智能變電站的多功能一體化測控裝置和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能變電站的多功能一體化測控裝置和系統(tǒng)，要解決的技術(shù)問題是提高變電站二次設備的集成度。本發(fā)明的裝置設有測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路和用于數(shù)據(jù)交換的智能管理器。本發(fā)明的系統(tǒng)設有測控功能模塊，同步相量測量模塊、電能質(zhì)量功能模塊、暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊，液晶面板管理模塊，過程層功能模塊和智能管理器模塊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，各電路在智能管理器的控制下協(xié)同工作,減少二次設備的占地面積，提高變電站二次設備的集成度，提高維護管理效率，為電力自動化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，集成穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、集成網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析功能。
【專利說明】智能變電站的多功能一體化測控裝置和系統(tǒng)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能電網(wǎng)系統(tǒng)設備和系統(tǒng)，特別是一種智能變電站的測控裝置和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎，將現(xiàn)代先進的傳感測量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。它以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應電力市場化發(fā)展等為目的，實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。
[0003]智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的智能變電站測控裝置的服務對象是單個間隔，功能單一，測控裝置工程維護工作量大。在保測一體化裝置存在爭議的情況下，維持測控裝置的獨立性，順應智能電網(wǎng)發(fā)展方向，將測控裝置向多間隔化和多功能化發(fā)展的方式已經(jīng)成為一種趨勢。另外，隨著電子信息技術(shù)及網(wǎng)絡化的發(fā)展，作為獨立化存在測控裝置集成多種應用功能已成為可能，如集成三態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、集成錄波和網(wǎng)絡報文分析、電能質(zhì)量分析等，將大大減輕測控裝置工程維護工作量，提高維護管理效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種智能變電站的多功能一體化測控裝置和系統(tǒng)，要解決的技術(shù)問題是提高變電站二次設備的集成度，減少測控裝置工程維護工作量。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種智能變電站的多功能一體化測控裝置，設有測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路和用于數(shù)據(jù)交換的智能管理器；所述智能管理器連接測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路和過程層功能電路；
[0007]所述過程層功能電路處理常規(guī)互感器的交流采樣和具有電子式互感器的數(shù)字采樣，進行常規(guī)繼電器控制的輸入和輸出，進行基于面向通用對象的變電站事件GOOSE的數(shù)字化輸入和輸出；
[0008]所述智能管理器負責對時，與測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路和過程層功能電路之間的通信；
[0009]所述測控功能電路由智能管理器上取得原始采樣數(shù)據(jù)并進行計算；
[0010]所述動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路用于完成動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文分析的工作，再傳輸?shù)接脩綦娔X上，同時通過智能管理器傳輸?shù)揭壕姘骞芾黼娐诽峁?shù)據(jù)顯示。
[0011]本發(fā)明裝置的智能管理器連接有液晶面板管理電路；
[0012]所述液晶面板管理電路負責完成人機交互，將用戶命令通過智能管理器下發(fā)到各個電路；使用者通過按鍵下達控制指令，通過智能管理器下發(fā)給測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路；
