串口采樣板搭配的方式為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。整個(gè)裝置的具體實(shí)現(xiàn)流程如下
裝置模型組態(tài)配置由于該裝置完全支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，為方便今后的通用性和互操作性，必須按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的模型配置文件，配置發(fā)送的數(shù)據(jù)集、多播采樣控制模塊、外部接入的采樣數(shù)據(jù)以及發(fā)送端口的配置等。除此之外，還需要配置與模型無(wú)關(guān)的裝置特有屬性參數(shù)，如各電子式互感器廠家類(lèi)型、各串口通信的額定延時(shí)、串口晶振頻率等。最后模型配置生成XML文件下載到裝置中，而裝置特殊屬性配置則生成一個(gè)二進(jìn)制文件下載到裝置。若裝置電壓并列和切換采用GOOSE方式接收母聯(lián)開(kāi)關(guān)及刀閘的采樣數(shù)據(jù)，還需要配置相應(yīng)的虛端子，即將發(fā)送來(lái)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息的GOOSE報(bào)文與裝置內(nèi)部相對(duì)應(yīng)的接收量相關(guān)聯(lián)。同時(shí)也可通過(guò)GOOSE報(bào)文將裝置電壓并列、解列或者切換的結(jié)果以及其它狀態(tài)告警信息發(fā)送出去。若通過(guò)GOOSE方式接收電壓并列或切換命令，還需將控制命令發(fā)送設(shè)備的模型加入其中進(jìn)行關(guān)聯(lián)，最后涉及到GOOSE配置的模型會(huì)單獨(dú)生成GOOSE配置文件。到此共有裝置特有屬性配置文件、采樣報(bào)文模型文件和GOOSE配置文件三項(xiàng)。裝置采樣接收針對(duì)AC采樣板和AS采樣板，裝置通過(guò)中斷定時(shí)讀取采樣AD芯片的數(shù)據(jù)。AC采樣板和AS采樣板能夠接入保護(hù)的三相電壓、電流，測(cè)量的三相電流以及保護(hù)用的中性點(diǎn)電壓等。針對(duì)FT3串口采樣板，具有7路串口信息，用來(lái)接入變電站一個(gè)間隔的 4路電壓和3路電流。裝置通過(guò)FPGA定時(shí)發(fā)送采樣脈沖，電子式互感器在接收到采樣脈沖后將采樣數(shù)據(jù)按照FT3的格式發(fā)送給采樣裝置，整個(gè)采樣頻率由晶振來(lái)控制。當(dāng)裝置僅接入一種板件的時(shí)候，采樣數(shù)據(jù)按照各自的點(diǎn)號(hào)進(jìn)行處理，當(dāng)AC采樣板或AS采樣板和FT3串口采樣板混合使用的時(shí)候，首先以AC采樣板為基準(zhǔn)，其次以AS采樣板為基礎(chǔ)，由于串口通信存在的延遲，根據(jù)不同廠家的電子式互感器，存在1-2個(gè)點(diǎn)的采樣延遲，電子式互感器的當(dāng)前采樣點(diǎn)與AD采樣的前一個(gè)或者兩個(gè)點(diǎn)為組進(jìn)行后續(xù)報(bào)文的處理。當(dāng)裝置通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)口也接受其它間隔的采樣數(shù)據(jù)時(shí)，以裝置直接采樣的點(diǎn)號(hào)為基準(zhǔn)，接受的數(shù)據(jù)由MCF進(jìn)行重新插值和采樣，將其調(diào)整為與裝置內(nèi)部相同的節(jié)奏進(jìn)行報(bào)文組包。裝置遙信接收裝置電源板具有16個(gè)遙信通道，可通過(guò)電纜連接16路信號(hào)量；裝置在通過(guò)FT3串口采樣板進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣時(shí)，通過(guò)IEC60044-8上送的還有電子式互感器的狀態(tài)信息；裝置也可以通過(guò)GOOSE接收智能操作箱發(fā)送的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息，具體的實(shí)現(xiàn)通過(guò)虛端子預(yù)先配置，以實(shí)現(xiàn)接收遙信與裝置內(nèi)部信號(hào)之間的匹配。具體采樣哪種方式可通過(guò)預(yù)先配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。裝置報(bào)文組織采樣數(shù)據(jù)接收后首先會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行判斷，并對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的品質(zhì)進(jìn)行置位，然后按照具體的配置進(jìn)行報(bào)文的組包。根據(jù)IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文的組織由MPC完成，但交由CPU板的MCF芯片定時(shí)發(fā)送，如此可以避免組網(wǎng)時(shí)實(shí)時(shí)系統(tǒng)不確定性帶來(lái)的延時(shí)；根據(jù)IEC60044-8擴(kuò)展格式的報(bào)文也由MPC組織，但通過(guò)CPU擴(kuò)展板的光口進(jìn)行發(fā)送；CPU板發(fā)送IEC61850-9-2報(bào)文的網(wǎng)口可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活配置，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)網(wǎng)口同時(shí)進(jìn)行發(fā)送；CPU板擴(kuò)展板發(fā)送IEC60044-8格式的報(bào)文無(wú)效額外配置，其內(nèi)部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換芯片，只要一個(gè)口配置發(fā)送，其它的網(wǎng)口可同時(shí)發(fā)送相同的采樣報(bào)文，以滿足智能變電站繼電保護(hù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的要求。