變電站一次設備就地數位化方法及裝置的製作方法

2023-12-11 20:02:27

專利名稱：變電站一次設備就地數位化方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力技術領域，特別是涉及一種變電站一次設備就地數位化方法及裝置。
背景技術：
近年來，計算機晶片及網絡等新技術的不斷採用，從根本上改變了傳統變電站的基本面 貌全數位化的設備、以網絡構成的系統，輔以成熟的調度自動化系統，正在不斷地提高 變電站運行的自動化程度和可靠性，並能逐漸真正應用自動化應能實現的功能，即自動化 不再是好看不好用的花架子，而是真正可以解決和滿足生產實際運行中出現的問題和需要， 變電站自動化系統已基本被用戶接受並使用。
變電站自動化系統按照IEC61850標準可分為過程層、間隔層、變電站層，過程層包括 各種一次設備像開關、線路、變壓器、電容器、CT/PT等基本元件，間隔層是各種二次設 備包括採集、測量、控制、保護、自動裝置、故障濾波等,，變電站層是對整個變電站進行 安全監視、控制、操作並與變電站外部進行數據交換。目前所通用的變電站自動化系統是 過程層一次設備各個間隔內的開關、刀閘、互感器的信息直接傳輸到設置在間隔內的或設 置在間隔附近即控制室內的智能電子設備IED完成保護、測控功能並進入通訊管理機進行 規約轉換後傳輸到調度，即將一個間隔的信息接入一個智能的IED中，不同的IED之間信 息交互也基本採用硬接線方式，如圖l、圖2所示。採用這種模式的變電站自動化系統面臨 的最大障礙是智能電子設備IED每次需要變電站一次設備的信息時都要現採集一次設備各 個間隔內的開關等基本元件的信息，而且使用大量的正D，不同廠家的正D、甚至同一廠家 不同型號的IED由於開發的背景、運行經驗及技術水平的限制，所採用的通信協議和用戶 界面不相同，因而難以實現無縫集成和互操作，需要額外的硬體(如規約轉換器)和軟體 來實現正D互聯，還要對用戶進行培訓，在很大程度上削弱了變電站實現自動化的優點和 意義，並且相當一部分系統功能重複設置，沒有做到信息資源共享，導致現場接線複雜， 系統的各部分接口的通信規約不一致，增加了投資並影響了系統的可靠性，並且影響了整 個系統的開放性及可擴展性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有技術將變電站一次設備每一間隔內的開關、刀閘 等狀態量和互感器模擬量直接接入智能電子設備IED (其中互感器模擬量在IED中A/D轉 換)而導致智能電子設備IED每次都要現採集信息才能進行運算和處理、不同廠家IED互 聯需要通信規約轉換等問題，提供一種變電站一次設備就地數位化方法及裝置。本發明是 把就地數位化裝置設置在變電站一次設備的各個間隔內，該就地數位化裝置在各個間隔內 進行就地數位化使信號符合正C61850協議，不用現採集信息也能在統一的信息平臺共享， 便於變電站設計、施工、擴建、維護維修、提高信號傳輸的可靠性、進一步提高自動化和 管理水平、並且降低綜合造價。
為了解決上述問題，本發明的技術方案如下
一種變電站一次設備就地數位化方法，其特徵在於分別採集同一間隔內的開關、刀
閘狀態量轉換成GOOSE格式報文，分別採集同一間隔內的互感器數字量、模擬量轉換成 符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文，各間隔的狀態量、數字量和模擬量經過上述就 地數位化處理後得到的信息發送到變電站過程層的區域網；從過程層的區域網接收GOOSE 格式報文轉換成對開關、刀閘的分合操作控制。
將同一間隔內採集到的狀態量、數字量、模擬量在本間隔內經過所述就地數位化處理 後通過交換機傳輸到集成IED，將各個間隔的狀態量、數字量、模擬量在本間隔內就地數 字化處理後都通過所述交換機傳輸到該集成IED，該集成IED分別對各個間隔輸出的經過 就地數位化處理後的信息進行運算和處理從而實現變電站的保護和自動化功能。
根據集成IED的同步採集命令使正在採集信息的各個間隔的設備在同一時刻採集信息 並把同一時刻採集的信息傳輸到變電站過程層的區域網，保證採集裝置的採樣同步性。
所述採集同一間隔內的互感器信息為電子式互感器ECT/EVT的數字信息/模擬信息和/ 或傳統互感器CT、 PT模擬信息。
