專利名稱：變電站三態(tài)綜合測控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力技術領域，尤其涉及變電站測控。
背景技術：
目前穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集主要由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(Supervisory Control and DataAcquisition, SCADA)系統(tǒng)采集。SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的廣泛應用，使調度運行人員能及時跟蹤、調整電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，為電力系統(tǒng)的安全可靠運行提供了有力的保障。測控裝置是一種變電站的遠方終端裝置，主要完成變電站自動化系統(tǒng)的遠動功能，是為完成電網(wǎng)調度自動化在變電站中裝設的必不可少的自動化裝置。目前國內(nèi)電力系統(tǒng)測控技術普遍采用交流采樣技術。變電站測控裝置具有交流電量測量、輸入信號檢測、控制信號的邏輯判斷處理等能力，擔負著變電站自動化的測控功能。但是隨著電網(wǎng)發(fā)展的要求，這些功能已不能完全滿足電網(wǎng)運行的要求?，F(xiàn)有測控裝 置采集電壓、電流、有功、無功等有效值，缺乏對描述系統(tǒng)機電動態(tài)行為十分重要的相角、內(nèi)電勢及其派生量的測量，且其得到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)是低采樣密度的、歷史的、不同步的，因此只能監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)運行情況。調度中心不能根據(jù)這些信息跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，準確掌握系統(tǒng)運行的動態(tài)情況。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種變電站三態(tài)綜合測控裝置，以解決上述技術問題。本實用新型所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn):變電站三態(tài)綜合測控裝置，包括一測控模塊、一站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一過程層以太網(wǎng)通信管理模塊、一用于高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊、一過程層通信接口模塊，其特征在于，所述測控模塊包括一測控DSP，所述測控DSP通過并行總線和FPGA模塊相連，所述測控DSP還連接一用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、一用于控制輸出的控制輸出電路。為了保證狀態(tài)量采集的實時準確和測控功能的完備，測控功能采用主頻達150兆赫茲32位工業(yè)級DSP進行處理。作為一種優(yōu)選方案，所述測控DSP的芯片采用TMS320F28335芯片。該款芯片具有快速的DSP功能、強大的I/O控制功能、大量的片上存儲器、強大的中斷管理、方便的編程調試等等，而且該款芯片具有較寬的工作溫度范圍和較強的抗干擾能力，適合應用于工業(yè)控制領域。站控層以太網(wǎng)通信管理模塊采用IEC61850協(xié)議，同時作為一種優(yōu)選方案，所述站控層以太網(wǎng)通信管理模塊采用PowerPC系列處理器。PowerPC系列處理器芯片主頻達到300MHz，能夠直接管理兩路百兆以太網(wǎng)實現(xiàn)站控層IEC61850通信，同時可以實現(xiàn)基于IEEE1588精確對時協(xié)議的時間同步，并輸出秒脈沖給FPGA模塊。站控層以太網(wǎng)通信管理模塊輸出秒脈沖給FPGA模塊，同時通過PCI總線外擴三路百兆以太網(wǎng)。三路百兆以太網(wǎng)包括一路輸出數(shù)據(jù)給彩色液晶顯示管理模塊的，兩路實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?。過程層以太網(wǎng)通信管理模塊的處理器為PowerPC系列處理器。過程層以太網(wǎng)通信管理模塊輸出秒脈沖給FPGA，同時通過并行總線和下一個FPGA模塊相連。過程層以太網(wǎng)通信管理模塊另外模塊管理兩路百兆以太網(wǎng)接口實現(xiàn)采樣值的傳輸和GOOSE協(xié)議的傳輸，同時可以實現(xiàn)基于IEEE1588精確對時協(xié)議的時間同步。FPGA模塊優(yōu)選具有DSP功能的Spartan-3A系列FPGA處理器。該處理器主頻達250MHz，內(nèi)含37440個邏輯單元，1512K比特的內(nèi)部塊RAM支持雙口 RAM操作，84個DSP核可以進行高速數(shù)據(jù)處理，具有兩百多個高速差分對支持高速數(shù)據(jù)交換。該處理器具有較高的性能，能夠滿足應用需求。變電站三態(tài)綜合測控裝置，還包括一 DAC模塊，DAC模塊負責過程層通信管理模塊和FPGA模塊之間的高速數(shù)據(jù)交換。DAC模塊通過并行總線和過程層通信管理模塊連接，并通過六對差分線和FPGA模塊連接。本實用新型的有益效果是:本實用新型的三態(tài)綜合測控裝置可以進行變電站穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。以特高壓變電站內(nèi)一條線路或一臺主變?yōu)楸O(jiān)控對象。它既采集本間隔的實時信號，又可與本間隔內(nèi)的其他智能設備通訊，同時通過高速以太網(wǎng)與站級計算機系統(tǒng)相連，構成面向對象的變電站自動化系統(tǒng)。三態(tài)數(shù)據(jù)采集的綜合測控技術不但能采集常規(guī)的交流量、開關量等狀態(tài)信息，而且能采集智能變電站電子互感器、智能化一次設備的數(shù)字量信息。