裝置狀態(tài)和告警信息發(fā)送裝置通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相關(guān)的狀態(tài)和告警信息，具體涉及通過(guò)FT3串口采樣板采樣所接入的電子式互感器的狀態(tài)信息以及裝置內(nèi)部程序處理時(shí)遇到的一些錯(cuò)誤和故障信息，如采樣不連續(xù)等；同時(shí)也可將裝置PT并列和切換的結(jié)果發(fā)送出去，給控制方已反饋。裝置對(duì)時(shí)的處理裝置CPU板具有的光口可接入秒脈沖、IRIG-B和IEEE1588三種對(duì)時(shí)方式，具體的對(duì)時(shí)方式可以通過(guò)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。裝置PT并列和切換功能裝置組屏?xí)r需要外部配備兩個(gè)操作把手，操作把手在組屏上的示意圖如圖5所示，操作把手1用來(lái)接入遠(yuǎn)方/就地信號(hào)，操作把手2用來(lái)接入并I 母/解列/并II母信號(hào)，這些是操作指令。當(dāng)裝置處于就地狀態(tài)時(shí)，電壓并列的實(shí)現(xiàn)通過(guò)另外的把手來(lái)實(shí)現(xiàn)，電壓并列典型接線圖如圖2所示；當(dāng)裝置處于遠(yuǎn)方狀態(tài)時(shí)，具體的操作由遠(yuǎn)方通過(guò)GOOSE發(fā)送來(lái)的操作命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于母聯(lián)和分段開(kāi)關(guān)的遙信，可通過(guò)遙信接入或者GOOSE接收，然后按照系列操作邏輯進(jìn)行電壓并列操作，如圖4所示。在任何狀態(tài)下， 只要母聯(lián)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，則輸出也立即按照默認(rèn)方式發(fā)送電壓(即I母輸出I母電壓，II母輸出 II母電壓)。電壓切換功能相對(duì)簡(jiǎn)單，電壓切換典型接線圖如圖3所示，主要是根據(jù)雙母線 I線、II母情況下母聯(lián)隔離刀閘1G、2G的狀態(tài)來(lái)判斷。裝置組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)裝置具有GMRP功能，能夠根據(jù)實(shí)際工程的需求自動(dòng)進(jìn)行VLAN的劃分，進(jìn)而有效降低采樣接收端口的通信流量，實(shí)現(xiàn)全站VLAN的動(dòng)態(tài)控制功能。具體發(fā)送的多播地址可以根據(jù)實(shí)際靈活配置。裝置的液晶顯示功能液晶顯示插件為獨(dú)立的模板，可根據(jù)實(shí)際的需求選配，液晶顯示插件通過(guò)串行總線與總路線背板進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)顯示與功能的獨(dú)立。通過(guò)界面能夠清晰顯示當(dāng)前裝置發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)、各通道的測(cè)量系數(shù)、裝置的參數(shù)、相關(guān)故障記錄以及裝置調(diào)試菜單。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)能夠方便的進(jìn)行調(diào)試。裝置的智能調(diào)試功能裝置具有自校驗(yàn)功能，在采用AC采樣板或者AS采樣板采樣的情況下，在外部輸入額定電壓、電流的情況下，裝置能夠自動(dòng)計(jì)算采樣數(shù)據(jù)和額定值的偏差并計(jì)算出各采樣通道的測(cè)量系數(shù)和偏移量；裝置具有自診斷功能，在將裝置設(shè)置成調(diào)試標(biāo)志使能以后，通過(guò)調(diào)用裝置的自檢函數(shù)，能夠?qū)⒀b置在各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的錯(cuò)誤全部清晰的打印出來(lái)，便于調(diào)試和維護(hù)；裝置具有動(dòng)態(tài)仿真功能，在不接入外部數(shù)據(jù)的情況下，能夠按照配置的額定電壓、電流量和指定的采樣頻率發(fā)送連續(xù)的采樣數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，包含提供工作電源的電源板；包含可接入模擬電壓和電流信號(hào)的AC采樣板、可接入模擬小信號(hào)的采樣值的AS采樣板、可接入電子式電壓互感器、電子式電流互感器輸出的數(shù)字信號(hào)的FT3串口采樣板中的一種或多種；CPU板包含兩對(duì)收發(fā)光纖網(wǎng)絡(luò)口，一對(duì)用于GOOSE和IEEE1588組網(wǎng)，另一對(duì)用于 IEC61850-9-2采樣報(bào)文組網(wǎng)；還包含多個(gè)用于IEC61850-9-2采樣報(bào)文的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送或組網(wǎng)通信的光纖網(wǎng)絡(luò)口；CPU擴(kuò)展板包含多個(gè)IEC60044-8格式的采樣報(bào)文的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；還包含用于接收外部發(fā)送的IEC60044-8擴(kuò)展格式的采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；總線背板與所述電源板、AC采樣板、AS采樣板、FT3串口采樣板、CPU板、CPU擴(kuò)展板連接，所述電源板、AC采樣板、AS采樣板、FT3串口采樣板、CPU板、CPU擴(kuò)展板之間通過(guò)所述總線背板中的內(nèi)部總線通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述電源板具有多個(gè)遙信通道，或通過(guò)電纜接入多路開(kāi)關(guān)信號(hào)量，或通過(guò)GOOSE網(wǎng)絡(luò)接收外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述AC采樣板接入多路電磁式互感器輸出的模擬電壓、電流信號(hào)；所述AS采樣板接入多路模擬小信號(hào)互感器輸出的電流、電壓信號(hào)；所述FT3串口采樣板接入多路電子式電壓互感器、電子式電流互感器輸出的數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述CPU 