專利名稱：一種集成型智能組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種集成型智能組件。
背景技術(shù)：
智能變電站的一個(gè)重要目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)智能化的一次設(shè)備，現(xiàn)階段屬于一次設(shè)備 初步智能化。在過渡階段，在線檢測設(shè)備融入高壓設(shè)備中，主要是傳感器的嵌入，反映高壓 設(shè)備的診斷信息，其余的組件獨(dú)立于高壓設(shè)備外部?？傮w的要求就是要求將二次測量、控制 部分盡可能就地化，以達(dá)到縮短電纜、延長光纜，簡化設(shè)計(jì)的目的。而現(xiàn)狀是設(shè)備層間隔智 能組件的集成度不夠高，主要表現(xiàn)在大多都獨(dú)立設(shè)計(jì)為合并單元、智能單元和保護(hù)測控單 元；SV報(bào)文、GOOSE報(bào)文、麗S報(bào)文和IEC 1588報(bào)文單獨(dú)組網(wǎng)。這種情況導(dǎo)致電纜雖然減少 了，交換機(jī)和光纜卻大幅增加，施工、測試依然困難。因此在智能變電站的建設(shè)中，進(jìn)一步實(shí) 現(xiàn)間隔功能自治、提高設(shè)備集成度、簡化組網(wǎng)方案、降低投資、方便建設(shè)就具有顯著的現(xiàn)實(shí) 意義。
智能變電站的另一個(gè)重要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是二次回路在線 監(jiān)測。在智能變電站中，過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備自身都具有自檢功能，而且 都通過光纖連接，天然具有了虛回路自檢的能力。但是，就地化的智能終端與一次設(shè)備之間 依然采用電纜連接，不具備在線監(jiān)測的條件。跳合閘動(dòng)作接點(diǎn)由于長時(shí)間運(yùn)行或其它原因， 有可能出現(xiàn)接點(diǎn)粘連或拒動(dòng)的異常情況。這種異常情況的及時(shí)診斷，對(duì)于斷路器操作而言 是極為重要的。然而，據(jù)了解目前國內(nèi)的智能微機(jī)型操作箱，大多都不具備動(dòng)作接點(diǎn)自動(dòng)檢 測的能力。
因此設(shè)計(jì)一種集保護(hù)測控、合并單元、智能終端功能于一體，具有跳合閘接點(diǎn)自檢 功能，支持SV、G00SE、IEEE1588和MMS報(bào)文共纜傳輸技術(shù)，可就地化安裝的智能組件是國家 電網(wǎng)公司《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》精神明確的要求，也是當(dāng)前智能變電站建設(shè)的客觀需求。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)記載的各種智能變電站智能組件從不同方 面滿足了上述要求，但是還沒有一種型號(hào)的產(chǎn)品將功能集成、報(bào)文共網(wǎng)傳輸、跳合閘接點(diǎn)自 檢以及就地安裝全部實(shí)現(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種集保護(hù)測控、合并單元、智能終端 功能于一體，具有跳合閘接點(diǎn)自檢功能，支持SV、GOOSE、IEEE1588和MMS報(bào)文共纜傳輸技 術(shù)，可就地化安裝的智能組件及其實(shí)現(xiàn)方法。該方法可簡化組網(wǎng)方案、實(shí)現(xiàn)間隔功能自治、 解決電氣二次回路狀態(tài)檢修問題，從而也為實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)完整的狀態(tài)監(jiān)測，繼電保護(hù)實(shí)行 狀態(tài)檢修創(chuàng)造了必要的條件。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本智能組件，主要包括PLC處理模塊、通信處理模塊、Al處理模塊和各種終端IO模塊。 其中PLC處理模塊是智能組件的核心部件，實(shí)現(xiàn)主要的保護(hù)測控功能邏輯運(yùn)算，與通信處理 模塊相連實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的交互。
通信處理模塊是智能組件的關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)簡單邏輯運(yùn)算、通信報(bào)文處理、數(shù)據(jù)匯 聚與發(fā)送；通信處理模塊對(duì)外提供光纖通信接口實(shí)現(xiàn)與過程層數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)SV、GOOSE報(bào) 文傳輸和IEC 1588對(duì)時(shí)；通信處理模塊與Al處理模塊相連獲取本地交流模擬量采樣點(diǎn)信 息，與各種終端IO模塊相連以獲取各種終端處理模塊采集開關(guān)量輸入信息，并轉(zhuǎn)發(fā)各種控 制命令到對(duì)應(yīng)的終端處理模塊去具體執(zhí)行控制；通信處理模塊與PLC處理模塊相連實(shí)現(xiàn)實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)交互。
Al處理模塊實(shí)現(xiàn)本地模擬量信息的A/D轉(zhuǎn)換與采集功能，與通信處理模塊相連接 將轉(zhuǎn)換后為數(shù)字信號(hào)的本地交流模擬量信息送到通信處理模塊。
各種終端IO模塊是智能組件的外圍設(shè)備，直接面向過程層一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一次設(shè) 備信息采集和控制；各種終端IO模塊都與通信處理模塊相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
