CN101316052B - 分离式数字化高压开关控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分离式数字化高压开关控制器，包括电源模块和与其电连接的控制单元和转接单元，控制单元包含有CPU控制模块，CPU控制模块分别与温度模块k、时钟模块k、模拟量变换模块k、人机界面模块k、光纤以太网通信模块k、开关量输入模块k和开关量输出模块k连接，转接单元包含有CPU转接模块，其分别与时钟模块z、模拟量变换模块z、人机界面模块z、光纤以太网通信模块z、开关量输入模块z、开关量输出模块z和通信扩展模块连接，上述控制单元通过光纤与转接单元连接。本发明结构简单、安装灵活、成本低、标准化、满足数字变电站和IEC61850通信协议并能用于各类敞开式高压开关及GIS设备的数字化高压开关控制器。
Description
技术领域
本发明属于电力设备领域，涉及一种数字化高压开关控制器，尤其是一种既满足数字化变电站和IEC61850通信协议要求又兼容目前变电站的使用环境并且能用于各类敞开式高压开关及GIS设备的数字化高压开关控制器。
背景技术
传统的高压开关和GIS设备的控制装置由大量继电器和辅助接点构成，这样的控制装置不但接线复杂、耗费大量有色金属材料的硬连线而且不能够实现标准化的生产而日益不能满足数字化变电站和IEC61850通信协议的要求。
随着数字化变电站和IEC61850通信协议的推广，越来越多的自动化设备被应用到电力系统的自动化控制之中，数字化开关也应运而生。
数字化开关是采用数字化的控制装置(即数字化高压开关控制器)取代传统的控制装置，现有的数字化高压开关控制器大多数是在高压开关和GIS装置的就地汇控柜上安装一台数字化控制装置取代传统的控制装置，用于实现开关的控制和获取开关的状态及告警信息，这样的开关控制器可以满足数字化变电站和IEC61850通信协议的要求，但是在目前数字化变电站和IEC61850通信协议还未被大量推广应用的前提下，在与目前大多数变电站综合自动化设备接口时仍然不能解决接线复杂和耗费大量有色金属材料的硬连线的问题，因此这样的开关控制器在当前普遍的工作环境下使用时其灵活性和经济性受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单、安装方式灵活、成本低、标准化、满足数字化变电站和IEC61850通信协议并且能用于各类敞开式高压开关及GIS设备的数字化高压开关控制器。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种分离式数字化高压开关控制器，包括控制单元和转接单元，所述控制单元包含有CPU控制模块，所述CPU控制模块分别与温度模块k、时钟模块k、模拟量变换模块k、人机界面模块k、光纤以太网通信模块k、开关量输入模块k和开关量输出模块k连接，所述转接单元包含有CPU转接模块，所述CPU转接模块分别与时钟模块z、模拟量变换模块z、人机界面模块z、光纤以太网通信模块z、开关量输入模块z、开关量输出模块z和通信扩展模块连接，所述控制单元中设有对其供电的电源模块k，所述转接单元中设有对其供电的电源模块z，所述控制单元通过光纤与转接单元连接。
上述CPU控制模块和所述CPU转接模块均分别由CPU、RAM、看门狗电路和晶振电路组成。
上述通信扩展模块经光电隔离电路与所述CPU转接模块连接。
上述开关量输出模块k经驱动电路与所述CPU控制模块连接，所述开关量输出模块z经驱动电路与所述CPU转接模块连接。
上述模拟量变换模块k和模拟量变换模块z由模拟信号采集电路、模拟信号输出电路和变换电路组成。
上述光纤以太网通信模块k和光纤以太网通信模块z均包含有光电隔离电路和光纤以太网接口。
上述光纤以太网通信模块k的光纤以太网接口通过光纤与所述光纤以太网通信模块z的光纤以太网接口连接，所述光纤以太网通信模块k与光纤以太网通信模块z之间采用IEC61850协议。
上述电源模块k和电源模块z均包括有交流电源电路、互感器电源电路、直流电源电路。
上述人机界面模块k和人机界面模块z均包含有液晶显示器、指示灯和键盘。
本发明的分离式数字化高压开关控制器解决了现有开关控制器接线复杂、需要耗费大量有色金属材料的缺陷。可作为压开关和GIS设备的标准化配件，从而实现高压开关和GIS设备控制装置的制造和安装的标准化。