所述信息的傳輸用雙乙太網光纖通訊，所述雙乙太網光纖為FX100/1000光纖；所述交 換機為乙太網光交換機。
一種變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於將就地數位化裝置設置在各個間 隔內，所述就地數位化裝置與開關、刀閘、互感器連接，所述就地數位化裝置通過變電站 過程層的區域網與所述交換機上的通用數字接口連接；所述就地數位化裝置把採集到的間 隔內的開關、刀閘狀態量轉換成GOOSE格式報文，把採集到的間隔內的互感器數字量或模 擬量轉換成符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文，把上述就地數位化處理後的信息傳輸到變電站過程層的區域網，把從變電站過程層的區域網接收到的GOOSE格式報文轉換成 對開關、刀閘的分合操作。
所述就地數位化裝置包括核心處理器單元、開入開出處理單元、模擬量接入單元、 正C61850協議支持包、人機接口單元、網絡接入單元；所述核心處理器單元與開入開出處 理單元、模擬量接入單元、正C61850協議支持包、人機接口單元、網絡接入單元連接，所 述開入開出處理單元與間隔內的開關、刀閘連接；所述開入開出處理單元採集開關、刀閘 的狀態量後在核心處理器單元、IEC61850協議支持包轉換成GOOSE格式報文傳輸到變電 站過程層的區域網，把從變電站過程層的區域網收到的GOOSE格式報文在核心處理器單 元、IEC61850協議支持包轉換成開關、刀閘的分合控制操作；所述模擬量接入單元與間隔 內的互感器連接，所述模擬量接入單元採集間隔內的互感器信息在核心處理器單元、協議 支持包轉換成符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文接入到變電站過程層的區域網。
所述正C61850協議支持包包括GOOSE信息收發模塊、採樣值發送模塊、XML配置 文件解析模塊；所述GOOSE信息收發模塊把開入開出處理單元採集到的開關、刀閘狀態量 信息轉換成GOOSE格式報文傳輸到變電站過程層的區域網，把從變電站過程層的區域網收 到的GOOSE格式報文轉換成對開關刀閘的分合控制操作；所述採樣值發送模塊把模擬量接 入單元採集到的信息轉換成符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文接入到變電站過程層 的區域網；所述XML配置文件解析模塊設置可編程的配置文件解釋支持包，解析任務執行 的配置文件用於實現開關、刀閘、互感器的特徵描述及信息關聯，開關、刀閘、互感器的 綜合調用關係及掃描頻率分配。
所述模擬量接入單元包括微型精密互感器、電壓調理電路、AD轉換電路、電子式互感 器接口信號調理電路；
所述微型精密互感器、電壓調理電路、AD轉換電路接收傳統互感器的模擬量信息進行A/D 轉換；所述電子式互感器接口信號調理電路接收電子式互感器的各類信息。
所述核心處理器單元包括32位微處理器、160MHz的主頻、32M DDR內存及16M的 FLASH,所述核心處理器單元採用vxWorks作業系統，調度任務、管理資源。
所述就地數位化裝置還包括與所述核心處理器單元相連的同步處理單元，所述同步處 理單元設置同步採樣支持軟體包，接入光纖同步信號進行精密對時、同步採樣處理並根據 同步輸入信號精密調整採樣時刻及實時時鐘維護。
所述人機接口單元由一個320X240的藍屏液晶和7個鍵盤通過CPLD與裝置信息連接， 可以顯示基本的採集信息及異常狀態，並可簡單控制裝置運行設置；所述人機接口單元中
7設置人機接口程序包，實現可配置的人機操作，便於運行監視。
所述網絡接入單元使用2路光纖100/1000M乙太網，用於實現對裝置的配置及與所述 集成正D進行信息交互。
所述就地數位化裝置設置BSP及硬體驅動程序，使軟體對硬體資源進行操作控制。
所述就地數位化裝置設置可編程的功能元件庫，包括採樣值補償及調理、狀態量開入 調理、有效值運算的執行元件。
所述就地數位化裝置設置ECT/EVT數字接口 、 ECT/EVT模擬接口和/或CT/PT模擬接 口；並設置電子式互感器接口支持軟體，用於接收ECT和EVT的模擬量信息及數字量信息。
所述就地數位化裝置設置WEB維護接口，設置WEB接口程序，用於配置裝置的運行 參數、檢査裝置的運行狀態。