所述的PLC處理模塊包括PLC控制器、采樣點(diǎn)通信接口、狀態(tài)量通信接口、對(duì)時(shí)通 信接口、MMS通信子模塊、以及大容量的內(nèi)存和可讀寫的靜態(tài)存儲(chǔ)器。其中PLC控制器采用32位高性能微處理器，實(shí)現(xiàn)保護(hù)測控邏輯運(yùn)算和管理功能。實(shí)現(xiàn)的保 護(hù)功能包括兩段充電保護(hù)、三段過流保護(hù)以及三段零序過流保護(hù)；實(shí)現(xiàn)的測控功能包括 遙測、遙信、遙控、同期合閘檢測以及一體化五防；實(shí)現(xiàn)的管理功能包括定值參數(shù)管理、事 件報(bào)告管理、日志管理以及保護(hù)邏輯標(biāo)志集管理。
PLC控制器與采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)時(shí)獲取通信處理模塊送來的規(guī)整后、帶精確 時(shí)標(biāo)的交流模擬量采樣點(diǎn)信息。
PLC控制器與狀態(tài)量通信接口相連實(shí)現(xiàn)與通信處理模塊之間的狀態(tài)量信息交互。
PLC控制器與對(duì)時(shí)通信接口相連，每個(gè)整秒獲取一次通信處理模塊送來的當(dāng)前絕 對(duì)時(shí)間。
PLC控制器與麗S通信接口相連，實(shí)現(xiàn)與站控層麗S報(bào)文交互。
采樣點(diǎn)通信接口包括8個(gè)高速485通信控制電路，每塊485芯片實(shí)現(xiàn)3路采樣點(diǎn) 信息的高速、可靠傳送。采樣點(diǎn)通信接口在模塊內(nèi)與PLC控制器相連，同時(shí)與通信處理模塊 的PLC采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)PLC處理模塊高速、實(shí)時(shí)、可靠地接收通信處理模塊送來 的規(guī)整后的采樣點(diǎn)信息。 狀態(tài)量通信接口包括一個(gè)CAN通信控制器電路，具有高速、 可靠、全雙工通信功能。狀態(tài)量通信接口在模塊內(nèi)與PLC控制器相連接，同時(shí)與通信處理模 塊的PLC狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)PLC處理模塊與通信處理模塊之間狀態(tài)量信息交互。
對(duì)時(shí)通信接口包括一個(gè)高速485通信控制電路。對(duì)時(shí)通信接口在模塊內(nèi)與PLC控 制器相連接，同時(shí)與通信處理模塊的PLC對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)PLC處理模塊接收可靠接 收通信處理模塊送來的對(duì)時(shí)信息。
麗S通信子模塊包括兩個(gè)HDLC控制器和一塊高速FPGA，實(shí)現(xiàn)與站控層網(wǎng)絡(luò)麗S報(bào) 文的交互。其中HDLC接口面向站控層網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)需要配置為光纖接口和電口，實(shí)現(xiàn)麗S報(bào)文的接收 和發(fā)送；FPGA實(shí)現(xiàn)MMS報(bào)文的編碼、解碼。在模塊內(nèi)，F(xiàn)PGA與PLC控制器相連接，對(duì)外每個(gè)HDLC接口可根據(jù)需要分別連接到不同的站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)MMS報(bào)文的接收和發(fā)送；所述的通信處理模塊包括通信控制子模塊、狀態(tài)量處理子模塊、過程層通信接口、PLC 采樣點(diǎn)通信接口、PLC狀態(tài)量通信接口、PLC對(duì)時(shí)通信接口、終端采樣點(diǎn)通信接口、終端狀態(tài) 量通信接口和終端對(duì)時(shí)通信接口。其中通信控制子模塊采用大容量高速FPGA，實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)處理、GOOSE處理和對(duì)時(shí)處理功能。 實(shí)現(xiàn)的采樣點(diǎn)功能包括原始采樣點(diǎn)處理——接收原始采樣點(diǎn)進(jìn)行插值再采樣、打上精確 時(shí)標(biāo)、形成規(guī)整的采樣點(diǎn)，一方面送給PLC處理模塊，同時(shí)編碼成SV報(bào)文上送間隔層設(shè)備； 接收SV處理——接收到過程層網(wǎng)絡(luò)倒灌的SV報(bào)文，解析SV報(bào)文進(jìn)行插值再采樣、打上精確 時(shí)標(biāo)、形成規(guī)整的采樣點(diǎn)送給PLC處理模塊。GOOSE處理功能包括G00SE接收功能——接 收并解析過程層網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的GOOSE報(bào)文，并將解析結(jié)果交由狀態(tài)量處理子模塊處理；G00SE 發(fā)送功能——接收狀態(tài)量處理子模塊狀態(tài)量信息，并編碼成GOOSE報(bào)文上送到過程層網(wǎng)絡(luò)。 對(duì)時(shí)功能包括接收解析IEC 1588對(duì)時(shí)報(bào)文獲得絕對(duì)時(shí)間，并為PLC處理模塊和各個(gè)終端 IO模塊對(duì)時(shí)。
通信控制子模塊與狀態(tài)量處理子模塊相連，通過頁地址讀寫的方式實(shí)時(shí)、高速交 互信息，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)量信息、時(shí)間信息的交互。
通信控制子模塊與過程層通信接口相連，實(shí)現(xiàn)SV、GOOSE、IEC 1588報(bào)文的接收和 發(fā)送。
通信控制子模塊與PLC采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)向PLC處理模塊高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn) 定地傳送收集到的規(guī)整后的采樣點(diǎn)信息。