[0013]所述測控功能電路由智能管理器上取得原始采樣數(shù)據(jù)并進行計算，再將計算結(jié)果傳輸給液晶面板管理電路供用戶使用；
[0014]所述動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路將完成的動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文分析通過智能管理器傳輸?shù)揭壕姘骞芾黼娐诽峁?shù)據(jù)顯示。
[0015]本發(fā)明裝置的智能管理器采用高速現(xiàn)場可編程門陣列；所述智能管理器內(nèi)設有智能管理系統(tǒng)，所述智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能電路為:管理總線電路、數(shù)據(jù)總線電路、對時總線電路。
[0016]本發(fā)明裝置的過程層功能電路設有第一 CPU，第一 CPU分別連接有內(nèi)存、閃存、時鐘電路、BOOTROM插座以及模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路；第一 CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接調(diào)試網(wǎng)口 ；第一 CPU通過第一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA連接介質(zhì)訪問控制層接口，所述第一 FPGA還連接光串口校時輸入，第一 FPGA連接有FPGA配置芯片；過程層功能電路經(jīng)第一FPGA與板卡的輸入輸出IO總線、數(shù)據(jù)總線、校時總線、秒脈沖輸出口連接。
[0017]本發(fā)明裝置的液晶面板管理電路設有第二 CPU，第二 CPU分別連接有同步動態(tài)隨機存儲器、閃存、時鐘電路、薄膜場效應晶體管、按鍵以及網(wǎng)絡控制器，網(wǎng)絡控制器連接5 口交換芯片，所述5 口交換芯片分別連接調(diào)試網(wǎng)口、網(wǎng)口 1、網(wǎng)口 2和網(wǎng)口 3，所述液晶面板管理電路經(jīng)網(wǎng)口 1、網(wǎng)口 2和網(wǎng)口 3與板卡的總線板連接。
[0018]本發(fā)明裝置的測控功能電路設有第三CPU，第三CPU分別連接有內(nèi)存、閃存、時鐘電路以及BOOTROM插座；第三CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接光/電接口和調(diào)試接口或電接口，第三CPU連接還連接有串口、經(jīng)16V554串并轉(zhuǎn)換口連接的串口、兩路全球定位系統(tǒng)GPS校時；第三CPU經(jīng)第三FPGA與板卡的10總線、校時總線連接；第三CPU還經(jīng)板卡的介質(zhì)訪問控制層、以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡分別連接對外光/電接口或?qū)Χ鲾?shù)據(jù)總線、對外光/電接口。
[0019]本發(fā)明裝置的動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路設有第四CPU，第四CPU連接有內(nèi)存、閃存、時鐘電路和BOOTROM插座；第四CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接光/電接口和調(diào)試接口或電接口，第四CPU連接串口、經(jīng)16V554串并轉(zhuǎn)換口連接的串口、兩路GPS校時，或用第2、3網(wǎng)口進行IEEE1588網(wǎng)絡對時；第四CPU經(jīng)第四FPGA與板卡的輸入輸出10總線、數(shù)據(jù)總線、校時總線、FPGA配置芯片連接，第四CPU經(jīng)板卡的介質(zhì)訪問控制層(MAC)、以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡分別連接對外光/電接口。
[0020]本發(fā)明裝置的測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路和液晶面板管理電路分別以板卡的結(jié)構(gòu)獨立設置。
[0021]本發(fā)明的智能變電站的多功能一體化測控裝置設有機箱，所述機箱采用半層4U插箱結(jié)構(gòu)，過程層功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，測控功能電路插接在機箱的插槽上；液晶面板管理電路安裝在機箱的前面板上，智能管理器安裝在機箱的背板上，在機箱的插槽上還插接有電源電路，所述電源電路分別為過程層功能電路、多功能電路、測控功能電路、液晶面板管理電路和智能管理器供電。
[0022]一種智能變電站的多功能一體化測控系統(tǒng)，設有設置在測控功能電路中的測控功能模塊，設置在動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路中的同步相量測量模塊、電能質(zhì)量功能模塊、暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊，設置在液晶面板管理電路中的液晶面板管理模塊，設置在過程層管理電路中的過程層功能模塊和智能管理器模塊；所述測控功能模塊、同步相量測量模塊、電能質(zhì)量功能模塊、暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊、液晶面板管理模塊和過程層功能模塊通過智能管理器模塊實現(xiàn)相互通信；