所述交換機為乙太網光交換機，所述集成IED、乙太網光交換機、乙太網光纖均為冗餘 配置，兩套設備同時運行。
本發明的技術效果如下
本發明方法通過分別採集同一間隔內的狀態量、數字量、模擬量轉換成符合相關協議 要求的報文，各間隔均做這樣的處理即就地數位化處理後得到的信息發送到變電站過程層 的區域網，並接收相同格式報文轉換成對開關、刀閘的分合操作控制。這樣這些轉換好的 符合規約標準的數字信息就可以方便地被各種二次設備隨時利用，而不需要各設備在進行 遙測、遙控、遙信時單獨再設置符合不同規約的裝置再去各間隔採集、使用和控制。解決 了智能電子設備IED每次都要現採集信息才能進行運算和處理、不同廠家IED互聯需要通 信規約轉換等問題。
本發明方法將就地數位化裝置設置在各個間隔內，與間隔內的開關、刀閘、互感器連 接並通過變電站過程層的區域網與乙太網光交換機的通用數字接口連接，就地數位化裝置 中的開入開出處理單元採集同一間隔內的開關、刀閘狀態量在核心處理器單元、正C61850 協議支持包中的GOOSE信息收發模塊轉換成GOOSE格式報文後傳輸到變電站過程層的局 域網，把從變電站過程層的區域網收到的GOOSE格式報文轉換成對開關、刀閘的分合操作； 就地數位化裝置中的模擬量接入單元採集同一間隔內的互感器模擬或數字信息在核心處理 器單元、正C61850協議支持包中的採樣值發送模塊轉換成符合IEC61850協議的採樣值傳 輸格式報文傳輸到變電站過程層的區域網。這種在本間隔內實現就地數位化，開關等一次 設備的各個間隔只需引出一對光纖來替代原來幾十根電纜，變電站的設計過程變得簡潔， 無需電纜溝和至控制室的電纜連接，藉助輔助的智能開關調試設備在出廠前就可以將智能開關一體化測試完畢，到了現場只需進行為數很少的光纜互連即可，這樣構成的系統同以 往的集中式系統相比有著明顯的優點，可靠性提高、可擴展性和靈活性提高以及站內二次 電纜簡少、節省投資。
在本間隔內實現就地數位化還可以使整個變電站自動化系統滿足IEC-61850標準的要 求，所有信息採用統一的信息模型、按統一的通信標準接入變電站通信網絡，因此變電站 自動化系統的各種功能可共享統一的信息平臺，設備間可實現無縫連接；使變電站的保護、 測控、計量、監控、遠動、VQC等系統均可以用同一個通信網絡接收電流、電壓等狀態量 信息以及發出控制命令，不需為不同功能建設各自的信息採集、傳輸和執行系統，在不影 響信息傳輸可靠性和實時性的前提下進行信息共享，解決了成本、靈活性、性能之間的矛 盾，完全實現了標準開放、未來可擴展、易於升級、柔性化的系統構架，變電站在擴充功 能和擴展規模時，只需在通信網絡上接入新增就地數位化設備，無需改造或更換原有設備， 保護用戶投資，減少變電站全生命周期成本。
本發明將上述在本間隔內實現就地數位化後傳輸到變電站過程層的區域網的信號經過 乙太網光交換機的通用數字接口傳輸到集成正D，將各個間隔輸出的經過就地數位化後的 信號都傳輸到一個集成正D完成保護、測控並與調度或監控系統通訊。這樣將原來的一個 間隔單元的信息對應一個IED (智能電子設備保護)的模式改變為用一個集成IED保護、 控制變電站綜合自動化系統，省略了原來所使用的大量的正D設備以及各IED之間的數據 交換和硬接線連接，該集成IED還起著測控、計量、監控、遠動、VQC、故障錄波、事件 順序記錄以及完成對各間隔採集的信息進行通訊規約轉換的功能，實現了設備整體的優化， 減少資金和運行維護費用；變電站在新增功能時，如果原來的採集和執行設備能滿足已能 新增功能的需求，可在原有的設備上運行新增功能的軟體，大大減少了硬體投資。並且可 以不增加任何硬體成本完成小電流接地選線、低周低壓減載、備用電源自投、簡易母線保 護、電壓無功自動補償等集中式的保護自動化功能，稍增加成本可完成故障錄波、微機五 防閉鎖等功能，這在傳統的變電站自動化均需另外加裝設備。使用集成IED的本發明，工 程設計和施工變得快捷、擴建也變得方便、並能節省電纜，因此造成本發明集成保護IED 的綜合造價很低。
就地數位化裝置中的同步處理單元接收集成IED根據系統運行狀況發出的同步採集信 息的命令後使正在採集信息的設備都從接收同步採集信息的命令的時刻起同步採集開關和 刀閘狀態量信息、互感器模擬量或數字量信息並傳輸到變電站過程層的區域網，以便集成 IED隨時從變電站過程層的區域網下載所需的信息，也進行頻率跟蹤，保證採集裝置的採樣準確性。
