智能變電站過程層接口設備的製作方法
2023-05-08 05:05:46
專利名稱：智能變電站過程層接口設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力自動化領域，具體涉及一種智能變電站過程層接口設備。
背景技術：
隨著IEC61850標準的不斷推廣和深入，三層設備(站控層、間隔層、過程層)的架構不僅使整個變電站的系統結構更加清晰，同時也為變電站的運行維護提供了便利。IEC61850標準也是智能變電站建設的基礎，而基於IEC61850標準的過程層總線技術則是該標準突出特徵之一。過程設備通常由電子式互感器(常規互感器)、斷路器等一次設備組成，而參與構建過程網絡的設備則分別是合併單元和智能終端裝置，即過程層SV和GOOSE報文的實際發送和接收設備。隨著IEC61850標準的推廣應用，合併單元和智能終端也在變電站得到了廣泛應用。智能變電站作為電力行業的工業設施，其未來的發展趨勢將會涉及全站系統的整合和設備的集成，這不僅是工業技術水平提升的表現，同時也是節能高效的重要體現。隨著智能變電站建設的深入，合併單元和智能終端的應用也更為廣泛，相應的產品在性能上日趨穩定和完善，且積累了大量工程應用的實際經驗，由於合併單元和智能終端都是服務與一次設備，同一間隔內的尤為突出，因此，從設計角度就提出了將兩者進行集成的思路。專利號為CN201110186649.3、名稱為:「一種多功能的智能化數據採集裝置」的發明披露了一種智能化數據採集裝置，是用於採集電壓和電流的合併單元；但仍然未能將合併單元和智能終端進行集成。
發明內容
為克服上述缺陷，本發明提供了一種智能變電站過程層接口設備，能夠將智能變電站現有合併單元或者智能終端裝置的功能進行整合和集成，形成一套更加智能化的接口設備，實現變電站過程層設備的統一接入。為實現上述目的，本發明提供一種智能變電站過程層接口設備，包括:LED面板、高速總線背板和電源板，其改進之處在於，所述設備包括:數據採集單元、共用通信接口和操作控制單元；所述據數據採集單元、共用通信接口單元、操作控制單元、LED面板分別通過所述高速總線背板進行數據交互；所述數據採集單元和所述操作控制單元通過所述高速總線背板進行數據交互。本發明提供的優選技術方案中，所述數據採集單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數據交互的交流採樣插件、FT3採樣插件和數據採樣CPU插件。本發明提供的第二優選技術方案中，所述操作控制單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數據交互的操作控制CPU插件、保護操作插件、直流採集插件、開出插件和開入插件。本發明提供的第三優選技術方案中，所述共用通信接口單元，包括:兩種類型的通信擴展插件，用於擴展出多個通信網口，實現SV、GOOSE網絡報文的共網口傳輸；所述共用通信接口單元，在採用IEEE1588網絡對時的方式下，用於SV、GOOSE和IEEE1588共網口傳輸。本發明提供的優選技術方案中，兩種類型的通信擴展插件，一種是具有發送和接收功能的8對光纖通信口 ；另一種是具有8個光纖發送網口 ；這兩種類型的通信擴展插件獨立配置或者同時配置。本發明提供的第五優選技術方案中，所述數據採集單元和所述操作控制單元獨立配置或者同時配置；所述數據採集單元和所述操作控制單元在同時配置時任一單元的異常不會影響另一個單元的正常運行。本發明提供的第六優選技術方案中，所述操作控制CPU插件和所述數據採樣CPU插件分別包括:並排設置的溫度傳感晶片、溼度傳感晶片，通過GOOSE報文將設備內部的溫度和溼度信息傳輸給保護測控裝置。本發明提供的第七優選技術方案中，所述操作控制CPU插件和所述數據採樣CPU插件分別具有運行狀態相互監視的功能，在所述任一 CPU插件故障時能將故障CPU插件的功能轉入另一 CPU實現；在兩CPU正常運行時，所述操作控制CPU插件協同數據採樣CPU插件完成報文組包工作。本發明提供的第八優選技術方案中，所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件分別設置有ICD配置解析功能；所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件解析I⑶配置文件，分別提取SV和GOOSE控制模塊並發送相應的SV報文和GOOSE報文。