[0023]所述測控功能模塊接收到智能管理器模塊傳輸過來的原始采樣數(shù)據(jù)后，進行測量和控制方面的處理；
[0024]所述同步相量測量模塊接收過程層功能模塊上送的原始采樣數(shù)據(jù)，利用GPS衛(wèi)星同步時鐘實現(xiàn)對電網(wǎng)母線電壓和線路電流相量的同步測量，通過通信系統(tǒng)傳送到電網(wǎng)的控制中心或保護、控制器中，用于實現(xiàn)全網(wǎng)運行監(jiān)測控制或?qū)崿F(xiàn)區(qū)域保護和控制；
[0025]所述電能質(zhì)量功能模塊電能質(zhì)量功能模塊接收過程層功能電路上送的原始采樣數(shù)據(jù)，進行電能質(zhì)量的計算并將結(jié)果通過智能管理器模塊傳輸?shù)揭壕姘骞芾砟K進行實時顯示；
[0026]所述暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊接收過程層功能電路上送的原始采樣數(shù)據(jù)，進行暫態(tài)擾動監(jiān)測的計算并將結(jié)果通過智能管理器模塊傳輸?shù)揭壕姘骞芾砟K進行實時顯示；
[0027]所述液晶面板管理模塊接收智能管理器模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)并通過液晶顯示器進行實時顯示；
[0028]所述過程層功能模塊從變電站電壓、電流互感器獲取電壓、電流原始采樣值，從變電站的開關(guān)設備獲得開入量的采樣值，將獲取的電壓、電流及開入量的采樣值后將這些原始采樣數(shù)據(jù)傳送給智能管理器模塊；
[0029]所述智能管理器模塊收到過程層功能模塊發(fā)送來的原始采樣數(shù)據(jù)后將這些原始數(shù)據(jù)分別傳輸?shù)綔y控功能模塊、同步相量測量功能模塊、電能質(zhì)量功能模塊以及暫態(tài)擾動監(jiān)測功能模塊；將測控功能模塊、同步相量測量功能模塊、電能質(zhì)量功能模塊以及暫態(tài)擾動監(jiān)測功能模塊發(fā)送來的結(jié)果傳輸?shù)揭壕姘骞芾砟K進行實時顯示。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，設有可提供各模塊數(shù)據(jù)交換的智能管理器，實現(xiàn)測控功能，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能，過程層功能，液晶面板管理功能，各個電路在智能管理器的控制下協(xié)同工作完成各項功能，減少了二次設備的占地面積，提高了變電站二次設備的集成度，簡化了維護管理的工作量，提高維護管理效率，同時可為電力自動化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)、過程層報文、電能質(zhì)量的數(shù)據(jù)，集成穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、集成網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的過程層功能電路結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖2是本發(fā)明的液晶面板管理電路結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖3是本發(fā)明的測控功能電路結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖4是本發(fā)明的多功能電路結(jié)構(gòu)圖。[0035]圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖6是本發(fā)明過程層功能電路虛開入示意圖。
[0037]圖7是本發(fā)明過程層功能電路虛開出示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明的智能變電站的多功能一體化測控裝置(裝置)，設有測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路(多功能電路)，過程層功能電路，液晶面板管理電路，用于數(shù)據(jù)交換的智能管理器。智能管理器連接測控功能電路、多功能電路、過程層功能電路和液晶面板管理電路。測控功能電路、多功能電路、過程層功能電路和液晶面板管理電路分別以板卡的結(jié)構(gòu)獨立設置，以保證各電路的功能實現(xiàn)的安全性。