就地數位化裝置與集成IED之間使用2路光纖100 /1000M乙太網，集成IED與調度/ 監控系統之間支持雙乙太網(10兆/100兆)通訊，用於實現對裝置的配置及與集成正D進 行信息交互。這樣可以用通訊網絡取代複雜的控制電纜，使網絡通訊電磁兼容性好、可靠 性高，同時也保證集成保護IED的良好電磁兼容環境，採用RJ45或FX100光纖接口，做 到了各個設備之間均採用計算機通信技術， 一條信道可傳輸多個通道的信息，通信線的數 量大幅度簡化，通信系統在傳輸有效信息的同時傳輸信息校驗碼和通道自檢信息， 一方面 杜絕誤傳信號，另一方面在通信系統故障時可及時告警，數位訊號用光纖傳輸，從根本上 解決抗幹擾問題。所有功能均可遙控實現，通信系統傳輸的信息更完整，通信的可靠性和 實時性都大幅度提高，變電站因此可實現更多、更複雜的自動化功能，提高自動化水平； 各個設備和通信網絡都可具備完善的自檢功能，與在線絕緣監測系統配合可根據設備的健 康狀況實現狀態檢修。
集成式IED、乙太網光交換機、過程層光纖均為冗餘配置，正常為兩套設備同時運行， 有一套判為保護動作即動作，這樣當一套檢修或故障不影響另一套正常運行，採用雙光纖 乙太網交換機和雙集成保護IED配置，構成雙熱備份進一步提高系統的可靠性。
本發明把就地數位化裝置設置在一次設備的各個間隔內，該就地數位化裝置把間隔內 採集到的開關、刀閘狀態量轉換成GOOSE格式報文、把採集到的互感器信息轉換成符合 正C61850協議的採樣值傳輸格式報文，經過上述數位化處理後的信息傳輸到變電站過程層 的區域網；從變電站過程層的區域網接收到的GOOSE格式報文轉換成對開關、刀閘的分合 操作控制；本發明還使用了集成IED，把各個間隔的經過在本間隔內就地數位化處理後輸 出的信息傳輸到該集成IED完成保護、測控、計量、監控、遠動、VQC功能；這些各個間 隔輸出的數位化信息以雙乙太網(100兆/1000兆)經交換機分別上傳至集成保護正D，並 為了提高其可靠性集成IED、交換機、乙太網光纖均為冗餘配置，兩套設備同時運行，這種 變電站一次設備就地數位化方法及其裝置將變電站綜合自動化的各種功能在統一的信息平 臺共享、用通訊網絡取代複雜的控制電纜、設備間無縫連接，解決不同廠家設備間互操作 的問題、便於變電站設計、施工、擴建、維護維修、提高信號傳輸的可靠性、進一步提高 自動化和管理水平、並且降低綜合造價。


圖1圖2是目前通用的變電站自動化系統示意圖；圖3是本發明的就地數位化裝置與其它設備間的連接示意圖4是本發明的就地數位化裝置模塊框圖5是本發明的就地數位化裝置中的模擬量接入單元框圖6是本發明的集成IED模塊框圖7是本發明的變電站綜合自動化系統示意圖8是本發明的各個間隔就地數位化示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行說明。圖3是本發明的就地數位化裝置與其它設備間的連 接示意圖；圖4是本發明的就地數位化裝置模塊框圖；圖5是本發明的就地數位化裝置中 的模擬量接入單元框圖；圖8是本發明的各個間隔就地數位化示意圖。
如圖3所示，本發明的就地數位化裝置設置在各個間隔內，即如圖8所示，進線間隔、 高壓PT間隔、高壓母聯間隔、主變高壓主進間隔、主變低壓主進間隔、主變本體間隔、廠 用電間隔、低壓PT間隔、低壓並補間隔、低壓出線間隔、低壓母聯間隔內各設置就地數字 化裝置。如圖3、圖7所示，就地數位化裝置與開關、刀閘、互感器等基本元件連接，就地 數位化裝置通過變電站過程層的區域網與交換機1或交換機2連接。如圖4所示，該就地 數位化裝置包括核心處理器單元、同步處理單元、開入開出處理單元、模擬量接入單元、 IEC61850協議支持包、人機接口單元、網絡接入單元；正C61850協議支持包包括GOOSE 信息收發模塊、採樣值發送模塊、XML配置文件解析模塊；如圖5所示，模擬量接入單元 包括微型精密互感器、電壓調理電路、AD轉換電路、電子式互感器接口信號調理電路。核 心處理器單元與同步處理單元、開入開出處理單元、模擬量接入單元、IEC61850協議支持 包、人機接口單元、網絡接入單元連接。