板上包含一對(duì)發(fā)送接收GOOSE報(bào)文、接收IEEE1588對(duì)時(shí)報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口、一對(duì)發(fā)送IEC61850-9-2格式報(bào)文并接受IEEE1588對(duì)時(shí)報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口、8個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送 IEC61850-9-2采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口 ；所述CPU擴(kuò)展板包含12個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送IEC60044-8 格式采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口、2個(gè)接收IEC60044-8擴(kuò)展格式采樣報(bào)文的光纖網(wǎng)絡(luò)口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述CPU板上的光纖網(wǎng)絡(luò)口中，包含2個(gè)具有數(shù)據(jù)級(jí)聯(lián)功能、可接收跨間隔的采樣數(shù)據(jù)的光纖網(wǎng)絡(luò)口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述光纖網(wǎng)絡(luò)口均為百兆ST模式的光纖網(wǎng)絡(luò)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，包含具有電壓并列和切換功能的兩個(gè)操作把手，其中，第一操作把手包含遠(yuǎn)方和就地兩個(gè)狀態(tài)檔位切換開(kāi)關(guān)，第二操作把手包含執(zhí)行并I母、解列和并II母三種操作指令的三檔位切換開(kāi)關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，包含用于連接設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置、動(dòng)態(tài)仿真、自動(dòng)診斷、自動(dòng)校驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試網(wǎng)口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，包含可根據(jù)需求選擇配置的獨(dú)立的液晶顯示板，所述液晶顯示板通過(guò)串口通信的方式與所述總線背板連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述CPU 板內(nèi)部采用PowerPC+MCU+FPGA的組合設(shè)計(jì)架構(gòu)；其中PowerPC采用支持千兆網(wǎng)絡(luò)通信和IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的PowerPC8313系列芯片；MCU采用支持百兆網(wǎng)絡(luò)通信和高速運(yùn)算的 MCF系列芯片；FPGA采用基于90nm技術(shù)的Spartan_3A器件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能的智能化數(shù)據(jù)采集裝置，包括電源板、CPU板、CPU擴(kuò)展板、總線背板，至少包含AC采樣板、AS采樣板、FT3串口采樣板的其中之一。該裝置不僅支持IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，同時(shí)還支持IEC60044-8及其擴(kuò)展協(xié)議的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸；能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，具有級(jí)聯(lián)功能，能夠接收采樣數(shù)據(jù)并與裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；具有智能化的PT并列和電壓切換功能，通過(guò)GOOSE報(bào)文發(fā)送和接收狀態(tài)信息和告警信息，支持GOOSE網(wǎng)絡(luò)控制功能；支持IEEE1588高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)功能，支持GMRP協(xié)議，自動(dòng)進(jìn)行VLAN劃分；具有智能化的調(diào)試功能，能夠靈活組態(tài)配置、動(dòng)態(tài)仿真、自動(dòng)診斷、自動(dòng)校驗(yàn)等。
文檔編號(hào)H02J13/00GK102231568SQ201110186649
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者何昭輝, 倪益民, 徐石明, 李娟 , 樊陳, 檀勇, 沈健, 謝黎, 韓偉, 黃國(guó)方 申請(qǐng)人:國(guó)電南瑞科技股份有限公司