本發明提供的第九優選技術方案中，所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件都具有IRIG-B碼光纖對時和IEEE1588網絡對時功能。本發明提供的第十優選技術方案中，所述設備採用4U機箱。與現有技術比，本發明提供的一種智能變電站過程層接口設備，將變電站現有過程層合併單元和智能終端裝置進行集成，設計成為統一的過程層接口設備，推動一次設備智能化的發展；同時在實現數據採集、操作控制、狀態監視等功能的基礎，實現繼電保護點對點的數據傳輸以及測控裝置的網絡傳輸；更為重要的是通過該設備的開發能夠有效簡化全站設計、降低設備數量、減少佔地面積，減少建設成本，同時也能夠有效滿足生產運行和檢修的要求。
圖1為過程層接口設備結構圖。圖2為過程層接口設備FT3採樣插件結構示意圖。圖3為過程層接口設備擴展通信插件兩種結構示意圖。圖4為過程層接口設備CPU插件結構示意圖。圖5為過程接口設備線路間隔應用示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，智能變電站過程層接口設備，包括:LED面板、高速總線背板、電源板、數據採集單元、共用通信接口和操作控制單元；所述據數據採集單元、共用通信接口單元、操作控制單元、LED面板分別通過所述高速總線背板進行數據交互；所述數據採集單元和所述操作控制單元通過所述高速總線背板進行數據交互。所述數據採集單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數據交互的交流採樣插件、FT3採樣插件和數據採樣CPU插件。所述操作控制單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數據交互的操作控制CPU插件、保護操作插件、直流採集插件、開出插件和開入插件。所述共用通信接口單元，包括:兩種類型的通信擴展插件，用於擴展出多個通信網口，實現SV、GOOSE網絡報文的共網口傳輸；所述共用通信接口單元，在採用IEEE1588網絡對時的方式下，用於SV、GOOSE和IEEE1588共網口傳輸。兩種類型的通信擴展插件，一種是具有發送和接收功能的8對光纖通信口 ；另一種是具有8個光纖發送網口 ；這兩種類型的通信擴展插件分別配置或者同時配置。所述數據採集單元和所述操作控制單元獨立配置或者同時配置；所述數據採集單元和所述操作控制單元在同時配置時任一單元的異常不會影響另一個的正常運行。所述操作控制CPU插件和所述數據採樣CPU插件分別包括:並排設置的溫度傳感晶片、溼度傳感晶片，通過GOOSE報文將設備內部的溫度和溼度信息傳輸給保護測控裝置。所述操作控制CPU插件和所述數據採樣CPU插件分別具有運行狀態相互監視的功能，在所述任一 CPU插件故障時能將故障CPU插件的功能轉入另一 CPU實現；在兩CPU正常運行時，所述操作控制CPU插件協同數據採樣CPU插件完成報文組包工作。所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件分別設置有I⑶配置模塊；所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件根據各自的配置解析ICD配置模塊，分別提取並發送相應的SV報文和GOOSE報文。所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件都具有IRIG-B碼光纖對時和IEEE1588網絡對時功能。所述設備採用4U機箱。通過以下實施例對智能變電站過程層接口設備做進一步解釋。變電站過程層接口設備，包含以下功能插件:交流採樣插件:接入傳統電磁式電壓互感器和電流互感器的模擬數據，可接入4路電壓、4路保護電流和3路測量電流。FT3採樣插件:接入電子式互感器的數據，可接入4路電壓和4路電流。開入插件:接入外部開關位置狀態以及其它狀態量信號。開出插件:實現對外部設備的操作與控制；保護操作插件:實現對繼電保護裝置跳閘和合閘迴路的控制、監視和閉鎖。直流採集插件:接入0-5V或4-20mA的外部直流測量量。數據採樣CPU插件:實現電壓、電流數據採集、插值計算、SV採樣報文處理、傳輸、同步對時。操作控制CPU插件:實現外部開頭狀態數據的採集、操作控制邏輯分析及處理、GOOSE報文傳輸、外部同步對時。通信擴展插件:擴展出多個通信網口，實現數據採集CPU和操作控制CPU報文的共口傳輸；高速總線背板:實現不同插件之間的數據交互；