圖1為本實用新型的電路框圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本實用新型。參照圖1，變電站三態(tài)綜合測控裝置，包括一測控模塊、一站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一過程層以太網(wǎng)通信管理模塊、一用于高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊、一過程層通信接口模塊和一彩色液晶顯示管理模塊，測控模塊包括一測控DSP，測控DSP通過并行總線和FPGA模塊相連，測控DSP還連接一用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、一用于控制輸出的控制輸出電路。測控模塊負責變電站常規(guī)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測量和控制功能，包括一片測控DSP以及用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、用于控制輸出的控制出口輸出電路。測控模塊需要完成變電站狀態(tài)量的采集、交流電氣量的計算和控制輸出等功能。測控DSP通過并行總線和FPGA模塊、狀態(tài)信號采集電路、控制輸出電路。為了保證狀態(tài)量采集的實時準確和測控功能的完備，測控功能采用主頻達150兆赫茲32位工業(yè)級DSP進行處理。優(yōu)選TMS320F28335芯片，該款芯片具有快速的DSP功能、強大的I/O控制功能、大量的片上存儲器、強大的中斷管理、方便的編程調試等等，而且該款芯片具有較寬的工作溫度范圍和較強的抗干擾能力，適合應用于工業(yè)控制領域。[0019]站控層以太網(wǎng)通信管理模塊實現(xiàn)站控層IEC61850協(xié)議，同時實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸，優(yōu)選PowerPC系列處理器。芯片主頻達到300MHz，能夠直接管理兩路百兆以太網(wǎng)實現(xiàn)站控層IEC61850通信，同時可以實現(xiàn)基于IEEE1588精確對時協(xié)議的時間同步，并輸出秒脈沖給FPGA模塊。同時通過PCI總線外擴三路百兆以太網(wǎng)，其中兩路實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的傳輸，一路實現(xiàn)和液晶顯示模件的數(shù)據(jù)傳輸。過程層以太網(wǎng)通信管理模塊采用和站控層以太網(wǎng)通信管理模塊相同的PowerPC處理器，管理兩路百兆以太網(wǎng)接口實現(xiàn)采樣值的傳輸和GOOSE協(xié)議的傳輸，同時可以實現(xiàn)基于IEEE1588精確對時協(xié)議的時間同步，并輸出秒脈沖給FPGA模塊。它提供并行總線和下一個FPGA模塊相連。FPGA模塊實現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)高速交換同時進行模擬量的采樣，該方面中FPGA承擔了非常重要的作用，負責各模塊間的高速數(shù)據(jù)交換、交流采樣控制、同步相量計算、裝置時間仲裁等功能。我們采用XILINX的具有DSP功能的Spartan-3A系列FPGA處理器。該處理器主頻達250MHz，內(nèi)含37440個邏輯單元，1512K比特的內(nèi)部塊RAM支持雙口 RAM操作，84個DSP核可以進行高速數(shù)據(jù)處理，具有兩百多個高速差分對支持高速數(shù)據(jù)交換。該處理器具有較高的性能，能夠滿足應用需求。FPGA模塊管理兩片高精度模數(shù)轉換電路，模數(shù)轉換的數(shù)據(jù)通過片內(nèi)RAM和并行接口提供給站控層通信管理模塊和測控模塊。該FPGA對交流采樣的采樣值進行數(shù)字濾波和高速傅里葉變換，將采樣值和轉換結果同時傳送給測控模塊和站控層通信模塊，便于它們計算分析。該FPGA模塊同時提供片內(nèi)大容量RAM作為站控層通信管理模塊和測控模塊之間的雙口 RAM進行數(shù)據(jù)交換。該模塊提供六對差分線，和DAC模塊進行高速串行數(shù)據(jù)交換。FPGA模塊還集成了 IRIG-B碼和脈沖對時信號的電平轉換電路，同時接受站控層通信模塊和過程層通信模塊的秒脈沖對時信號。FPGA模塊進行時間信號的仲裁，確定裝置時間，同時輸出同步采樣脈沖給模數(shù)轉換電路，確保廣域同步采樣。同時輸出秒脈沖給測控模塊，確保狀態(tài)量采集的時間精度。