就地數位化裝置中的開入開出處理單元與間隔內的開關、刀閘連接，開入開出處理單 元採集開關位置、刀閘位置、開關閉鎖的觸點等就地遙信，每個就地數位化裝置的開入開 出處理單元最多可採集16路開關、刀閘等基本元件的狀態量，這些基本元件的狀態量信息 在核心處理器單元、正C61850協議支持包中的GOOSE信息收發模塊轉換成GOOSE格式 報文後傳輸到變電站過程層的區域網，從過程層的區域網接收GOOSE格式報文在核心處理 器單元、正C61850協議支持包中的GOOSE信息收發模塊轉換成對開關、刀閘的分合操作 並控制開關、刀閘的分合，可以控制5個開關的分合。
就地數位化裝置中的模擬量接入單元與間隔內的互感器連接，模擬量接入單元設置ECT/EVT數字接口 、 ECT/EVT模擬接口禾卩/或CT/PT模擬接口 ，可以接收CT/PT模擬量信 息、ECT和EVT的模擬量信息及數字量信息，每個就地數位化裝置的模擬量接入單元最多 可以接14路模擬或數字接口，每周波採樣點24 96點可調整。模擬量接入單元中的微型精 密互感器、電壓調理電路、AD轉換電路接收傳統的CT/PT模擬信息並進行A/D轉換，模 擬量接入單元中的電子式互感器接口信號調理電路接收電子式互感器的各類信息。模擬量 接入單元接收的這些信息在核心處理器單元、正C61850協議支持包中的採樣值發送模塊轉 換成符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文後傳輸到變電站過程層的區域網。
就地數位化裝置中的同步處理單元接收集成正D根據系統運行狀況發出的同步採集信 息的命令後使正在採集信息的各個間隔設備都從接收同步採集信息的命令的時刻同步採集 開關和刀閘狀態量信息、互感器模擬量或數字量信息並傳輸到變電站過程層的區域網，該 同步處理單元設置同步採樣支持軟體包，接入光纖同步信號進行精密對時和同步採樣處理 並根據同步輸入信號精密調整採樣時刻及實時時鐘維護，並進行頻率跟蹤，保證採集裝置 的採樣準確性。
就地數位化裝置中的IEC61850協議支持包中的XML配置文件解析模塊設置可編程的 配置文件解釋支持包，解析任務執行的配置文件用於實現開關、刀閘、互感器的特徵描述 及信息關聯，開關、刀閘、互感器的綜合調用關係及掃描頻率分配。
就地數位化裝置中的人機接口單元由一個320X240的藍屏液晶和7個鍵盤通過CPLD 實現與裝置信息連接，可以顯示基本的採集信息及異常狀態，並可簡單控制裝置運行設置； 該人機接口單元中設置人機接口程序包，實現可配置的人機操作，便於運行監視。
就地數位化裝置中的核心處理器單元包括32位微處理器、160MHz的主頻、32MDDR 內存及16M的FLASH,採用vxWorks作業系統，實現任務調度、資源管理；設置BSP及 硬體驅動程序，實現軟體對硬體資源的操作與控制；設置可編程的功能元件庫，包括採樣 值補償及調理、狀態量開入調理、有效值運算的執行元件。
圖6是本發明的集成IED模塊框圖，圖7是本發明的變電站綜合自動化系統示意圖。 如圖6、圖7所示，經過上述在本間隔內實現就地數位化後傳輸到變電站過程層的區域網的 信號經過交換機1或交換機2傳輸到集成IED，如圖7所示，變電站所有間隔的信息經過就 地數位化裝置的就地數位化後都傳輸到一個集成IED完成保護、測控、計量、監控、遠動、 VQC並通過交換機3與調度或監控系統通訊，該集成IED通過交換機3接收調度和/或監控 系統的命令並按命令通過交換機1或交換機2控制各個間隔內的開關、刀閘等基本元件。
集成IED包括核心處理器單元、對時接口、同步處理單元、人機接口、 IEC61850協議
12支持包、通訊協議庫；核心處理器單元與正C61850協議支持包連接，所述核心處理器單元 與對時接口、同步處理單元、人機接口、通訊協議庫連接；IEC61850支持包包括GOOSE 信息收發模塊、採樣值接收模塊；GOOSE信息收發模塊接收交換機1或交換機2輸出的 GOOSE信息由核心處理器單元完成保護、測控、計量、監控、遠動、VQC等功能，並經 通訊協議庫轉發規約後通過交換機3與調度或監控系統通訊，GOOSE信息收發模塊接收經 通訊協議庫轉發規約後的從調度/或監控系統通過交換機3傳輸的控制命令後經交換機1或 交換機2控制對應的一次間隔；採樣值接收模塊接收經交換機1或交換機2傳輸的各個間 隔採集的互感器信號由核心處理器單元完成保護、觀啦、計量、監控、遠動、VQC等功能， 並經通訊協議庫轉發規約後通過交換機3與調度或監控系統通訊。
集成IED中的核心處理器單元包括32位微處理器、460MHz的主頻、256M SDRAM內 存及256M的FLASH空間，2路100M/1000M接口 ， 一路100M的RJ45接口 ；核心處理器 單元採用vxWorks作業系統，實現任務調度、資源管理。