通信控制子模塊與PLC對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)向PLC處理模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息。
通信控制子模塊與終端采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地接收本地原 始采樣點(diǎn)信息。
通信控制子模塊與終端對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)為各個(gè)終端子模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信肩、O
狀態(tài)量處理子模塊采用16位微處理器，實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)量處理功能。狀態(tài)量收集功 能包括收集合成檔位信號(hào)、收集合成雙位置信號(hào)、收集單點(diǎn)信號(hào)、收集直流信號(hào)，并將上述 收集到的狀態(tài)量信息直接發(fā)送到PLC控制模塊，同時(shí)經(jīng)由通信控制子模塊編碼成GOOSE報(bào) 文后發(fā)送到過程層網(wǎng)絡(luò)。控制命令下傳功能包括將PLC控制模塊下達(dá)的控制命令或經(jīng)由 通信控制子模塊解碼GOOSE報(bào)文下達(dá)的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的終端模塊執(zhí)行一次設(shè)備控 制。
狀態(tài)量處理子模塊與通信控制子模塊相連，通過頁地址讀寫的方式高速交互信 息，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)量信息、時(shí)間信息的交互。
狀態(tài)量處理子模塊與PLC狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)與PLC處理模塊實(shí)時(shí)、可靠、 交互狀態(tài)量信息。
狀態(tài)量處理子模塊與終端狀態(tài)量接口相連，實(shí)現(xiàn)與各種終端IO模塊實(shí)時(shí)、可靠、 交互狀態(tài)量信息。
過程層通信接口面向間隔層設(shè)備，包括6個(gè)HDLC控制器，HDLC接口可根據(jù)需要配 置為光纖接口和電口。過程層通信接口在模塊內(nèi)與通信控制子模塊相連，每個(gè)HDLC接口對(duì) 外可根據(jù)需要連接到過程層網(wǎng)絡(luò)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接到間隔層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)通信控制子模塊與間隔層設(shè)備之間SV、GOOSE、IEC 1588報(bào)文的接收和發(fā)送。
PLC采樣點(diǎn)通信接口包括8個(gè)高速485通信控制電路，每塊485芯片實(shí)現(xiàn)3路采 樣點(diǎn)信息的高速、可靠傳送。PLC采樣點(diǎn)通信接口在模塊內(nèi)與通信控制子模塊相連，同時(shí)與 PLC處理模塊的采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子模塊向PLC控制模塊高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn) 定地發(fā)送規(guī)整后的采樣點(diǎn)信息。 PLC狀態(tài)量通信接口包括一個(gè)CAN通信控制器電路， 具有高速、可靠、全雙工通信功能。PLC狀態(tài)量通信接口在模塊內(nèi)與狀態(tài)量處理子模塊相連 接，同時(shí)與PLC處理模塊的狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)處理子模塊和PLC處理模塊之間 狀態(tài)量信息交互。
PLC對(duì)時(shí)通信接口包括一個(gè)高速485通信控制電路。PLC對(duì)時(shí)通信接口在模塊內(nèi) 與通信控制子模塊相連接，同時(shí)與PLC處理模塊的對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子模 塊向PLC處理模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息功能。
終端采樣點(diǎn)通信接口包括7個(gè)高速485通信控制電路，每塊485芯片實(shí)現(xiàn)3路采 樣點(diǎn)信息的高速、可靠傳送。終端采樣點(diǎn)通信接口在模塊內(nèi)與通信控制子模塊相連，同時(shí)與 Al處理模塊的采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子模塊從Al處理模塊高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定 地收集采樣點(diǎn)信息功能。 終端狀態(tài)量通信接口包括一個(gè)CAN通信控制器電路，具有高 速、可靠、全雙工通信功能。終端狀態(tài)量通信接口在模塊內(nèi)與狀態(tài)量處理子模塊相連接，同 時(shí)與各種IO處理模塊的狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)處理子模塊和各種終端IO模塊之 間狀態(tài)量信息交互。
終端對(duì)時(shí)通信接口包括一個(gè)高速485通信控制電路。終端對(duì)時(shí)通信接口在模塊內(nèi) 與通信控制子模塊相連接，同時(shí)與各種終端IO模塊的對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子 模塊向各種終端IO模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息功能。