[0039]如圖1所示，過程層功能電路設有第一 CPU，采用飛思卡爾半導體(中國)有限公司的CPU，型號為MPC8247，第一 CPU連接有4片16MX 16位的內(nèi)存芯片，構(gòu)成128M的內(nèi)存區(qū)；第一 CPU連接有兩片8M的閃存FLASH (Flash EEPROM Memory):一片用于存放操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)(C盤)，采取16位操作，其內(nèi)存控制起始地址為0x30000000 ;另一片用于存放記錄文件(D盤)，也是采取16位操作，其內(nèi)存控制起始地址為0x16000000 ;第一 CPU連接有時鐘電路和BOOTROM插座(無盤啟動ROM接口)；第一 CPU連接有兩片模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路AD976A芯片，支持12路AD采樣，采集變電站電壓和電流數(shù)據(jù)；第一 CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接調(diào)試網(wǎng)口 ；第一 CPU通過第一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA連接8個介質(zhì)訪問控制層(MAC)接口，支持8對光口(8收8發(fā))，第一 FPGA還連接兩路光串口校時輸入，支持光B碼或者光秒脈沖，第一 FPGA連接有FPGA配置芯片，F(xiàn)PGA型號為美國Altera公司的EP3C16F484C8N型FPGA芯片。過程層功能電路經(jīng)第一 FPGA與板卡的輸入輸出IO總線、數(shù)據(jù)總線、校時總線、秒脈沖輸出口連接。
[0040]過程層功能電路通過模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路(A/D芯片)采集到的變電站電氣量、運行設備的狀態(tài)參數(shù)、操作控制執(zhí)行與驅(qū)動的數(shù)據(jù)后，送入第一 CPU，第一 CPU將采集到的變電站電氣量、運行設備的狀態(tài)參數(shù)、操作控制執(zhí)行與驅(qū)動的數(shù)據(jù)通過智能管理器，上送至測控功能電路與多功能電路，測控功能電路與多功能電路將計算出的電力系統(tǒng)四遙數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文分析結(jié)果據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸給變電站的站控層系統(tǒng)。
[0041]過程層功能電路處理常規(guī)互感器的交流采樣和具有電子式互感器的數(shù)字采樣，可以進行常規(guī)繼電器控制的輸入和輸出，可以進行基于面向通用對象的變電站事件GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)的數(shù)字化輸入和輸出。
[0042]如圖2所示，液晶面板管理電路設有第二 CPU,采用三星集團的S3C2410 (ARM9),第二 CPU連接有16MX16位的同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM，起始地址為0x0C000000，外帶4MX16位的BIT SDRAM存儲介質(zhì)，起始地址為0x0，用于存放操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)，還連接有8M的閃存FLASH和時鐘電路；第二 CPU連接有一個4英寸320X240的薄膜場效應晶體管TFT、8只按鍵、一片100M網(wǎng)絡控制器，網(wǎng)絡控制器采用AX88796B芯片，網(wǎng)絡控制器連接一片100M的5 口交換芯片，5 口交換芯片采用RTL8305SC，分別連接調(diào)試網(wǎng)口、網(wǎng)口 1、網(wǎng)口2和網(wǎng)口 3。液晶面板管理電路經(jīng)網(wǎng)口 1、網(wǎng)口 2和網(wǎng)口 3與板卡的總線板連接。[0043]液晶面板管理電路負責完成人機交互，將用戶命令通過智能管理器下發(fā)到各個電路。使用者通過安裝在操作面板上按鍵下達控制指令，通過智能管理器下發(fā)給測控功能電路、多功能電路、過程層功能電路。
[0044]智能管理器采用高速現(xiàn)場可編程門陣列FPGA，F(xiàn)PGA為美國Altera公司的EP3C16F484C8N型FPGA芯片，為工業(yè)級芯片，抗干擾強，千兆以太網(wǎng)完成板件間的數(shù)據(jù)流傳輸，當電路(功能板件)較多時可劃分虛擬局域網(wǎng)VLAN，分別進行管理。
[0045]FPGA負責智能管理器對時和測控功能電路、多功能電路、過程層功能電路和液晶面板管理電路之間的通信功能。智能管理器內(nèi)設有智能管理系統(tǒng)，采用電路化架構(gòu)，按實現(xiàn)的功能作為電路形式出現(xiàn)，相互獨立，接口明確，高內(nèi)聚、低耦合，智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能作為電路包括:管理總線電路、數(shù)據(jù)總線電路、對時總線電路。