集成IED中的同步處理單元設置同步採樣支持軟體包，根據系統頻率信號判斷採樣頻 率及採樣時刻，並對各個間隔發出同歩採集信號的命令使正在採集信號的各個間隔的設備 在同一時刻採集信號後傳輸到變電站過程層區域網，並隨時從變電站過程層的區域網下載 所需的信息傳輸到集成正D中進行處理，也進行頻率跟蹤，保證採集裝置的採樣準確性。
集成正D中的對時接口設置對時軟體，接收GPS的通訊及脈衝對時信息實現準確的時 鍾管理，GPS可以內置在集成IED內也可以直接接入交換機1或交換機2或者通過網絡直 接接入到綜合自動化系統。
集成正D中的人機接口有觸摸式平板電腦，觸摸式平板電腦設置X86系統6.4"觸控螢幕、 windows作業系統，實現裝置的綜合管理，並設置人機接口程序包，實現實時信息顯示、歷 史信息記錄及查詢、安全管理、裝置維護，並基於windows作業系統和觸控螢幕技術的的顯 示維護接口，實現對運行信息的綜合監視、控制、維護及配置，界面操作簡單。
集成正D中的通訊協議庫也可以接入其它電子智能設備正D並進行通訊規約轉換，與 調度或監控系統進行信息交互。
集成IED中的IEC61850支持包還包括XML配置文件解析模塊，設置可編程的配置文 件解釋支持包，解析任務執行的配置文件用於實現各種元件的特徵描述及信息關聯，各元 件的綜合調用關係及掃描頻率分配。
集成正D中的核心處理器單元設置可編程的功能元件庫，包括採樣值運算元件、保護 判斷元件、功率測量元件、電能計量元件、故障錄波元件、小電流選線元件、電壓無功控制元件，進行電量計算、保護邏輯判斷、出口配置管理及執行對採集裝置的控制策略、數 據處理及邏輯控制功能，如每個間隔的保護、測量、計量及站級的小電流選線、電壓無功 控制及五防操作聯鎖等。核心處理器單元設置BSP及硬體驅動程序，實現軟體對硬體資源 的操作與控制。
就地數位化裝置與集成正D採用2路光纖100 /1000M乙太網，集成IED與調度/監控 系統之間使用支持雙乙太網(10兆/100兆)通訊，用於實現對裝置的配置及與集成正D進 行信息交互。這樣可以用通訊網絡取代複雜的控制電纜，使網絡通訊電磁兼容性好、可靠 性高，同時也保證集成保護IED的良好電磁兼容環境，採用RJ45或FX100光纖接口，做 到了一次設備和二次設備間、二次設備之間均採用計算機通信技術， 一條信道可傳輸多個 通道的信息，通信線的數量大幅度簡化，通信系統在傳輸有效信息的同時傳輸信息校驗碼 和通道自檢信息， 一方面杜絕誤傳信號，另一方面在通信系統故障時可及時告警，數字信 號用光纖傳輸，從根本上解決抗幹擾問題。設置WEB維護接口，設置WEB接口程序，用 於實現配置裝置的運行參數、檢查裝置的運行狀態。
上述交換機1和交換機3以及圖中的交換機2均為乙太網光交換機。如圖7所示，集 成式IED、乙太網光交換機、過程層光纖均為冗餘配置，正常為兩套設備同時運行，有一 套判為保護動作即動作，這樣當一套檢修或故障不影響另一套正常運行，採用雙光纖以太 網交換機和雙集成保護IED配置，構成雙熱備份進一步提高系統的可靠性。交換機l和交 換機2互為冗餘配置。
本發明把就地數位化裝置設置在一次設備的各個間隔內，該就地數位化裝置把間隔內 採集到的開關、刀閘狀態量轉換成GOOSE格式報文、把採集到的互感器信息轉換成符合 IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文，經過上述數位化處理後的信息傳輸到變電站過程層 的區域網；從變電站過程層的區域網接收到的GOOSE格式報文轉換成對開關、刀閘的分合 操作控制；本發明還使用了集成正D，把各個間隔的經過在本間隔內就地數位化處理後輸 出的信息傳輸到該集成IED完成保護、測控、計量、監控、遠動、VQC功能；這些各個間 隔輸出的數位化信息以雙乙太網(100兆/1000兆)經交換機分別上傳至集成保護IED，並 為了提高其可靠性集成IED、交換機、乙太網光纖均為冗餘配置，兩套設備同時運行，這種 變電站一次設備就地數位化方法及其裝置將變電站綜合自動化的各種功能在統一的信息平 臺共享、用通訊網絡取代複雜的控制電纜、設備間無縫連接，解決不同廠家設備間互操作 的問題、便於變電站設計、施工、擴建、維護維修、提高信號傳輸的可靠性、進一步提高 自動化和管理水平、並且降低綜合造價。
