專利名稱：智能變電站過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變電站數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于智能變電站過(guò)程層同步信息采集轉(zhuǎn)換與傳輸裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)存在通信協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題，通信差異影響自動(dòng)化集成度，導(dǎo)致實(shí)際自動(dòng)化性能沒(méi)有預(yù)想的高。因此，統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)成為變電站建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。 統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)，就是基于已有的IEC/IEEE/IS0/0SI可用的通信標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用開(kāi)放的并支持設(shè)備自我描述的協(xié)議，以達(dá)到增加新功能的可能性。同時(shí)，基于電力工業(yè)的相關(guān)需求的數(shù)據(jù)對(duì)象，通信的語(yǔ)法和語(yǔ)義將采用電力系統(tǒng)相關(guān)的共同數(shù)據(jù)對(duì)象。在這樣的需求背景下，IEC61850以其互操作性、自由配置性和長(zhǎng)期應(yīng)用性等突出優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)了變電站數(shù)字化的革命。當(dāng)前，各變電站的眾多設(shè)備是基于不同的生產(chǎn)廠家提供，通信協(xié)議種類繁多，而短期內(nèi)這些設(shè)備不可能完全推出運(yùn)行，推出運(yùn)行意味著資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)效率的降低，因此，在 IEC61850逐漸占據(jù)主角的發(fā)展過(guò)程中，如何充分合理應(yīng)用這些來(lái)自不同廠家、通信協(xié)議各異的自動(dòng)化設(shè)備，成為很多電力研究和運(yùn)行人員關(guān)注的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)、通信等相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)通信技術(shù)歷經(jīng)了幾次大的發(fā)展變化第一階段面向協(xié)議，解決的是數(shù)據(jù)如何傳輸?shù)膯?wèn)題，該項(xiàng)技術(shù)在電力系統(tǒng)通信過(guò)程中，裝置和子系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)自我描述和“即插即用”，通信建立前須預(yù)配置。并且，在縱向，難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)傳輸，難以解決自動(dòng)化系統(tǒng)的一發(fā)多收和信息轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題，在橫向，難以實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備級(jí)的直接訪問(wèn)。第二階段面向?qū)ο?，解決的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容問(wèn)題。第三階段面向統(tǒng)一的對(duì)象模型，解決電力系統(tǒng)統(tǒng)一的對(duì)象模型和建模問(wèn)題。由于歷史的原因，TC57各工作組在制定各部門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)中使用了自己的對(duì)象模型和建模語(yǔ)言，這導(dǎo)致在發(fā)電，輸電和配電領(lǐng)域中TC57內(nèi)部并沒(méi)有使用同一個(gè)對(duì)象模型代表同一個(gè)實(shí)體。目前，IEC在IEC 61850和IEC61970的對(duì)象模型之間做了大量統(tǒng)一工作。第四階段要實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)統(tǒng)一信息架構(gòu)，希望采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電力企業(yè)統(tǒng)一信息架構(gòu)是一種發(fā)展趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)會(huì)演化為企業(yè)生存之爭(zhēng)。IEC61850是新一代的標(biāo)準(zhǔn)，基本價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)互操作性，最終價(jià)值在于為構(gòu)造電力企業(yè)大信息平臺(tái)創(chuàng)造必備條件，在今后的電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展中將蘊(yùn)育出無(wú)限可能，在這樣的行業(yè)背景下，本發(fā)明對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)電力系統(tǒng)智能變電站的建設(shè)具有非常明顯的科技意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有變電站自動(dòng)化系統(tǒng)存在通信協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題，結(jié)合 IEC61850-9-2的過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并技術(shù)、IEEE1588網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù)以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置，把不同協(xié)議下的信息轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一規(guī)約進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前智能變電站過(guò)程層的信息的全方位采集和分析。