DAC模塊負責過程層通信管理模塊和FPGA模塊之間的高速數(shù)據(jù)交換。其通過并行總線和過程層通信管理模塊連接，通過六對差分線和FPGA模塊進行高速串行數(shù)據(jù)交換。液晶顯示模塊采用FREESCALE公司的高性能處理器管理彩色液晶和鍵盤，并通過以太網(wǎng)和站控層通信管理模塊通信。測控裝置采用多模塊結構和FPGA技術，極大的提高了裝置的數(shù)據(jù)處理能力，可以同時進行穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)的高速采集和處理，測控裝置可以進行常規(guī)互感器信號的交流采樣和數(shù)字采樣；可以進行常規(guī)繼電器控制輸出和數(shù)字輸出；可以進行狀態(tài)量信號常規(guī)電纜輸入和數(shù)字輸入。該測控裝置減少了變電站設備的種類，簡化了變電站的設計和施工，為電網(wǎng)自動化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。測控裝置能接收GPS模塊IRIG-B碼對時，IEC61588對時兩種對時源，并能根據(jù)兩種對時源狀態(tài)自動切換到最佳對時源，當所有對時源均失效時裝置自帶的高精度恒溫晶振可以守時。系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步采樣由FPGA控制，F(xiàn)PGA接收1588或IRIG-B對時，產(chǎn)生與對時信號精確同步的同時滿足等間隔整周期采樣的采樣脈沖信號，直接控制Α/D轉換器采集交流信號。根據(jù)精確對時信號，在一 套裝置中實現(xiàn)廣域穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)的同步采樣計算。[0029]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求 書及其等效物界定。
權利要求1.變電站三態(tài)綜合測控裝置，包括一測控模塊、一站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一過程層以太網(wǎng)通信管理模塊、一用于高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊、一過程層通信接口模塊，其特征在于，所述測控模塊包括一測控DSP，所述測控DSP通過并行總線和FPGA模塊相連，所述測控DSP還連接一用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、一用于控制輸出的控制輸出電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，所述測控DSP的芯片采用 TMS320F28335 芯片。
3.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，站控層以太網(wǎng)通信管理模塊為采用IEC61850協(xié)議的通信管理模塊，站控層以太網(wǎng)通信管理模塊的處理器為PowerPC系列處理器。
4.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，站控層以太網(wǎng)通信管理模塊輸出秒脈沖給FPGA模塊，同時通過PCI總線外擴三路百兆以太網(wǎng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，過程層以太網(wǎng)通信管理模塊的處理器為PowerPC系列處理器。
6.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，過程層以太網(wǎng)通信管理模塊輸出秒脈沖給FPGA，同時通過并行總線和下一個FPGA模塊相連。
7.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，F(xiàn)PGA模塊為具有DSP功能的Spartan-3A系列FPGA處理器。
8.根據(jù)權利要求1所述的變電站三態(tài)綜合測控裝置，其特征在于，變電站三態(tài)綜合測控裝置，還包括 一 DAC模塊，所述DAC模塊通過并行總線和過程層通信管理模塊連接，并通過六對差分線和FPGA模塊連接。
專利摘要本實用新型涉及變電站測控。變電站三態(tài)綜合測控裝置，包括一測控模塊、一站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一過程層以太網(wǎng)通信管理模塊、一用于高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊、一過程層通信接口模塊，所述測控模塊包括一測控DSP，所述測控DSP通過并行總線和FPGA模塊相連，所述測控DSP還連接一用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、一用于控制輸出的控制輸出電路。
文檔編號H02J13/00GK203135588SQ20132015410
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權日2013年3月30日
發(fā)明者潘愛強, 謝海寧, 周德生, 鄒曉峰, 劉召杰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司