本发明的分离式数字化高压开关控制器结构简单、可靠性高。安装本发明装置的高压开关和GIS装置既可满足未来数字换变电站的使用环境，同时也能够适应现阶段各种变电站的使用要求。
附图说明
图1是本发明的控制单元的结构图；
图2是本发明的转接单元的结构图；
图3是本发明的控制单元和转接单元的通信接口连接示意图；
图4是本发明在现阶段各种变电站工作环境下的工作原理图A；
图5是本发明在现阶段各种变电站工作环境下的工作原理图B；
图6是本发明在数字换变电站工作环境下的工作原理图。
其中：1为CPU控制模块；2为温度模块；3为时钟模块k；4为模拟量变换模块k；5为人机界面模块k；6为开关量输出模块k；7为电源模块；8为以太网通信模块k；9为开关量输入模块k；10为CPU转接模块；11为模拟量变换模块z；12为通信扩展模块；13为开关量输出模块z；14为以太网通信模块z；15为开关量输入模块z；16为时钟模块z；17为人机界面模块z。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，为本发明涉及的控制单元，其包含有CPU控制模块1，所述CPU控制模块1分别与温度模块2、时钟模块k3、模拟信号采集与变换模块4、人机界面模块k5、光纤以太网通信模块k8、开关量输入模块k9和开关量输出模块k6连接。其中CPU控制模块1包括其外扩RAM、看门狗电路和晶振电路，是控制单元的核心部分，负责对输入信息进行处理和向外发出控制命令。开关量输入模块k9和开关量输出模块k6，负责采集高压开关和GIS的状态信号和向高压开关和GIS发出分闸、合闸等操作命令。光纤以太网通信模块k8，包括光电隔离电路和光纤以太网接口，用于完成与转接单元或与其他兼容IEC61850通信协议的装置间的通讯。
如图2为本发明涉及的转接单元，其包含有CPU转接模块10，所述CPU转接模块10分别与时钟模块z16、模拟量变换模块11、人机界面模块z17、光纤以太网通信模块z14、开关量输入模块z15、开关量输出模块z13和通信扩展模块12连接。其中CPU转接模块10包括其外扩RAM、看门狗电路和晶振电路，是转接单元的核心部分，负责对输入信息进行处理和向外发出控制命令。开关量输入模块z15和开关量输出模块z13，负责接受其他自动化设备发出对高压开关和GIS的控制命令，还负责将控制单元以IEC61850协议发出高压开关和GIS的状态信息转换成其他通信协议或变换为模拟量、开关量信号输出。光纤以太网通信模块z14，包括光电隔离电路和光纤以太网接口，用于完成与控制单元间的通讯。通信扩展模块12，包括光电隔离电路和通信扩展接口，用于实现通信接口形式的转换以和不同的自动化装置接口。
上述方案中转接单元的通信扩展模块12支持的通信接口包括串行接口(RS232/RS485/RS422可选)、CAN接口、光纤以太网接口、电以太网接口，兼容的通信协议包括IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、IEC61850、MODBUS、DL451-1991(国标CDT)、DNP3.0、DeviceNet等。
图3是本发明的控制单元和转接单元的通信接口连接电路示意图，控制单元和转接单元通过光纤以太网连接，一方面控制单元采集的高开关和GIS的状态信息以IEC61850协议通过光纤以太网送至转接单元，另一方面转接单元将其接受到的其他各种自动化设备发出的操控命令以IEC61850协议通过光纤以太网送至控制单元。
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
实施例1
如图4所示，当在现有的各种变电站工作环境下，一部分变电站不满足IEC61850通信协议时，敞开式高压开关或GIS设备的状态和告警信号以及模拟信号分别经由控制单元的开关量输入模块k和模拟量变换模块k输入控制单元，在控制单元的CPU模块中进行联锁和逻辑判断，CPU模块将由状态信号、告警信号、模拟信号以及CPU模块中联锁和逻辑判断后输出的信号调制成符合IEC61850通信协议的格式以光纤以太网的形式送往转接单元，转接单元将符合IEC61850通信协议的内容解调相应的开关量信号和模拟输出量信号分别通过开关量输出模块z和模拟量变换模块z输出至其他自动化设备或者通过通信扩展模块转换为其它通信形式、通信协议送至其他的自动化设备。