本發(fā)明的另一目的是提供智能變電站過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置的控制方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案包括(1)基于IEC61850-9-2的過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并方法；(2)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的時(shí)鐘同步方法；(3) GOOSE網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法；具體措施如下
智能變電站過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置包括過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)和FPGA 模塊，其特征是，所述過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)由多通道AD以及調(diào)理電路模塊、時(shí)鐘同步模塊、高速CPLD模塊、DSP模塊以及其它協(xié)議處理模塊構(gòu)成；FPGA模塊由GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊、IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊構(gòu)成，IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊還包括裝置模型模塊和通信服務(wù)模型模塊；
所述DSP模塊通過(guò)高速并行總線與高速CPLD模塊、時(shí)鐘同步模塊連接，高速CPLD模塊通過(guò)并行數(shù)據(jù)通道與多通道AD及調(diào)理電路模塊連接，時(shí)鐘同步模塊通過(guò)并口采集脈沖信號(hào)；
所述數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)通過(guò)FIFO接口與過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)連接； 所述的IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊，其裝置模型模塊由邏輯裝置模塊、邏輯節(jié)點(diǎn)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊構(gòu)成。所述的IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊，其通信服務(wù)模型模塊由定值模塊、日志記錄模塊、文件傳輸處理模塊、采樣傳輸控制模塊和對(duì)時(shí)模塊等構(gòu)成。所述過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置的控制方法，其控制步驟如下
(4. 1)過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)由并行數(shù)據(jù)通道傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)鐘同步模塊提供的秒脈沖信號(hào)在CPLD中進(jìn)行插值處理或抽取處理，并打上時(shí)間標(biāo)簽，送入IEC 61850 - 9 - 2協(xié)議處理模塊和GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊；
(4. 2)IEC 61850 一 9 一 2協(xié)議處理模塊和GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊按照采樣值、開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息分成61850 - 9 - 2數(shù)據(jù)報(bào)文以及GOOSE報(bào)文向間隔層設(shè)備發(fā)送。所述的過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置的控制方法，其GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊接收端 GOOSE報(bào)文識(shí)別流程步驟如下
(5. 1)獲取報(bào)文；(5. 2)讀取標(biāo)記的協(xié)議標(biāo)識(shí)；(5. 3)判定是否為給定字節(jié)，如果回答是，讀取以太網(wǎng)類型碼，如果回答否，則繼續(xù)下一步；(5. 4)讀取標(biāo)識(shí)的控制信息；(5. 5)判定是否小于門(mén)檻值，如果回答是，進(jìn)入其它以太網(wǎng)幀，如果回答否，則繼續(xù)下一步；(5. 6)繼續(xù)判定是否等于期望值，如果回答是，繼續(xù)下一步，如果回答否，進(jìn)入其它以太網(wǎng)幀，(5.7) GOOSE報(bào)文。更具體地講，基于IEC61850-9-2的過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并方法包括如下步驟 (1.1)采樣值傳輸模型構(gòu)建，采用發(fā)布者/訂閱者結(jié)構(gòu)，由于整個(gè)通信過(guò)程由發(fā)布者的
采樣值控制模塊進(jìn)行控制，該傳輸模型中設(shè)置采樣值控制模塊，本設(shè)計(jì)中選擇多路采樣值傳輸控制模塊；
(1. 2)為采樣值傳輸模型的具體構(gòu)建提供一種實(shí)現(xiàn)途徑，構(gòu)建IEC 61850-9-2中的合并單元，作為邏輯設(shè)備完成采樣值傳輸模型中發(fā)布者的功能；
(1. 3)采樣值傳輸及特定通信服務(wù)映射，發(fā)布者和訂閱者之間的通信采用獨(dú)立于通信系統(tǒng)的抽象通信服務(wù)接口，通過(guò)特殊通信服務(wù)映射方法SCSM映射到具體的通信協(xié)議和通信網(wǎng)絡(luò)上；