[0046]如圖3所示，測控功能電路設有第三CPU，采用飛思卡爾半導體(中國)有限公司的CPU，型號為MPC8247，第三CPU連接有8片16MX16位的內(nèi)存芯片，每4片構(gòu)成16MX64位的內(nèi)存區(qū)，其內(nèi)存起始地址分別是0x0和0x11000000 ;第三CPU連接有8M的閃存FLASH、時鐘電路和BOOTROM插座，F(xiàn)LASH用于存放操作系統(tǒng)、應用系統(tǒng)和FPGA配置系統(tǒng)，F(xiàn)LASH采取16位操作，其內(nèi)存控制起始地址為0x30000000 ;第三CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接光/電接口(光/電口)和調(diào)試接口或電接口(調(diào)試口或電口)，第三CPU連接4個串口、16V554串并轉(zhuǎn)換口連接的4個串口、兩路全球定位系統(tǒng)GPS校時，容量為2G的外存儲卡連接第三CPU，外存儲卡的內(nèi)存控制起始地址為0x16000000 ;第三CPU經(jīng)第三FPGA與板卡的IO總線、校時總線連接，實現(xiàn)測控功能電路與輸入/輸出控制總線和對時總線連接。第三CPU經(jīng)板卡的三個介質(zhì)訪問控制層MAC、以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡分別連接對外光/電接口或?qū)Χ鲾?shù)據(jù)總線、2個對外光/電接口。
[0047]測控功能電路由智能管理器控制的數(shù)據(jù)總線(LVDS)、IO總線(LVDS)上取得原始采樣數(shù)據(jù)，通過EP3C16F484C8N型FPGA芯片將數(shù)據(jù)傳送給第三CPU (對應圖4中的PowerPC),由第三CPU進行計算，再將計算結(jié)果通過MAC及串口傳輸給液晶面板管理電路供用戶使用。
[0048]測控功能電路依據(jù)變電站實際工況自由配置、投退。用戶可以通過輸入設備(安裝在操作面板上按鍵)來操作智能管理器，設置測控功能電路在裝置內(nèi)是否使能，從而改變裝置的運行方式。
[0049]如圖4所示，多功能電路設有第四CPU，采用飛思卡爾半導體(中國)有限公司的CPU，型號為MPC8247，第四CPU連接有8片16MX 16位的內(nèi)存芯片，每4片構(gòu)成16MX64位的隨機存儲器RAM區(qū)，兩個RAM區(qū)分別占用MPC8247的片選CSl和CS7，起始地址分別是0x0和0x11000000 ;第四CPU連接有8M的閃存FLASH、時鐘電路和BOOTROM插座，F(xiàn)LASH用于存放操作系統(tǒng)、應用系統(tǒng)和FPGA配置系統(tǒng)，F(xiàn)LASH采取16位操作，占用MPC8247的CS2片選，起始地址為0x30000000 ;容量為2G的CF卡(數(shù)據(jù)存儲設備Compact Flash),占用MPC8247的CS4片選，起始地址為0x16000000 ;第四CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接光/電接口(光/電口)和調(diào)試接口或電接口(調(diào)試口或電口)，第四CPU連接4個串口、16V554串并轉(zhuǎn)換口連接的4個串口、兩路GPS校時，或用第2、3網(wǎng)口進行IEEE1588網(wǎng)絡對時。第四CPU經(jīng)第四FPGA與板卡的輸入輸出10總線、數(shù)據(jù)總線、校時總線、FPGA配置芯片連接，F(xiàn)PGA為美國Altera公司的EP3C16F484C8N型FPGA芯片。第四CPU經(jīng)板卡的三個介質(zhì)訪問控制層MAC、以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡分別連接3個對外光/電接口。
[0050]第四CPU內(nèi)置有2個以太網(wǎng)接口，外接3個AX88796以太網(wǎng)接口，最多提供5個以太網(wǎng)接口。8個串口均可靈活配置為232、485或422 口。
[0051]多功能電路完成動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文分析的相關(guān)工作，再通過本電路上的網(wǎng)卡傳輸?shù)接脩綦娔X上，同時通過智能管理器傳輸?shù)揭壕姘骞芾黼娐诽峁?shù)據(jù)顯示。
[0052]多功能電路可依據(jù)變電站實際工況自由配置、投退。用戶可以通過操作智能管理器，設置多功能電路在裝置內(nèi)是 否使能，從而改變裝置的運行方式。
[0053]多功能電路具有的網(wǎng)絡報文分析功能錄取本間隔的采樣值SV (Sampled Value)報文、GOOSE報文等過程層。采用實時記錄、滾動存儲的方式保存采集到的報文，用戶可以通過IEC61850協(xié)議，調(diào)取報文進行高級應用和深入分析。
[0054]根據(jù)變電站自動化的應用需求，本實施例的智能變電站的多功能一體化測控裝置，采用以下配置:
[0055]半層4U插箱結(jié)構(gòu)，共有5個槽位，從右至左編號依次為I號槽、2號槽、3號槽、4號槽、5號槽，共插入4塊板件，如表1所示:
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述智能變電站的多功能一體化測控裝置設有測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路和用于數(shù)據(jù)交換的智能管理器；所述智能管理器連接測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路和過程層功能電路； 所述過程層功能電路處理常規(guī)互感器的交流采樣和具有電子式互感器的數(shù)字采樣，進行常規(guī)繼電器控制的輸入和輸出，進行基于面向通用對象的變電站事件GOOSE的數(shù)字化輸入和輸出； 所述智能管理器負責對時，與測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路和過程層功能電路之間的通信； 所述測控功能電路由智能管理器上取得原始采樣數(shù)據(jù)并進行計算； 所述動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路用于完成動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文分析的工作，再傳輸?shù)接脩綦娔X上，同時通過智能管理器傳輸?shù)揭壕姘骞芾黼娐诽峁?shù)據(jù)顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述智能管理器連接有液晶面板管理電路； 所述液晶面板管理電路負責完成人機交互，將用戶命令通過智能管理器下發(fā)到各個電路；使用者通過按鍵下達控制指令，通過智能管理器下發(fā)給測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路； 所述測控功能電路由智能管理器上取得原始采樣數(shù)據(jù)并進行計算，再將計算結(jié)果傳輸給液晶面板管理電路供用戶使用； 所述動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路將完成的動態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡報文分析通過智能管理器傳輸?shù)揭壕姘骞芾黼娐诽峁?shù)據(jù)顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述智能管理器采用高速現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA);所述智能管理器內(nèi)設有智能管理系統(tǒng)，所述智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能電路為:管理總線電路、數(shù)據(jù)總線電路、對時總線電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述過程層功能電路設有第一 CPU，第一 CPU分別連接有內(nèi)存、閃存(FLASH)、時鐘電路、B00TR0M插座以及模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路；第一 CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接調(diào)試網(wǎng)口 ；第一CPU通過第一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA連接介質(zhì)訪問控制層(MAC)接口，所述第一 FPGA還連接光串口校時輸入，第一 FPGA連接有FPGA配置芯片；過程層功能電路經(jīng)第一 FPGA與板卡的輸入輸出IO總線、數(shù)據(jù)總線、校時總線、秒脈沖輸出口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述液晶面板管理電路設有第二 CPU，第二 CPU分別連接有同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM)、閃存(FLASH)、時鐘電路、薄膜場效應晶體管(TFT)、按鍵以及網(wǎng)絡控制器，網(wǎng)絡控制器連接5 口交換芯片，所述5 口交換芯片分別連接調(diào)試網(wǎng)口、網(wǎng)口 1、網(wǎng)口 2和網(wǎng)口 3，所述液晶面板管理電路經(jīng)網(wǎng)口 1、網(wǎng)口 2和網(wǎng)口 3與板卡的總線板連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述測控功能電路設有第三CPU，第三CPU分別連接有內(nèi)存、閃存(FLASH)、時鐘電路以及BOOTROM插座；第三CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接光/電接口和調(diào)試接口或電接口，第三CPU連接還連接有串口、經(jīng)16V554串并轉(zhuǎn)換口連接的串口、兩路全球定位系統(tǒng)GPS校時；第三CPU經(jīng)第三FPGA與板卡的IO總線、校時總線連接；第三CPU還經(jīng)板卡的介質(zhì)訪問控制層(MAC)、以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡分別連接對外光/電接口或?qū)Χ鲾?shù)據(