所述的Al處理模塊模塊實(shí)現(xiàn)交流模擬量信號(hào)采集、輸出功能。傳統(tǒng)互感器接入 功能包括將輸入的二次交流電壓信息進(jìn)行采集和A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量采樣點(diǎn) 信息送出；電子式互感器接入功能包括面向電子式互感器，接收電子式互感器送來的數(shù) 字量的采樣點(diǎn)信息，并直接送出；在本專利提供的方法中不涉及到Al處理模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法，Al處理模塊實(shí)現(xiàn)方法 直接采用了上海思源弘瑞自動(dòng)化有限公司的設(shè)計(jì)方法，見《UDM-502智能組件技術(shù)及使用 說明書》。
在智能組件中Al處理模塊與通信處理模塊的終端采樣點(diǎn)接口相連接，實(shí)現(xiàn)采樣 點(diǎn)信息實(shí)時(shí)、可靠傳送到通信處理模塊； 所述的終端IO模塊包括TRIP子模塊、I/O 子模塊和DI子模塊。其中TRIP子模塊實(shí)現(xiàn)斷路器操作回路功能；I/O子模塊實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出 功能；DI子模塊實(shí)現(xiàn)直流量采集功能。
在本專利提供的方法中不涉及到各種終端IO模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法，各終端IO模 塊實(shí)現(xiàn)方法直接采用了上海思源弘瑞自動(dòng)化有限公司的設(shè)計(jì)方法，見《UDM-502智能組件 技術(shù)及使用說明書》。
所有終端IO子模塊都直接面向過程層一次設(shè)備，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行采集、控制。在 智能組件中終端IO子模塊與通信處理模塊的終端狀態(tài)接口相連接，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)量 采集信息實(shí)時(shí)、可靠傳送到通信處理模塊；終端IO子模塊與通信處理模塊的終端對(duì)時(shí)通信接口相連接，實(shí)現(xiàn)各終端IO模塊接收通信處理模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息的功能。
至此，完成了高度集成智能組件的實(shí)現(xiàn)方法的說明。
運(yùn)行在現(xiàn)場的智能組件采用了本方法設(shè)計(jì)的電路，并在軟件中實(shí)現(xiàn)了所述的各項(xiàng) 功能。試驗(yàn)及運(yùn)行情況表明，本方法設(shè)計(jì)的智能組件，完全滿足《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全 自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》和《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》的要求。采用上述方法設(shè)計(jì)的智能組 件具有下述優(yōu)點(diǎn)I)全面支持IEC61850可接收過程層GOOSE報(bào)文和9-2的SV報(bào)文或60044-8的SV報(bào)文，接收?qǐng)?bào)文內(nèi)容可配 置；裝置可接收站控層的麗S報(bào)文。
2)支持各種對(duì)時(shí)方式支持IEEE1588對(duì)時(shí)，無需附加對(duì)時(shí)信號(hào)光纖，對(duì)時(shí)精度達(dá)Ius ;同時(shí)支持IRIG-B或秒 脈沖對(duì)時(shí)。
3)共網(wǎng)傳輸技術(shù)過程層接口采用SV、GOOSE、IEEE1588和MMS共纜傳輸技術(shù)，支持過程層設(shè)備和間隔層 設(shè)備光纖直連，既減少通訊設(shè)備投資，又提高保護(hù)控制功能的可靠性和快速性。
4)多網(wǎng)口時(shí)鐘同步的數(shù)據(jù)采樣裝置與智能變電站間隔層的通訊接口包括最多6個(gè)完全獨(dú)立的100M光纖以太網(wǎng)，每個(gè) 以太網(wǎng)具有獨(dú)立的時(shí)鐘同步通道，以太網(wǎng)接口輸出的SV報(bào)文的采樣率、通訊規(guī)約、ASDU數(shù) 目均可根據(jù)實(shí)際需要靈活配置。采樣數(shù)據(jù)發(fā)送可選擇IEC61850-9-1或IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)。
5)數(shù)據(jù)處理能力裝置采用100M以太網(wǎng)接口和硬件解碼技術(shù)，具備100M線速數(shù)據(jù)處理能力，保證通訊流 量滿負(fù)荷時(shí)GOOSE響應(yīng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
6)數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)采用基于中值移動(dòng)數(shù)據(jù)窗算法的數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)，避免強(qiáng)干擾時(shí)個(gè)別數(shù)據(jù)采集瞬時(shí)出錯(cuò) 引起保護(hù)誤動(dòng)。
7)接點(diǎn)自檢技術(shù)斷路器控制回路接點(diǎn)完全在線自檢，實(shí)現(xiàn)無盲點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測，支持變電站二次系統(tǒng)的狀 態(tài)檢修。


圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為PLC處理模塊示意圖。
圖3為通信處理模塊示意圖。
具體實(shí)施方案