(1. 4)采樣值傳輸模型在通信協(xié)議棧的映射以及協(xié)議棧中應(yīng)用層功能和表示層功能在所述裝置中實(shí)現(xiàn)所述數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的時(shí)鐘同步方法是指基于外部源的硬接線時(shí)鐘同步和基于IEEE 1588的網(wǎng)絡(luò)同步以解決合并單元同步問(wèn)題，包括如下步驟
(2. 1)采用基于報(bào)文傳輸?shù)牟蓸涌刂品绞?，信?hào)為同步轉(zhuǎn)換命令CMD ； (2. 2) CMD的生成采用軟件同步的方法；
(2. 3)基于IEEE1588協(xié)議將時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一看作是時(shí)鐘，分為主時(shí)鐘和從時(shí)鐘，其中主時(shí)鐘作為準(zhǔn)確時(shí)間的發(fā)布者同步從時(shí)鐘；
(2.4)定義一組網(wǎng)絡(luò)通信報(bào)文同步報(bào)文，跟隨報(bào)文，延時(shí)請(qǐng)求報(bào)文，延時(shí)響應(yīng)報(bào)文，這些通信報(bào)文用于實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。所述GOOSE網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方法包括在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)這一層引入報(bào)文優(yōu)先級(jí)來(lái)提高GOOSE報(bào)文的傳輸實(shí)時(shí)性。采取上述方法與措施形成的數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置可達(dá)到如下功能
(1)對(duì)于電子式互感器送來(lái)的數(shù)字值，按照IEC61850-9-2協(xié)議進(jìn)行解析；
(2)對(duì)于外接CT/PT的模擬量，由裝置內(nèi)部AD進(jìn)行同步采集，并給采集值打上時(shí)間標(biāo)
簽；
(3)獲取智能開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，打上時(shí)間標(biāo)簽；
(4)為外部電子式互感器提供作為基準(zhǔn)的同步采集秒脈沖；
(5)計(jì)算采集測(cè)量值，得到各相電壓和電流幅值、相角、頻率、有功、無(wú)功的數(shù)據(jù)；
(5)綜合各個(gè)外接互感器、開(kāi)關(guān)設(shè)備的采集量，將這些物理設(shè)備映射為IEC61850-9-2 協(xié)議中的各邏輯設(shè)備、邏輯單元，生成裝置模型，并按照時(shí)間標(biāo)簽將數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型；
(6)將模型數(shù)據(jù)映射為相應(yīng)的MMS(GBT 16720. 2-2005)報(bào)文發(fā)送；
(7)對(duì)于實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)信息按照高低優(yōu)先級(jí)映射為GOOSE報(bào)文發(fā)送。本發(fā)明的有益效果是
(1)裝置包含復(fù)合型數(shù)據(jù)合并單元，不僅支持對(duì)電子式互感器以及新型智能設(shè)備數(shù)據(jù)的解析以及處理，還可以對(duì)現(xiàn)有PT/CT輸出模擬量采集轉(zhuǎn)換，并入數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)， 便于對(duì)傳統(tǒng)變電站進(jìn)行改造。(2)裝置自身可以產(chǎn)生同步秒脈沖，便于控制各式互感器的同步采集，更好的滿足數(shù)字化變電站中保護(hù)、測(cè)控的需要。(3)輸出裝置遵照IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，同時(shí)該裝置集采樣、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)合并于一體，減少數(shù)據(jù)傳輸中間過(guò)程，有利于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。


圖1是本發(fā)明所述裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖示意圖。圖2是本發(fā)明所述裝置的時(shí)鐘同步處理模塊結(jié)構(gòu)框圖示意圖。圖3是本發(fā)明所述裝置中IEEE1588整體處理流程示意圖。圖4是本發(fā)明所述接收端GOOSE報(bào)文識(shí)別流程圖示意圖。圖5是本發(fā)明所述IEC 61850 一 9 一 2協(xié)議處理模型框架示意圖。圖6是本發(fā)明所述邏輯裝置建模流程示意圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖給出實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的具體說(shuō)明。參見(jiàn)圖1、圖2 可知，本發(fā)明所述智能變電站數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置屬于硬件裝置，安裝于變電站內(nèi)，由于智能變電站過(guò)程層的采樣值報(bào)文傳輸與變電站的控制、監(jiān)視和保護(hù)功能密切相關(guān)，是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)程層和間隔層之間串行通信的重要組成部分，本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前變電站中采用的二次設(shè)備、測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約不統(tǒng)一的問(wèn)題，綜合了三大技術(shù)(1)時(shí)鐘同步方案；(2) GOOSE網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)；(3) IEC61850-9-2協(xié)議處理技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于 IEC61850-9-2的過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置，旨在完成不同類型的數(shù)據(jù)采集并能按照 IEC61850-9-2的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和傳輸。參見(jiàn)圖1可知，本發(fā)明由過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)和FPGA模塊組成，過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下五個(gè)部分
