專利名稱：智能變電站過程層接口設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力自動化領(lǐng)域，具體涉及一種智能變電站過程層接口設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著IEC61850標準的不斷推廣和深入，三層設(shè)備(站控層、間隔層、過程層)的架構(gòu)不僅使整個變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)的基礎(chǔ)，而基于IEC61850標準的過程層總線技術(shù)則是該標準突出特征之一。過程設(shè)備通常由電子式互感器(常規(guī)互感器)、斷路器等一次設(shè)備組成，而參與構(gòu)建過程網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備則分別是合并單元和智能終端裝置，即過程層SV和GOOSE報文的實際發(fā)送和接收設(shè)備。隨著IEC61850標準的推廣應(yīng)用，合并單元和智能終端也在變電站得到了廣泛應(yīng)用。智能變電站作為電力行業(yè)的工業(yè)設(shè)施，其未來的發(fā)展趨勢將會涉及全站系統(tǒng)的整合和設(shè)備的集成，這不僅是工業(yè)技術(shù)水平提升的表現(xiàn)，同時也是節(jié)能高效的重要體現(xiàn)。隨著智能變電站建設(shè)的深入，合并單元和智能終端的應(yīng)用也更為廣泛，相應(yīng)的產(chǎn)品在性能上日趨穩(wěn)定和完善，且積累了大量工程應(yīng)用的實際經(jīng)驗，由于合并單元和智能終端都是服務(wù)與一次設(shè)備，同一間隔內(nèi)的尤為突出，因此，從設(shè)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(shù)據(jù)采集裝置”的發(fā)明披露了一種智能化數(shù)據(jù)采集裝置，是用于采集電壓和電流的合并單元；但仍然未能將合并單元和智能終端進行集成。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種智能變電站過程層接口設(shè)備，能夠?qū)⒅悄茏冸娬粳F(xiàn)有合并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(shè)備，實現(xiàn)變電站過程層設(shè)備的統(tǒng)一接入。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種智能變電站過程層接口設(shè)備，包括:LED面板、高速總線背板和電源板，其改進之處在于，所述設(shè)備包括:數(shù)據(jù)采集單元、共用通信接口和操作控制單元；所述據(jù)數(shù)據(jù)采集單元、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(shù)據(jù)交互；所述數(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)交互。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采集單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數(shù)據(jù)交互的交流采樣插件、FT3采樣插件和數(shù)據(jù)采樣CPU插件。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)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(shù)據(jù)交互的操作控制CPU插件、保護操作插件、直流采集插件、開出插件和開入插件。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)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，用于擴展出多個通信網(wǎng)口，實現(xiàn)SV、GOOSE網(wǎng)絡(luò)報文的共網(wǎng)口傳輸；所述共用通信接口單元，在采用IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時的方式下，用于SV、GOOSE和IEEE1588共網(wǎng)口傳輸。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，兩種類型的通信擴展插件，一種是具有發(fā)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(fā)送網(wǎng)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(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)采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(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述操作控制CPU插件和所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件分別包括:并排設(shè)置的溫度傳感芯片、濕度傳感芯片，通過GOOSE報文將設(shè)備內(nèi)部的溫度和濕度信息傳輸給保護測控裝置。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述操作控制CPU插件和所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件分別具有運行狀態(tài)相互監(jiān)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(zhuǎn)入另一 CPU實現(xiàn)；在兩CPU正常運行時，所述操作控制CPU插件協(xié)同數(shù)據(jù)采樣CPU插件完成報文組包工作。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件和所述操作控制CPU插件分別設(shè)置有ICD配置解析功能；所述數(shù)據(jù)采樣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控制模塊并發(fā)送相應(yīng)的SV報文和GOOSE報文。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)采樣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(wǎng)絡(luò)對時功能。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，所述設(shè)備采用4U機箱。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種智能變電站過程層接口設(shè)備，將變電站現(xiàn)有過程層合并單元和智能終端裝置進行集成，設(shè)計成為統(tǒng)一的過程層接口設(shè)備，推動一次設(shè)備智能化的發(fā)展；同時在實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、操作控制、狀態(tài)監(jiān)視等功能的基礎(chǔ)，實現(xiàn)繼電保護點對點的數(shù)據(jù)傳輸以及測控裝置的網(wǎng)絡(luò)傳輸；更為重要的是通過該設(shè)備的開發(fā)能夠有效簡化全站設(shè)計、降低設(shè)備數(shù)量、減少占地面積，減少建設(shè)成本，同時也能夠有效滿足生產(chǎn)運行和檢修的要求。