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括本發(fā)明涉及的智能組件，主要包括PLC處理模塊、通 信處理模塊、Al處理模塊和各種終端IO模塊。其中PLC處理模塊是智能組件的核心部件，實(shí)現(xiàn)主要的保護(hù)測控功能邏輯運(yùn)算，與通信處理 模塊相連實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的交互。
通信處理模塊是智能組件的關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)簡單邏輯運(yùn)算、通信報(bào)文處理、數(shù)據(jù)匯 聚與發(fā)送；通信處理模塊對(duì)外提供光纖通信接口實(shí)現(xiàn)與過程層數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)SV、GOOSE報(bào) 文傳輸和IEC 1588對(duì)時(shí)；通信處理模塊與Al處理模塊相連獲取本地交流模擬量采樣點(diǎn)信 息，與各種終端IO模塊相連以獲取各種終端處理模塊采集開關(guān)量輸入信息，并轉(zhuǎn)發(fā)各種控 制命令到對(duì)應(yīng)的終端處理模塊去具體執(zhí)行控制；通信處理模塊與PLC處理模塊相連實(shí)現(xiàn)實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)交互。
Al處理模塊實(shí)現(xiàn)本地模擬量信息的A/D轉(zhuǎn)換與采集功能，與通信處理模塊相連接 將轉(zhuǎn)換后為數(shù)字信號(hào)的本地交流模擬量信息送到通信處理模塊。
各種終端IO模塊是智能組件的外圍設(shè)備，直接面向過程層一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一次設(shè) 備信息采集和控制；各種終端IO模塊都與通信處理模塊相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
如圖2所示，所述的PLC處理模塊包括PLC控制器、采樣點(diǎn)通信接口、狀態(tài)量通信 接口、對(duì)時(shí)通信接口、MMS通信子模塊、以及大容量的內(nèi)存和可讀寫的靜態(tài)存儲(chǔ)器。其中PLC控制器采用32位高性能微處理器，實(shí)現(xiàn)保護(hù)測控邏輯運(yùn)算和管理功能。實(shí)現(xiàn)的保 護(hù)功能包括兩段充電保護(hù)、三段過流保護(hù)以及三段零序過流保護(hù)；實(shí)現(xiàn)的測控功能包括 遙測、遙信、遙控、同期合閘檢測以及一體化五防；實(shí)現(xiàn)的管理功能包括定值參數(shù)管理、事 件報(bào)告管理、日志管理以及保護(hù)邏輯標(biāo)志集管理。
PLC控制器與采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)時(shí)獲取通信處理模塊送來的規(guī)整后、帶精確 時(shí)標(biāo)的交流模擬量采樣點(diǎn)信息。
PLC控制器與狀態(tài)量通信接口相連實(shí)現(xiàn)與通信處理模塊之間的狀態(tài)量信息交互。
PLC控制器與對(duì)時(shí)通信接口相連，每個(gè)整秒獲取一次通信處理模塊送來的當(dāng)前絕 對(duì)時(shí)間。
PLC控制器與麗S通信接口相連，實(shí)現(xiàn)與站控層麗S報(bào)文交互。
采樣點(diǎn)通信接口包括8個(gè)高速485通信控制電路，每塊485芯片實(shí)現(xiàn)3路采樣點(diǎn) 信息的高速、可靠傳送。采樣點(diǎn)通信接口在模塊內(nèi)與PLC控制器相連，同時(shí)與通信處理模塊 的PLC采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)PLC處理模塊高速、實(shí)時(shí)、可靠地接收通信處理模塊送來 的規(guī)整后的采樣點(diǎn)信息。 狀態(tài)量通信接口包括一個(gè)CAN通信控制器電路，具有高速、 可靠、全雙工通信功能。狀態(tài)量通信接口在模塊內(nèi)與PLC控制器相連接，同時(shí)與通信處理模 塊的PLC狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)PLC處理模塊與通信處理模塊之間狀態(tài)量信息交互。
對(duì)時(shí)通信接口包括一個(gè)高速485通信控制電路。對(duì)時(shí)通信接口在模塊內(nèi)與PLC控 制器相連接，同時(shí)與通信處理模塊的PLC對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)PLC處理模塊接收可靠接 收通信處理模塊送來的對(duì)時(shí)信息。
麗S通信子模塊包括兩個(gè)HDLC控制器和一塊高速FPGA，實(shí)現(xiàn)與站控層網(wǎng)絡(luò)麗S報(bào) 文的交互。其中HDLC接口面向站控層網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)需要配置為光纖接口和電口，實(shí)現(xiàn)麗S報(bào)文的接收 和發(fā)送；FPGA實(shí)現(xiàn)MMS報(bào)文的編碼、解碼。在模塊內(nèi)，F(xiàn)PGA與PLC控制器相連接，對(duì)外每個(gè)HDLC接口可根據(jù)需要分別連接到不同的站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)MMS報(bào)文的接收和發(fā)送；如圖3所示，所述的通信處理模塊包括通信控制子模塊、狀態(tài)量處理子模塊、過程層 通信接口、PLC采樣點(diǎn)通信接口、PLC狀態(tài)量通信接口、PLC對(duì)時(shí)通信接口、終端采樣點(diǎn)通信 接口、終端狀態(tài)量通信接口和終端對(duì)時(shí)通信接口。其中通信控制子模塊采用大容量高速FPGA，實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)處理、GOOSE處理和對(duì)時(shí)處理功能。 