(1)多通道AD以及調(diào)理電路模塊，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波、電路阻抗匹配、信號(hào)直流偏置以及信號(hào)電平轉(zhuǎn)換等功能。(2)時(shí)鐘同步處理模塊，該模塊集成了目前大部分的同步時(shí)鐘方案，可以為采集信息提供精確的同步時(shí)標(biāo)。同時(shí)該模塊可以給內(nèi)部控制采集的CPLD提供作為基準(zhǔn)的秒脈沖信號(hào)，該秒脈沖信號(hào)也可以輸出給外部電子式互感器作為同步采集的基準(zhǔn)信號(hào)。(3)高速CPLD復(fù)雜可編程邏輯元件模塊，主要實(shí)現(xiàn)多路模擬輸入的高速同步數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換，具有容錯(cuò)和自檢能力。(4) DSP數(shù)字信號(hào)處理器模塊，該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電子式互感器傳送的采樣值解析、裝置建模、文本描述生成以及MMS通信協(xié)議報(bào)文生成等功能。(5)其它類型協(xié)議數(shù)據(jù)處理模塊，該模塊是可擴(kuò)展模塊，主要實(shí)現(xiàn)除IEC 61850 一 9 - 2外的其它不同類型協(xié)議的數(shù)據(jù)處理功能。所述數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)具體采用FPGA模塊，其中包括IEC 61850 一 9 一 2協(xié)議處理模型和GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊，IEC 61850 一 9 一 2協(xié)議處理模型又包括裝置信息模型模塊和通信服務(wù)模型模塊，主要完成裝置模型構(gòu)建、定值、日志記錄、文件傳輸、采樣傳輸控制和對(duì)時(shí)的功能；GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊主要實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)快速報(bào)文需求。圖2是本發(fā)明的時(shí)鐘同步處理模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意，該模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括IRIGB 碼(Inter-Range Instrumentation Group)解析子模塊，控制邏輯模塊，IEEE1588報(bào)文解析處理子模塊，MII介質(zhì)無(wú)關(guān)接口子模塊，接收串口數(shù)據(jù)、秒脈沖、IRIGB碼以及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)， 通過(guò)數(shù)據(jù)線和地址線與外部進(jìn)行信息交互。該模塊主要負(fù)責(zé)提供本裝置的同步時(shí)鐘。同步時(shí)鐘源支持GPS JRIGB碼以及IEEE 1588時(shí)間同步協(xié)議三種?？刂七壿嬆K負(fù)責(zé)切換三種模式以及按照標(biāo)準(zhǔn)格式例如年、月、日、時(shí)、分、秒，向外輸出秒脈沖以及時(shí)間信息。所述基于外部源的硬接線時(shí)鐘同步技術(shù)主要解決合并單元同步問(wèn)題，本發(fā)明中，采用基于報(bào)文傳輸?shù)牟蓸涌刂品绞?，信?hào)為同步轉(zhuǎn)換命令CMD。CMD報(bào)文有效內(nèi)容是OXA5, ST,DM和SP分別表示起始位、分辨位和終止位，這是異步串行輸出的一般格式。各A/D在收到起始位后開(kāi)始計(jì)時(shí)，在判斷所收信息符合預(yù)定要求(OXA5)后，經(jīng)過(guò)TO時(shí)間開(kāi)始進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。參見(jiàn)圖3，是所示IEEE 1588整體處理流程示意實(shí)施例，在TCP/IP驅(qū)動(dòng)層、MAC媒體通路控制層、物理層三層構(gòu)建中，IEEE1588報(bào)文檢測(cè)模塊通過(guò)物理層獲取以太網(wǎng)中的信息，該模塊檢測(cè)到報(bào)文信息后，向本地時(shí)鐘模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)指令。IEEE1588處理軟件通過(guò) DSP處理器與TCP/IP驅(qū)動(dòng)層進(jìn)行信息交互。系統(tǒng)的同步時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)TCP/IP驅(qū)動(dòng)層、MAC層、物理層，最終發(fā)送到以太網(wǎng)。智能傳感器、保護(hù)、測(cè)量等設(shè)備均配備IEEE 1588時(shí)鐘，同步的設(shè)備采樣值通過(guò)智能傳感器數(shù)字化傳輸，遵循IEC 61850-9-2協(xié)議發(fā)送到以太網(wǎng)上。參見(jiàn)圖4，所述GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊中，對(duì)于接收?qǐng)?bào)文過(guò)程，在網(wǎng)絡(luò)芯片的驅(qū)動(dòng)中加入GOOSE報(bào)文捕獲程序，用于識(shí)別是GOOSE報(bào)文還是普通報(bào)文。普通報(bào)文則繼續(xù)交給上層協(xié)議棧處理，GOOSE報(bào)文則可以直接解析獲取其中的開(kāi)關(guān)信息。發(fā)送端引入多級(jí)優(yōu)先發(fā)送隊(duì)列的方法，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，分為多級(jí)隊(duì)列，例如GOOSE數(shù)據(jù)以及采樣數(shù)據(jù)，在協(xié)議層調(diào)用協(xié)議驅(qū)動(dòng)時(shí)候可以放入高級(jí)隊(duì)列中優(yōu)先發(fā)送。其接收端GOOSE報(bào)文識(shí)別流程步驟如下