圖1為過程層接口設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。圖2為過程層接口設(shè)備FT3采樣插件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為過程層接口設(shè)備擴展通信插件兩種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為過程層接口設(shè)備CPU插件結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為過程接口設(shè)備線路間隔應(yīng)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(shè)備，包括:LED面板、高速總線背板、電源板、數(shù)據(jù)采集單元、共用通信接口和操作控制單元；所述據(jù)數(shù)據(jù)采集單元、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(shù)據(jù)交互；所述數(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)交互。所述數(shù)據(jù)采集單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數(shù)據(jù)交互的交流采樣插件、FT3采樣插件和數(shù)據(jù)采樣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(shù)據(jù)交互的操作控制CPU插件、保護操作插件、直流采集插件、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，用于擴展出多個通信網(wǎng)口，實現(xiàn)SV、GOOSE網(wǎng)絡(luò)報文的共網(wǎng)口傳輸；所述共用通信接口單元，在采用IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時的方式下，用于SV、GOOSE和IEEE1588共網(wǎng)口傳輸。兩種類型的通信擴展插件，一種是具有發(fā)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(fā)送網(wǎng)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(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)采樣CPU插件分別包括:并排設(shè)置的溫度傳感芯片、濕度傳感芯片，通過GOOSE報文將設(shè)備內(nèi)部的溫度和濕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(shù)據(jù)采樣CPU插件分別具有運行狀態(tài)相互監(jiān)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(zhuǎn)入另一 CPU實現(xiàn)；在兩CPU正常運行時，所述操作控制CPU插件協(xié)同數(shù)據(jù)采樣CPU插件完成報文組包工作。所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件和所述操作控制CPU插件分別設(shè)置有I⑶配置模塊；所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件和所述操作控制CPU插件根據(jù)各自的配置解析ICD配置模塊，分別提取并發(fā)送相應(yīng)的SV報文和GOOSE報文。所述數(shù)據(jù)采樣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(wǎng)絡(luò)對時功能。所述設(shè)備采用4U機箱。通過以下實施例對智能變電站過程層接口設(shè)備做進一步解釋。變電站過程層接口設(shè)備，包含以下功能插件:交流采樣插件:接入傳統(tǒng)電磁式電壓互感器和電流互感器的模擬數(shù)據(jù)，可接入4路電壓、4路保護電流和3路測量電流。FT3采樣插件:接入電子式互感器的數(shù)據(jù)，可接入4路電壓和4路電流。開入插件:接入外部開關(guān)位置狀態(tài)以及其它狀態(tài)量信號。開出插件:實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作與控制；保護操作插件:實現(xiàn)對繼電保護裝置跳閘和合閘回路的控制、監(jiān)視和閉鎖。直流采集插件:接入0-5V或4-20mA的外部直流測量量。數(shù)據(jù)采樣CPU插件:實現(xiàn)電壓、電流數(shù)據(jù)采集、插值計算、SV采樣報文處理、傳輸、同步對時。操作控制CPU插件:實現(xiàn)外部開頭狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、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(wǎng)口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集CPU和操作控制CPU報文的共口傳輸；高速總線背板:實現(xiàn)不同插件之間的數(shù)據(jù)交互；
POWER電源板:外部220V交直流電源接入，為設(shè)備各個插件提供工作電源；LED面板:顯示設(shè)備運行狀態(tài)、開關(guān)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(shè)備，I)該設(shè)備具有數(shù)據(jù)采樣CPU和操作控制CPU兩套獨立的CPU插件，各自實現(xiàn)傳統(tǒng)或電子式互感器數(shù)據(jù)采集、斷路器及開關(guān)的操作控制功能。2)兩塊CPU插件皆具有2路光纖接收網(wǎng)口、I路IRIG-B輸入端口、2對傳輸光口和I個百兆調(diào)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(wǎng)絡(luò)負荷較輕時，兩CPU插件之間可進行并行協(xié)作，采樣處理CPU在完成同步對時和數(shù)據(jù)插值計算后將后續(xù)的報文組包工作交由操作控制處理CPU完成，實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部資源的高效利用。5)可通過對兩塊CPU插件進行運行狀態(tài)相互監(jiān)視的配置，實現(xiàn)當任何一 CPU出現(xiàn)故障且故障板件未更換時，將故障CPU的功能轉(zhuǎn)移至正常運行的CPU處理，實現(xiàn)雙CPU之間的互為備用。6) CPU板件內(nèi)安裝溫度和濕度傳感芯片，能夠?qū)⒃O(shè)備內(nèi)部的工作溫度和濕度通過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(nèi)運行VxWorks實時操作系統(tǒng)；前述變電站過程層接口設(shè)備中，I)通信擴展插件有兩種類型。一種是具有發(fā)送和接收功能的8對光纖通信口，另外一種是具有8個發(fā)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(shè)備對外傳輸?shù)腟V采樣數(shù)據(jù)和GOOSE報文信息采用共網(wǎng)口的方式，即使用一個網(wǎng)口同時發(fā)送和接收SV和GOOSE報文。在采用IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時時，同一個網(wǎng)口同時發(fā)送和接收SV、GOOSE和IEEE1588報文。3)對外傳輸?shù)腟V報文支持FT3格式、FT3擴展格式和IEC61850-9-2格式；對外傳輸?shù)腉OOSE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(shè)備優(yōu)先處理并發(fā)送SV報文，以有效保證SV米樣報文傳輸?shù)膶崟r性和穩(wěn)定性。5)所有的光纖傳輸網(wǎng)口均采用百兆ST接口，接入多模光纖，波長為1310nm。前述變電站過程層接口設(shè)備，其特征在于:其特征在于:I)設(shè)備內(nèi)部的配置文件采用XML進行描述，所有的模型完全遵循IEC61850-7-2和IEC61850-7-3 標準。2)整個裝置采用一個I⑶配置文件，分別下載于兩個不同的CPU板，各CPU板根據(jù)各自配置解析ICD文件，并分別提取SV報文控制模塊和GOOSE報文控制模塊并發(fā)送相應(yīng)的報文。前述變電站過程層接口設(shè)備，具有外部數(shù)據(jù)級聯(lián)功能，能夠接收其它設(shè)備采用FT3格式、FT3擴展格式或者IEC61850-9-2格式傳輸?shù)牟蓸訄笪?，通過對外部接入數(shù)據(jù)的延時進行計算和補償，實現(xiàn)與于設(shè)備自身采集數(shù)據(jù)的同步。