權利要求
1. 一種變電站一次設備就地數位化方法，其特徵在於分別採集同一間隔內的開關、刀閘狀態量轉換成GOOSE格式報文，分別採集同一間隔內的互感器數字量、模擬量轉換成符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文，各間隔的狀態量、數字量和模擬量經過上述就地數位化處理後得到的信息發送到變電站過程層的區域網；從過程層的區域網接收GOOSE格式報文轉換成對開關、刀閘的分合操作控制。
2. 根據權利要求1所述的變電站一次設備就地數位化方法，其特徵在於將同一間隔內採 集到的狀態量、數字量、模擬量在本間隔內經過所述就地數位化處理後通過交換機傳輸到 集成IED，將各個間隔的狀態量、數字量、模擬量在本間隔內就地數位化處理後都通過所 述交換機傳輸到該集成正D，該集成正D分別對各個間隔輸出的經過就地數位化處理後的 信息進行運算和處理從而實現變電站的保護和自動化功能。
3. 根據權利要求1或2所述的變電站一次設備就地數位化方法，其特徵在於根據集成IED 的同步採集命令使正在採集信息的各個間隔的設備在同一時刻採集信息並把同一時刻採集 的信息傳輸到變電站過程層的區域網，保證採集裝置的採樣同步性。
4. 根據權利要求1所述的變電站一次設備就地數位化方法，其特徵在於所述採集同一間 隔內的互感器信息為電子式互感器ECT/EVT的數字信息/模擬信息和/或傳統互感器CT、PT 模擬信息。
5. 根據權利要求1至4之一所述的變電站一次設備就地數位化方法，其特徵在於所述信 息的傳輸用雙乙太網光纖通訊，所述雙乙太網光纖為FX100/1000光纖；所述交換機為以太 網光交換機。
6. —種變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於將就地數位化裝置設置在各個間隔 內，所述就地數位化裝置與開關、刀閘、互感器連接，所述就地數位化裝置通過變電站過 程層的區域網與所述交換機上的通用數字接口連接；所述就地數位化裝置把採集到的間隔 內的開關、刀閘狀態量轉換成GOOSE格式報文，把採集到的間隔內的互感器數字量或模擬 量轉換成符合IEC61850協議的釆樣值傳輸格式報文，把上述就地數位化處理後的信息傳輸 到變電站過程層的區域網，把從變電站過程層的區域網接收到的GOOSE格式報文轉換成對 開關、刀閘的分合操作。
7. 根據權利要求6所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述就地數位化 裝置包括核心處理器單元、開入開出處理單元、模擬量接入單元、正C61850協議支持包、 人機接口單元、網絡接入單元；所述核心處理器單元與開入開出處理單元、模擬量接入單元、正C61850協議支持包、人機接口單元、網絡接入單元連接，所述開入開出處理單元與 間隔內的開關、刀閘連接；所述開入開出處理單元採集開關、刀閘的狀態量後在核心處理 器單元、IEC61850協議支持包轉換成GOOSE格式報文傳輸到變電站過程層的區域網，把 從變電站過程層的區域網收到的GOOSE格式報文在核心處理器單元、IEC61850協議支持 包轉換成開關、刀閘的分合控制操作；所述模擬量接入單元與間隔內的互感器連接，所述 模擬量接入單元採集間隔內的互感器信息在核心處理器單元、協議支持包轉換成符合 IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文接入到變電站過程層的區域網。
8. 根據權利要求7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述IEC61850 協議支持包包括GOOSE信息收發模塊、採樣值發送模塊、XML配置文件解析模塊；所述 GOOSE信息收發模塊把開入開出處理單元採集到的開關、刀閘狀態量信息轉換成GOOSE 格式報文傳輸到變電站過程層的區域網，把從變電站過程層的區域網收到的GOOSE格式報 文轉換成對開關刀閘的分合控制操作；所述採樣值發送模塊把模擬量接入單元採集到的信 息轉換成符合正C61850協議的採樣值傳輸格式報文接入到變電站過程層的區域網；所述 XML配置文件解析模塊設置可編程的配置文件解釋支持包，解析任務執行的配置文件用於 實現開關、刀閘、互感器的特徵描述及信息關聯，開關、刀閘、互感器的綜合調用關係及 掃描頻率分配。