(5. 1)獲取報(bào)文；(5. 2)讀取標(biāo)記的協(xié)議標(biāo)識(shí)；(5. 3)判定是否為給定字節(jié)，如果回答是，讀取以太網(wǎng)類型碼，如果回答否，則繼續(xù)下一步；(5. 4)讀取標(biāo)識(shí)的控制信息；(5. 5)判定是否小于門(mén)檻值，如果回答是，進(jìn)入其它以太網(wǎng)幀，如果回答否，則繼續(xù)下一步；(5. 6)繼續(xù)判定是否等于期望值，如果回答是，繼續(xù)下一步，如果回答否，進(jìn)入其它以太網(wǎng)幀；(5.7) GOOSE報(bào)文。參見(jiàn)圖5，是所述IEC 61850 一 9 一 2協(xié)議處理模型框架，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電子式互感器傳送的采樣值解析、裝置建模、文本描述生成，以及MMS通信協(xié)議報(bào)文生成等功能。實(shí)現(xiàn)步驟為
第一步IEC 61850 - 9 - 2協(xié)議處理框架構(gòu)建；
第二步根據(jù)上述框架，可以將數(shù)據(jù)處理裝置接收到的數(shù)據(jù)和自身信息進(jìn)行重新建模。 例如，以一個(gè)邏輯裝置為例，建模流程參見(jiàn)圖6所示意。邏輯設(shè)備的作用是基于通信目的對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)集進(jìn)行聚集和歸并。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明采用通信協(xié)議棧規(guī)范、采樣值傳輸模型在通信協(xié)議棧的映射以及協(xié)議棧中應(yīng)用層功能和表示層功能實(shí)現(xiàn)等方面均在裝置中實(shí)現(xiàn)
通信協(xié)議棧規(guī)范技術(shù)針對(duì)051的7層模型進(jìn)行具體規(guī)范。其中物理層以太網(wǎng)速率與采樣率有關(guān)，本發(fā)明中確定變壓器差動(dòng)保護(hù)的采樣率為每周期36點(diǎn)，由于合并單元發(fā)送數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度固定，為984bit/s，故其與交換機(jī)之間的以太網(wǎng)速率選擇lOMbit/s即可，計(jì)算如下(36X50Hz) X984bit=l. 771Mbit/s<10Mbit/s。由于對(duì)采樣值傳輸?shù)母邔?shí)時(shí)性要求，為避免在信堆棧延時(shí)，報(bào)文將直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層，傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層等為空。所述采樣值傳輸模型在通信協(xié)議棧的映射技術(shù)包括對(duì)象名字、對(duì)象參考、公共數(shù)據(jù)類等的映射技術(shù)。所述協(xié)議棧中應(yīng)用層和表示層功能實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用層在將應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU) 置人發(fā)送緩沖區(qū)之前，負(fù)責(zé)將1個(gè)或多個(gè)應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ASDU)集合成一個(gè)APDU。在采樣率較高時(shí)，需要APDU集合多個(gè)ASDU，這里采樣率為每周期36點(diǎn)，映射中APDU可只包含1 個(gè) ASDU。本發(fā)明中表示層采用抽象語(yǔ)法記法(ASN. 1)對(duì)抽象數(shù)據(jù)類型進(jìn)行編碼。對(duì)于 IEC 61850-9-2，ASN. 1編碼要求比較容易，因?yàn)楹喜卧l(fā)送的數(shù)據(jù)包內(nèi)容有具體規(guī)定，當(dāng) APDU僅包含1個(gè)ASDU時(shí)，報(bào)文長(zhǎng)度固定不變。本裝置的工作過(guò)程是這樣的時(shí)鐘同步模塊、其它類型協(xié)議數(shù)據(jù)處理模塊、IEC 61850 - 9 - 2協(xié)議處理模型以及GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊屬于軟件部分；過(guò)程層由并行數(shù)據(jù)通道傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，由其它類型協(xié)議數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)時(shí)鐘同步模塊提供的秒脈沖信號(hào)在CPLD中進(jìn)行插值或者抽取處理，并打上時(shí)間標(biāo)簽，送入IEC 61850 一 9 - 2協(xié)議處理模塊和GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊，隨后按照采樣值、開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息分成61850 — 9 - 2數(shù)據(jù)報(bào)文以及GOOSE報(bào)文向間隔層設(shè)備發(fā)送。數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)可按照國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在初始配置中修改。