前述變電站過程層接口設(shè)備中:I)整個設(shè)備可同時支持IRIG-B碼對時和IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時。2)數(shù)據(jù)采樣CPU板和操作控制CPU板均具有IRIG-B碼對時，當采用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(xiàn)異常時再以另一 CPU板為準。前述變電站過程層接口設(shè)備，支持繼電保護裝置點對點傳輸?shù)囊?，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(wǎng)傳輸?shù)囊?，即可沿用SV和GOOSE共網(wǎng)口后的共網(wǎng)傳輸模式，也可通過網(wǎng)口配置，將SV和GOOSE分別組網(wǎng)。當采用網(wǎng)絡(luò)傳輸時裝置可支持GMRP協(xié)議實現(xiàn)VLAN的動態(tài)劃分。前述變電站過程層接口設(shè)備，通過保護操作插件，即可實現(xiàn)斷路器開關(guān)的三相跳閘和合閘操作，也可分相實現(xiàn)跳合閘操作。前述變電站過程層接口設(shè)備中，交流采樣插件和FT3采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(shè)備的采樣序號以交流采樣插件為準。前述變電站過程層接口設(shè)備，采用4U機箱，就地安裝于變電站一次設(shè)備附近，通過百兆網(wǎng)絡(luò)調(diào)試電口實現(xiàn)參數(shù)的遠程修改和配置。前述變電站過程層接口設(shè)備，可根據(jù)自身采集的電流電壓數(shù)據(jù)、外部接收的跨間隔測量數(shù)據(jù)以及自身采集的開關(guān)狀態(tài)位置信息實現(xiàn)母線電壓的并列或者切換功能。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)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范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種智能變電站過程層接口設(shè)備，包括=LED面板、高速總線背板和電源板，其特征在于，所述設(shè)備包括:數(shù)據(jù)采集單元、共用通信接口和操作控制單元；所述據(jù)數(shù)據(jù)采集單元、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(shù)據(jù)交互；所述數(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數(shù)據(jù)交互的交流采樣插件、FT3采樣插件和數(shù)據(jù)采樣CPU插件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述操作控制單元，包括:分別與所述高速總線背板進行數(shù)據(jù)交互的操作控制CPU插件、保護操作插件、直流采集插件、開出插件和開入插件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述共用通信接口單元，包括:兩種類型的通信擴展插件，用于擴展出多個通信網(wǎng)口，實現(xiàn)SV、GOOSE網(wǎng)絡(luò)報文的共網(wǎng)口傳輸；所述共用通信接口單元，在采用IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時的方式下，用于SV、GOOSE和IEEE1588共網(wǎng)口傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于:兩種類型的通信擴展插件，一種是具有發(fā)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(fā)送網(wǎng)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(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采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(shù)據(jù)采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(jù)權(quán)利要求2或者3所述的設(shè)備，其特征在于，所述操作控制CPU插件和所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件分別包括:并排設(shè)置的溫度傳感芯片、濕度傳感芯片，通過GOOSE報文將設(shè)備內(nèi)部的溫度和濕度信息傳輸給保護測控裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的設(shè)備，其特征在于，所述操作控制CPU插件和所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件分別具有運行狀態(tài)相互監(jiān)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(zhuǎn)入另一 CPU實現(xiàn)；在兩CPU正常運行時，所述操作控制CPU插件協(xié)同數(shù)據(jù)采樣CPU插件完成報文組包工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采樣CPU插件和所述操作控制CPU插件分別設(shè)置有ICD配置解析功能；所述數(shù)據(jù)采樣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控制模塊并發(fā)送相應(yīng)的SV報文和GOOSE報文。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采樣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(wǎng)絡(luò)對時功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備采用4U機箱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種智能變電站過程層接口設(shè)備，包括LED面板、高速總線背板、電源板、數(shù)據(jù)采集單元、共用通信接口單元和操作控制單元；所述數(shù)據(jù)采集單元、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(shù)據(jù)交互。本發(fā)明提供的智能變電站過程層接口設(shè)備，能夠?qū)⒅悄茏冸娬就婚g隔內(nèi)現(xiàn)有合并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(shè)備，實現(xiàn)變電站過程層設(shè)備的統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者樊陳, 倪益民, 竇仁暉, 姜玉磊, 姚志強, 吳艷平 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司