9. 根據權利要求7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述模擬量接入 單元包括微型精密互感器、電壓調理電路、AD轉換電路、電子式互感器接口信號調理電路； 所述微型精密互感器、電壓調理電路、AD轉換電路接收傳統互感器的模擬量信息進行A/D 轉換；所述電子式互感器接口信號調理電路接收電子式互感器的各類信息。
10. 根據權利要求7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述核心處理 器單元包括32位微處理器、160MHz的主頻、32M DDR內存及16M的FLASH,所述核心 處理器單元採用vxWorks作業系統，調度任務、管理資源。
11. 根據權利要求7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述就地數字 化裝置還包括與所述核心處理器單元相連的同步處理單元，所述同步處理單元設置同步採 樣支持軟體包，接入光纖同步信號進行精密對時、同步採樣處理並根據同步輸入信號精密 調整採樣時刻及實時時鐘維護。
12. 根據權利要求7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述人機接口 單元由一個320X240的藍屏液晶和7個鍵盤通過CPLD與裝置信息連接，可以顯示基本的 採集信息及異常狀態，並可簡單控制裝置運行設置；所述人機接口單元中設置人機接口程序包，實現可配置的人機操作，便於運行監視。
13. 根據權利要求7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述網絡接入 單元使用2路光纖100/1000M乙太網，用於實現對裝置的配置及與所述集成IED進行信息交互。
14. 根據權利要求6或7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述就地 數位化裝置設置BSP及硬體驅動程序，使軟體對硬體資源進行操作控制。
15. 根據權利要求6或7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述就地數位化裝置設置可編程的功能元件庫，包括採樣值補償及調理、狀態量開入調理、有效值 運算的執行元件。
16. 根據權利要求6或7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述就地 數位化裝置設置ECT/EVT數字接口 、 ECT/EVT模擬接口禾n/或CT/PT模擬接口 ；並設置電 子式互感器接口支持軟體，用於接收ECT和EVT的模擬量信息及數字量信息。
17. 根據權利要求6或7所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述就地 數位化裝置設置WEB維護接口，設置WEB接口程序，用於配置裝置的運行參數、檢查裝 置的運行狀態。
18. 根據權利要求6至17之一所述的變電站一次設備就地數位化裝置，其特徵在於所述 交換機為乙太網光交換機，所述集成IED、乙太網光交換機、乙太網光纖均為冗餘配置，兩 套設備同時運行。
全文摘要
本發明把就地數位化裝置設置在變電站間隔層一次設備的各個間隔內，該就地數位化裝置分別採集同一間隔內的開關、刀閘等狀態量轉換成GOOSE格式報文，分別採集同一間隔內的互感器數字量、模擬量信息轉換成符合IEC61850協議的採樣值傳輸格式報文，經過上述就地數位化處理後得到的信息發送到變電站過程層的區域網；從過程層的區域網接收GOOSE格式報文轉換成對開關、刀閘的分合操作控制。這種變電站一次設備就地數位化方法及其裝置在統一的信息平臺共享信息、用通訊網絡取代複雜的控制電纜、便於變電站設計、施工、擴建、維護維修、提高信號傳輸的可靠性、進一步提高自動化和管理水平、並且降低綜合造價。
文檔編號H02J13/00GK101465564SQ200910076570
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優先權日2009年1月9日
發明者劉海波, 李春久, 王海吉 申請人:北京美蘭尼爾電子技術有限公司