同時(shí)該轉(zhuǎn)換裝置支持對(duì)二次側(cè)模擬量直接采樣轉(zhuǎn)換。采樣率可由初始設(shè)置設(shè)定， 最高采樣率可達(dá)IOM SPS0 盡管上面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種智能變電站過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置及其控制方法，包括過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)FPGA，其特征是，所述過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)由多通道AD以及調(diào)理電路模塊、時(shí)鐘同步模塊、高速CPLD模塊、DSP模塊以及其它協(xié)議處理模塊構(gòu)成；FPGA子系統(tǒng)由GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊、IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊構(gòu)成， IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊還包括裝置模型模塊和通信服務(wù)模型模塊；所述DSP模塊通過(guò)高速并行總線與高速CPLD模塊、時(shí)鐘同步模塊連接，高速CPLD模塊通過(guò)并行數(shù)據(jù)通道與多通道AD以及調(diào)理電路模塊連接，時(shí)鐘同步模塊通過(guò)并口采集脈沖信號(hào)；所述數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)FPGA通過(guò)FIFO接口與過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊，其特征是，所述裝置模型模塊由邏輯裝置模塊、邏輯節(jié)點(diǎn)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置，其特征是，所述通信服務(wù)模型模塊由定值模塊、日志記錄模塊、文件傳輸處理模塊、多路采樣值傳輸控制模塊和對(duì)時(shí)模塊等構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置的控制方法，其特征是，控制步驟如下(4. 1)過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)由并行數(shù)據(jù)通道傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)，根據(jù)時(shí)鐘同步模塊提供的秒脈沖信號(hào)在CPLD中進(jìn)行插值處理或抽取處理，并打上時(shí)間標(biāo)簽，送入IEC 61850 - 9 - 2協(xié)議處理模塊和GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊；(4. 2)IEC 61850 一 9 一 2協(xié)議處理模塊和GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊按照采樣值、開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息分成61850 - 9 - 2數(shù)據(jù)報(bào)文以及GOOSE報(bào)文向間隔層設(shè)備發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過(guò)程層數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置的控制方法，其特征是，所述GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊接收端GOOSE報(bào)文識(shí)別流程步驟如下(5. 1)獲取報(bào)文；(5. 2)讀取標(biāo)記的協(xié)議標(biāo)識(shí)；(5. 3)判定是否為給定字節(jié)，如果回答是，讀取以太網(wǎng)類型碼，如果回答否，則繼續(xù)下一步；(5. 4)讀取標(biāo)識(shí)的控制信息；(5. 5)判定是否小于門(mén)檻值，如果回答是，進(jìn)入其它以太網(wǎng)幀，如果回答否，則繼續(xù)下一步；(5. 6)繼續(xù)判定是否等于期望值，如果回答是，繼續(xù)下一步，如果回答否，進(jìn)入其它以太網(wǎng)幀；(5.7) GOOSE報(bào)文。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種智能變電站過(guò)程層信息采集轉(zhuǎn)換傳輸裝置及其控制方法。包括過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)和FPGA子系統(tǒng)，過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)由多通道AD以及調(diào)理電路模塊、時(shí)鐘同步模塊、高速CPLD模塊、DSP模塊以及其它協(xié)議處理模塊構(gòu)成；FPGA子系統(tǒng)由GOOSE報(bào)文識(shí)別模塊、IEC61850-9-2協(xié)議處理模型模塊構(gòu)成；DSP模塊通過(guò)并行總線與CPLD模塊、時(shí)鐘同步模塊連接，CPLD模塊通過(guò)并行數(shù)據(jù)通道與多通道AD以及調(diào)理電路模塊連接，時(shí)鐘同步模塊通過(guò)并口采集脈沖信號(hào)；FPGA子系統(tǒng)通過(guò)FIFO接口與過(guò)程層采樣值轉(zhuǎn)換合并子系統(tǒng)連接。該裝置集采樣、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)合并于一體，減少數(shù)據(jù)傳輸中間過(guò)程，有利于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
文檔編號(hào)H04L29/06GK102377781SQ20111032676
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者劉群英, 都亮, 高犁 申請(qǐng)人:四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院