jù)總線、對外光/電接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路設有第四CPU，第四CPU連接有內(nèi)存、閃存(FLASH)、時鐘電路和BOOTROM插座；第四CPU經(jīng)以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡連接光/電接口和調(diào)試接口或電接口，第四CPU連接串口、經(jīng)16V554串并轉(zhuǎn)換口連接的串口、兩路GPS校時，或用第2、3網(wǎng)口進行IEEE1588網(wǎng)絡對時；第四CPU經(jīng)第四FPGA與板卡的輸入輸出IO總線、數(shù)據(jù)總線、校時總線、FPGA配置芯片連接，第四CPU經(jīng)板卡的介質(zhì)訪問控制層(MAC)、以太網(wǎng)PHY網(wǎng)卡分別連接對外光/電接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述測控功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，過程層功能電路和液晶面板管理電路分別以板卡的結(jié)構(gòu)獨立設置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能變電站的多功能一體化測控裝置，其特征在于:所述智能變電站的多功能一體化測控裝置設有機箱，所述機箱采用半層4U插箱結(jié)構(gòu)，過程層功能電路，動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路，測控功能電路插接在機箱的插槽上；液晶面板管理電路安裝在機箱的前面板上，智能管理器安裝在機箱的背板上，在機箱的插槽上還插接有電源電路，所述電源電路分別為過程層功能電路、多功能電路、測控功能電路、液晶面板管理電路和智能管理器供電。
10.一種智能變電站的多功能一體化測控系統(tǒng)，其特征在于:所述一體化測控系統(tǒng)設有設置在測控功能電路中的測控功能模塊，設置在動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測以及網(wǎng)絡報文分析和電能質(zhì)量分析的多功能電路中的同步相量測量模塊、電能質(zhì)量功能模塊、暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊，設置在液晶面板管理電路中的液晶面板管理模塊，設置在過程層管理電路中的過程層功能模塊和智能管理器模塊；所述測控功能模塊、同步相量測量模塊、電能質(zhì)量功能模塊、暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊、液晶面板管理模塊和過程層功能模塊通過智能管理器模塊實現(xiàn)相互通信； 所述測控功能模塊接收到智能管理器模塊傳輸過來的原始采樣數(shù)據(jù)后，進行測量和控制方面的處理； 所述同步相量測量模塊接收過程層功能模塊上送的原始采樣數(shù)據(jù)，利用GPS衛(wèi)星同步時鐘實現(xiàn)對電網(wǎng)母線電壓和線路電流相量的同步測量，通過通信系統(tǒng)傳送到電網(wǎng)的控制中心或保護、控制器中，用于實現(xiàn)全網(wǎng)運行監(jiān)測控制或?qū)崿F(xiàn)區(qū)域保護和控制； 所述電能質(zhì)量功能模塊電能質(zhì)量功能模塊接收過程層功能電路上送的原始采樣數(shù)據(jù)，進行電能質(zhì)量的計算并將結(jié)果通過智能管理器模塊傳輸?shù)揭壕姘骞芾砟K進行實時顯示； 所述暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊暫態(tài)擾動監(jiān)測模塊接收過程層功能電路上送的原始采樣數(shù)據(jù)，進行暫態(tài)擾動監(jiān)測的計算并將結(jié)果通過智能管理器模塊傳輸?shù)揭壕姘骞芾砟K進行實時顯示；所述液晶面板管理模塊接收智能管理器模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)并通過液晶顯示器進行實時顯示; 所述過程層功能模塊從變電站電壓、電流互感器獲取電壓、電流原始采樣值，從變電站的開關(guān)設備獲得開入量的采樣值，將獲取的電壓、電流及開入量的采樣值后將這些原始采樣數(shù)據(jù)傳送給智能管理器模塊； 所述智能管理器模塊收到過程層功能模塊發(fā)送來的原始采樣數(shù)據(jù)后將這些原始數(shù)據(jù)分別傳輸?shù)綔y控功能模塊、同步相量測量功能模塊、電能質(zhì)量功能模塊以及暫態(tài)擾動監(jiān)測功能模塊；將測控功能模塊、同步相量測量功能模塊、電能質(zhì)量功能模塊以及暫態(tài)擾動監(jiān)測功能模塊發(fā)送來的結(jié)果傳輸?shù)揭壕姘骞芾砟K進行實時顯示。
【文檔編號】G05B23/02GK103744417SQ201310726360
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】徐成斌, 周俊峰, 江浩, 胡志鋒, 王莎 申請人:長園深瑞繼保自動化有限公司