實(shí)現(xiàn)的采樣點(diǎn)功能包括原始采樣點(diǎn)處理——接收原始采樣點(diǎn)進(jìn)行插值再采樣、打上精確 時(shí)標(biāo)、形成規(guī)整的采樣點(diǎn)，一方面送給PLC處理模塊，同時(shí)編碼成SV報(bào)文上送間隔層設(shè)備； 接收SV處理——接收到過程層網(wǎng)絡(luò)倒灌的SV報(bào)文，解析SV報(bào)文進(jìn)行插值再采樣、打上精確 時(shí)標(biāo)、形成規(guī)整的采樣點(diǎn)送給PLC處理模塊。GOOSE處理功能包括G00SE接收功能——接 收并解析過程層網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的GOOSE報(bào)文，并將解析結(jié)果交由狀態(tài)量處理子模塊處理；G00SE 發(fā)送功能——接收狀態(tài)量處理子模塊狀態(tài)量信息，并編碼成GOOSE報(bào)文上送到過程層網(wǎng)絡(luò)。 對(duì)時(shí)功能包括接收解析IEC 1588對(duì)時(shí)報(bào)文獲得絕對(duì)時(shí)間，并為PLC處理模塊和各個(gè)終端 IO模塊對(duì)時(shí)。
通信控制子模塊與狀態(tài)量處理子模塊相連，通過頁地址讀寫的方式實(shí)時(shí)、高速交 互信息，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)量信息、時(shí)間信息的交互。
通信控制子模塊與過程層通信接口相連，實(shí)現(xiàn)SV、GOOSE、IEC 1588報(bào)文的接收和 發(fā)送。
通信控制子模塊與PLC采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)向PLC處理模塊高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn) 定地傳送收集到的規(guī)整后的采樣點(diǎn)信息。
通信控制子模塊與PLC對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)向PLC處理模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息。
通信控制子模塊與終端采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地接收本地原 始采樣點(diǎn)信息。
通信控制子模塊與終端對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)為各個(gè)終端子模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信肩、O
狀態(tài)量處理子模塊采用16位微處理器，實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)量處理功能。狀態(tài)量收集功 能包括收集合成檔位信號(hào)、收集合成雙位置信號(hào)、收集單點(diǎn)信號(hào)、收集直流信號(hào)，并將上述 收集到的狀態(tài)量信息直接發(fā)送到PLC控制模塊，同時(shí)經(jīng)由通信控制子模塊編碼成GOOSE報(bào) 文后發(fā)送到過程層網(wǎng)絡(luò)?？刂泼钕聜鞴δ馨▽LC控制模塊下達(dá)的控制命令或經(jīng)由 通信控制子模塊解碼GOOSE報(bào)文下達(dá)的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的終端模塊執(zhí)行一次設(shè)備控 制。
狀態(tài)量處理子模塊與通信控制子模塊相連，通過頁地址讀寫的方式高速交互信 息，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)量信息、時(shí)間信息的交互。
狀態(tài)量處理子模塊與PLC狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)與PLC處理模塊實(shí)時(shí)、可靠、 交互狀態(tài)量信息。
狀態(tài)量處理子模塊與終端狀態(tài)量接口相連，實(shí)現(xiàn)與各種終端IO模塊實(shí)時(shí)、可靠、 交互狀態(tài)量信息。
過程層通信接口面向間隔層設(shè)備，包括6個(gè)HDLC控制器，HDLC接口可根據(jù)需要配 置為光纖接口和電口。過程層通信接口在模塊內(nèi)與通信控制子模塊相連，每個(gè)HDLC接口對(duì) 外可根據(jù)需要連接到過程層網(wǎng)絡(luò)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接到間隔層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)通信控制子模塊與間隔層設(shè)備之間SV、GOOSE、IEC 1588報(bào)文的接收和發(fā)送。
PLC采樣點(diǎn)通信接口包括8個(gè)高速485通信控制電路，每塊485芯片實(shí)現(xiàn)3路采 樣點(diǎn)信息的高速、可靠傳送。PLC采樣點(diǎn)通信接口在模塊內(nèi)與通信控制子模塊相連，同時(shí)與 PLC處理模塊的采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子模塊向PLC控制模塊高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn) 定地發(fā)送規(guī)整后的采樣點(diǎn)信息。PLC狀態(tài)量通信接口包括一個(gè)CAN通信控制器電路，具有高 速、可靠、全雙工通信功能。PLC狀態(tài)量通信接口在模塊內(nèi)與狀態(tài)量處理子模塊相連接，同時(shí) 與PLC處理模塊的狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)處理子模塊和PLC處理模塊之間狀態(tài)量 信息交互。