POWER電源板:外部220V交直流電源接入，為設備各個插件提供工作電源；LED面板:顯示設備運行狀態、開關位置及告警信號，通過LED指示燈顯示。前述變電站過程層接口設備，I)該設備具有數據採樣CPU和操作控制CPU兩套獨立的CPU插件，各自實現傳統或電子式互感器數據採集、斷路器及開關的操作控制功能。2)兩塊CPU插件皆具有2路光纖接收網口、I路IRIG-B輸入埠、2對傳輸光口和I個百兆調試電口。3)兩塊獨立的CPU插件之間相互獨立，任一 CPU插件故障不影響另一 CPU正常工作，且可帶電插拔跟換故障板件。4)在GOOSE網絡負荷較輕時，兩CPU插件之間可進行並行協作，採樣處理CPU在完成同步對時和數據插值計算後將後續的報文組包工作交由操作控制處理CPU完成，實現設備內部資源的高效利用。5)可通過對兩塊CPU插件進行運行狀態相互監視的配置，實現當任何一 CPU出現故障且故障板件未更換時，將故障CPU的功能轉移至正常運行的CPU處理，實現雙CPU之間的互為備用。6) CPU板件內安裝溫度和溼度傳感晶片，能夠將設備內部的工作溫度和溼度通過GOOSE報文傳輸給變電站間隔層的繼電保護裝置或測控裝置。7)各CPU內運行VxWorks實時作業系統；前述變電站過程層接口設備中，I)通信擴展插件有兩種類型。一種是具有發送和接收功能的8對光纖通信口，另外一種是具有8個發送功能的光纖通信口。這兩種類型的擴展插件即可獨立配置也可共同配置。2)設備對外傳輸的SV採樣數據和GOOSE報文信息採用共網口的方式，即使用一個網口同時發送和接收SV和GOOSE報文。在採用IEEE1588網絡對時時，同一個網口同時發送和接收SV、GOOSE和IEEE1588報文。3)對外傳輸的SV報文支持FT3格式、FT3擴展格式和IEC61850-9-2格式；對外傳輸的GOOSE報文遵循IEC61850-8-1標準。4)在SV報文和GOOSE報文同時需要處理時，設備優先處理並發送SV報文，以有效保證SV米樣報文傳輸的實時性和穩定性。5)所有的光纖傳輸網口均採用百兆ST接口，接入多模光纖，波長為1310nm。前述變電站過程層接口設備，其特徵在於:其特徵在於:I)設備內部的配置文件採用XML進行描述，所有的模型完全遵循IEC61850-7-2和IEC61850-7-3 標準。2)整個裝置採用一個I⑶配置文件，分別下載於兩個不同的CPU板，各CPU板根據各自配置解析ICD文件，並分別提取SV報文控制模塊和GOOSE報文控制模塊並發送相應的報文。前述變電站過程層接口設備，具有外部數據級聯功能，能夠接收其它設備採用FT3格式、FT3擴展格式或者IEC61850-9-2格式傳輸的採樣報文，通過對外部接入數據的延時進行計算和補償，實現與於設備自身採集數據的同步。
前述變電站過程層接口設備中:I)整個設備可同時支持IRIG-B碼對時和IEEE1588網絡對時。2)數據採樣CPU板和操作控制CPU板均具有IRIG-B碼對時，當採用IRIG-B碼對時接入任何一 CPU板即可；若兩者同時接入IRIG-B對時信號，先收到對時信號的為主對時板，裝置對時信號以主板為主，當主對時板對時出現異常時再以另一 CPU板為準。前述變電站過程層接口設備，支持繼電保護裝置點對點傳輸的要求，通信擴展插件可以有效滿足多路接入的需求；同時還支持SV和GOOSE組網傳輸的要求，即可沿用SV和GOOSE共網口後的共網傳輸模式，也可通過網口配置，將SV和GOOSE分別組網。當採用網絡傳輸時裝置可支持GMRP協議實現VLAN的動態劃分。前述變電站過程層接口設備，通過保護操作插件，即可實現斷路器開關的三相跳閘和合閘操作，也可分相實現跳合閘操作。前述變電站過程層接口設備中，交流採樣插件和FT3採樣插件即可獨立配置，也可同時配置。當兩塊插件同時配置時整個設備的採樣序號以交流採樣插件為準。前述變電站過程層接口設備，採用4U機箱，就地安裝於變電站一次設備附近，通過百兆網絡調試電口實現參數的遠程修改和配置。前述變電站過程層接口設備，可根據自身採集的電流電壓數據、外部接收的跨間隔測量數據以及自身採集的開關狀態位置信息實現母線電壓的並列或者切換功能。需要聲明的是，本發明內容及具體實施方式
意在證明本發明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發明保護範圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理啟發下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護範圍內。