PLC對(duì)時(shí)通信接口包括一個(gè)高速485通信控制電路。PLC對(duì)時(shí)通信接口在模塊內(nèi) 與通信控制子模塊相連接，同時(shí)與PLC處理模塊的對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子模 塊向PLC處理模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息功能。
終端采樣點(diǎn)通信接口包括7個(gè)高速485通信控制電路，每塊485芯片實(shí)現(xiàn)3路采 樣點(diǎn)信息的高速、可靠傳送。終端采樣點(diǎn)通信接口在模塊內(nèi)與通信控制子模塊相連，同時(shí)與 Al處理模塊的采樣點(diǎn)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子模塊從Al處理模塊高速、實(shí)時(shí)、穩(wěn)定 地收集采樣點(diǎn)信息功能。終端狀態(tài)量通信接口包括一個(gè)CAN通信控制器電路，具有高速、可 靠、全雙工通信功能。終端狀態(tài)量通信接口在模塊內(nèi)與狀態(tài)量處理子模塊相連接，同時(shí)與各 種IO處理模塊的狀態(tài)量通信接口相連，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)處理子模塊和各種終端IO模塊之間狀態(tài) 量信息交互。
終端對(duì)時(shí)通信接口包括一個(gè)高速485通信控制電路。終端對(duì)時(shí)通信接口在模塊內(nèi) 與通信控制子模塊相連接，同時(shí)與各種終端IO模塊的對(duì)時(shí)通信接口相連，實(shí)現(xiàn)通信控制子 模塊向各種終端IO模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息功能。
所述的Al處理模塊實(shí)現(xiàn)交流模擬量信號(hào)采集、輸出功能。傳統(tǒng)互感器接入功能 包括將輸入的二次交流電壓信息進(jìn)行采集和A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量采樣點(diǎn)信息 送出；電子式互感器接入功能包括面向電子式互感器，接收電子式互感器送來的數(shù)字量 的采樣點(diǎn)信息，并直接送出；在本專利提供的方法中不涉及到Al處理模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法，Al處理模塊實(shí)現(xiàn)方法 直接采用了上海思源弘瑞自動(dòng)化有限公司的設(shè)計(jì)方法，見《UDM-502智能組件技術(shù)及使用 說明書》。
在智能組件中Al處理模塊與通信處理模塊的終端采樣點(diǎn)接口相連接，實(shí)現(xiàn)采樣 點(diǎn)信息實(shí)時(shí)、可靠傳送到通信處理模塊；所述的終端IO模塊包括TRIP子模塊、I/O子模塊 和DI子模塊。其中TRIP子模塊實(shí)現(xiàn)斷路器操作回路功能；1/0子模塊實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出 功能；DI子模塊實(shí)現(xiàn)直流量采集功能。
在本專利提供的方法中不涉及到各種終端IO模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法，各終端IO模 塊實(shí)現(xiàn)方法直接采用了上海思源弘瑞自動(dòng)化有限公司的設(shè)計(jì)方法，見《UDM-502智能組件 技術(shù)及使用說明書》。
所有終端IO子模塊都直接面向過程層一次設(shè)備，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行采集、控制。在 智能組件中終端IO子模塊與通信處理模塊的終端狀態(tài)接口相連接，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)量 采集信息實(shí)時(shí)、可靠傳送到通信處理模塊；終端IO子模塊與通信處理模塊的終端對(duì)時(shí)通信接口相連接，實(shí)現(xiàn)各終端IO模塊接收通信處理模塊發(fā)送對(duì)時(shí)信息的功能。
至此，完成了高度集成智能組件的實(shí)現(xiàn)方法的說明。
運(yùn)行在現(xiàn)場的智能組件采用了本方法設(shè)計(jì)的電路，并在軟件中實(shí)現(xiàn)了所述的各項(xiàng) 功能。試驗(yàn)及運(yùn)行情況表明，本方法設(shè)計(jì)的智能組件，完全滿足《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全 自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》和《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》的要求。采用上述方法設(shè)計(jì)的智能組 件具有下述特征I)全面支持IEC61850可接收過程層GOOSE報(bào)文和9-2的SV報(bào)文或60044-8的SV報(bào)文，接收?qǐng)?bào)文內(nèi)容可配 置；裝置可接收站控層的麗S報(bào)文。
2)支持各種對(duì)時(shí)方式支持IEEE1588對(duì)時(shí)，無需附加對(duì)時(shí)信號(hào)光纖，對(duì)時(shí)精度達(dá)Ius ;同時(shí)支持IRIG-B或秒 脈沖對(duì)時(shí)。
3)共網(wǎng)傳輸技術(shù)過程層接口采用SV、GOOSE、IEEE1588和MMS共纜傳輸技術(shù)，支持過程層設(shè)備和間隔層 設(shè)備光纖直連，既減少通訊設(shè)備投資，又提高保護(hù)控制功能的可靠性和快速性。
4)多網(wǎng)口時(shí)鐘同步的數(shù)據(jù)采樣裝置與智能變電站間隔層的通訊接口包括最多6個(gè)完全獨(dú)立的100M光纖以太網(wǎng)，每個(gè) 以太網(wǎng)具有獨(dú)立的時(shí)鐘同步通道，以太網(wǎng)接口輸出的SV報(bào)文的采樣率、通訊規(guī)約、ASDU數(shù) 目均可根據(jù)實(shí)際需要靈活配置。采樣數(shù)據(jù)發(fā)送可選擇IEC61850-9-1或IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)。