權利要求
1.一種智能變電站過程層接口設備，包括=LED面板、高速總線背板和電源板，其特徵在於，所述設備包括:數據採集單元、共用通信接口和操作控制單元；所述據數據採集單元、共用通信接口單元、操作控制單元、LED面板分別通過所述高速總線背板進行數據交互；所述數據採集單元和所述操作控制單元通過所述高速總線背板進行數據交互。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述數據採集單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數據交互的交流採樣插件、FT3採樣插件和數據採樣CPU插件。
3.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述操作控制單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數據交互的操作控制CPU插件、保護操作插件、直流採集插件、開出插件和開入插件。
4.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述共用通信接口單元，包括:兩種類型的通信擴展插件，用於擴展出多個通信網口，實現SV、GOOSE網絡報文的共網口傳輸；所述共用通信接口單元，在採用IEEE1588網絡對時的方式下，用於SV、GOOSE和IEEE1588共網口傳輸。
5.根據權利要求4所述的設備，其特徵在於:兩種類型的通信擴展插件，一種是具有發送和接收功能的8對光纖通信口 ；另一種是具有8個光纖發送網口 ；這兩種類型的通信擴展插件獨立配置或者同時配置。
6.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述數據採集單元和所述操作控制單元獨立配置或者同時配置；所述數據採集單元和所述操作控制單元在同時配置時任一單元的異常不會影響另一個單元的正常運行。
7.根據權利要求2或者3所述的設備，其特徵在於，所述操作控制CPU插件和所述數據採樣CPU插件分別包括:並排設置的溫度傳感晶片、溼度傳感晶片，通過GOOSE報文將設備內部的溫度和溼度信息傳輸給保護測控裝置。
8.根據權利要求2或者3所述的設備，其特徵在於，所述操作控制CPU插件和所述數據採樣CPU插件分別具有運行狀態相互監視的功能，在所述任一 CPU插件故障時能將故障CPU插件的功能轉入另一 CPU實現；在兩CPU正常運行時，所述操作控制CPU插件協同數據採樣CPU插件完成報文組包工作。
9.根據權利要求2或者3所述的設備，其特徵在於，所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件分別設置有ICD配置解析功能；所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件解析I⑶配置文件，分別提取SV和GOOSE控制模塊並發送相應的SV報文和GOOSE報文。
10.根據權利要求2或者3所述的設備，其特徵在於，所述數據採樣CPU插件和所述操作控制CPU插件都具有IRIG-B碼光纖對時和IEEE1588網絡對時功能。
11.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述設備採用4U機箱。
全文摘要
本發明提供了一種智能變電站過程層接口設備，包括LED面板、高速總線背板、電源板、數據採集單元、共用通信接口單元和操作控制單元；所述數據採集單元、共用通信接口單元、操作控制單元、電源板和LED面板分別通過高速總線背板進行數據交互。本發明提供的智能變電站過程層接口設備，能夠將智能變電站同一間隔內現有合併單元和智能終端裝置的功能進行整合和集成，形成一套更加智能化的接口設備，實現變電站過程層設備的統一接入。
文檔編號H04L29/10GK103200280SQ20131005520
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月20日 優先權日2013年2月20日
發明者樊陳, 倪益民, 竇仁暉, 姜玉磊, 姚志強, 吳豔平 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司