5)數(shù)據(jù)處理能力裝置采用100M以太網(wǎng)接口和硬件解碼技術(shù)，具備100M線速數(shù)據(jù)處理能力，保證通訊流 量滿負(fù)荷時(shí)GOOSE響應(yīng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
6)數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)采用基于中值移動(dòng)數(shù)據(jù)窗算法的數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)，避免強(qiáng)干擾時(shí)個(gè)別數(shù)據(jù)采集瞬時(shí)出錯(cuò) 引起保護(hù)誤動(dòng)。
7)接點(diǎn)自檢技術(shù)斷路器控制回路接點(diǎn)完全在線自檢，實(shí)現(xiàn)無盲點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測，支持變電站二次系統(tǒng)的狀 態(tài)檢修。
本實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比具有集保護(hù)測控、合并單元、智能終端功能于一體，具有 跳合閘接點(diǎn)自檢功能，支持SV、GOOSE、IEEE1588和MMS報(bào)文共纜傳輸技術(shù)，可就地化安裝的 優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種集成型智能組件，其特征在于，主要包括PLC處理模塊、通信處理模塊、Al處理模塊和終端IO模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC處理模塊是智能組件的核心部件，實(shí)現(xiàn)主要的保護(hù)測控功能邏輯運(yùn)算，包括=PLC控制器、采樣點(diǎn)通信接口、狀態(tài)量通信接口、對(duì)時(shí)通信接口、麗S通信子模塊、以及內(nèi)存和可讀寫的靜態(tài)存儲(chǔ)器，與通信處理模塊相連實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的通信處理模塊是智能組件的關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)簡單邏輯運(yùn)算、通信報(bào)文處理、數(shù)據(jù)匯聚與發(fā)送，通信處理模塊與PLC處理模塊相連實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，包括通信控制子模塊、狀態(tài)量處理子模塊、過程層通信接口、PLC采樣點(diǎn)通信接口、PLC狀態(tài)量通信接口、PLC對(duì)時(shí)通信接口、終端采樣點(diǎn)通信接口、終端狀態(tài)量通信接口和終端對(duì)時(shí)通信接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的Al處理模塊實(shí)現(xiàn)本地模擬量信息的A/D轉(zhuǎn)換與采集功能，與通信處理模塊相連接將轉(zhuǎn)換后為數(shù)字信號(hào)的本地交流模擬量信息送到通信處理模塊，在智能組件中Al處理模塊與通信處理模塊的終端采樣點(diǎn)接口相連接，實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)信息實(shí)時(shí)、可靠傳送到通信處理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的終端IO模塊包括TRIP子模塊、I/O子模塊和DI子模塊，所有終端IO子模塊都直接面向過程層一次設(shè)備，對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行采集、控制，在智能組件中終端IO子模塊與通信處理模塊的終端狀態(tài)接口相連接，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)量采集信息實(shí)時(shí)、可靠傳送到通信處理模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成型智能組件，主要包括PLC處理模塊、通信處理模塊、AI處理模塊和終端IO模塊PLC處理模塊實(shí)現(xiàn)主要的保護(hù)測控功能邏輯運(yùn)算，通信處理模塊實(shí)現(xiàn)簡單邏輯運(yùn)算、通信報(bào)文處理、數(shù)據(jù)匯聚與發(fā)送，通信處理模塊與PLC處理模塊相連實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，AI處理模塊實(shí)現(xiàn)本地模擬量信息的A/D轉(zhuǎn)換與采集功能，與通信處理模塊相連接將轉(zhuǎn)換后為數(shù)字信號(hào)的本地交流模擬量信息送到通信處理模塊，終端IO模塊包括TRIP子模塊、I/O子模塊和DI子模塊，在智能組件中終端IO子模塊與通信處理模塊的終端狀態(tài)接口相連接。該組件集保護(hù)測控、合并單元、智能終端功能于一體，具有跳合閘接點(diǎn)自檢功能，支持SV、GOOSE、IEEE1588和MMS報(bào)文共纜傳輸技術(shù)。
文檔編號(hào)H04L12/70GK103001319SQ20111026575
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者洪文國, 鄧慶紅, 孫志云, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名 申請(qǐng)人:湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院, 上海思源弘瑞自動(dòng)化有限公司