转接单元通过其通信扩展模块、开关量输入模块z、模拟量变换模块z接受来自其他自动化设备的控制、操作命令，转接单元将这些命令调制成符合IEC61850通信协议的格式以光纤以太网的形式送往控制单元。控制单元将符合IEC61850通信协议的内容解调相应的开关量信号和模拟输出量信号分别通过开关量输出模块k和模拟量转换模块k输出以完成对敞开式高压开关或GIS设备的控制和操作。
实施例2
如图5所示，此种数字化高压开关控制器的构成方式是：在不满足IEC61850通信协议的变电站中，控制单元通过转接单元上的开关量输出模块z和通信扩展模块输出联锁操作命令到其他的数字化高压开关控制器。在不满足IEC61850通信协议的变电站中，转接单元通过开关量输入模块z和通信扩展模块接受来自其他数字化高压开关控制器发出的联锁操作命令。
上述方案中多台数字化高压开关控制器间的通信采用的是光纤以太网和IEC61850协议。
实施例3
如图6所示，当所有变电站都是数字化的环境下，本发明的数字化高压开关控制器的构成方式是：敞开式高压开关或GIS设备的状态和告警信号以及模拟信号分别经由控制单元的开关量输入模块k和模拟量变换模块k中的模拟信号采集电路输入控制单元，在控制单元的CPU模块中进行联锁和逻辑判断，CPU模块将由状态信号、告警信号、模拟信号以及CPU模块中联锁和逻辑判断后输出的信号调制成符合IEC61850通信协议的格式以光纤以太网的形式送往其他兼容IEC61850协议的自动化设备。
图6中，在满足IEC61850通信协议的数字化变电站中，其他变电站自动化设备将控制或操作命令以符合IEC61850通信协议的格式通过光纤以太网送往控制单元。控制单元将符合IEC61850通信协议的内容解调相应的开出量信号和模拟输出量信号分别通过开关量输出模块k和模拟量变换模块k输出以完成对敞开式高压开关或GIS设备的控制和操作。
在本发明的分离式数字化高压开关控制器中，对所述的控制单元和转接单元的供电，均是由设于两个单元内部的电源模块供电。
Claims (10)
1.一种分离式数字化高压开关控制器，包括控制单元和转接单元，其特征在于：所述控制单元包含有CPU控制模块(1)，所述CPU控制模块(1)分别与温度模块(2)、时钟模块k(3)、模拟量变换模块k(4)、人机界面模块k(5)、光纤以太网通信模块k(8)、开关量输入模块k(9)和开关量输出模块k(6)连接，所述转接单元包含有CPU转接模块(10)，所述CPU转接模块(10)分别与时钟模块z(16)、模拟量变换模块z(11)、人机界面模块z(17)、光纤以太网通信模块z(14)、开关量输入模块z(15)、开关量输出模块z(13)和通信扩展模块(12)连接，所述控制单元中设有对其供电的电源模块k(7)，所述转接单元中设有对其供电的电源模块z(18)，所述控制单元通过光纤与转接单元连接；
当在现有各种变电站工作环境下，一部分变电站不满足IEC61850通信协议时，敞开式高压开关或GIS设备的状态和告警信号以及模拟信号分别经由控制单元的开关量输入模块k(9)和模拟量变换模块k(4)输入控制单元，在控制单元的CPU控制模块(1)中进行联锁和逻辑判断，CPU控制模块(1)将由状态信号、告警信号、模拟信号以及CPU控制模块(1)中联锁和逻辑判断后输出的信号调制成符合IEC61850通信协议的格式以光纤以太网的形式送往转接单元，转接单元将符合IEC61850通信协议的内容解调相应的开关量信号和模拟输出量信号分别通过开关量输出模块z(13)和模拟量变换模块z(11)输出至其他自动化设备或者通过通信扩展模块(12)转换为其他通信形式、通信协议送至其他的自动化设备；转接单元通过其通信扩展模块(12)、开关量输入模块z(15)、模拟量变换模块z(11)接受来自其他自动化设备的控制、操作命令，转接单元将这些命令调制成符合IEC61850通信协议的格式以光纤以太网的形式送往控制单元，控制单元将符合IEC61850通信 协议的内容解调相应的开关量信号和模拟输出量信号分别通过开关量输出模块k(6)和模拟量变换模块k(4)输出以完成对敞开式高压开关或GIS设备的控制和操作。
2.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述CPU控制模块(1)和所述CPU转接模块(10)各自由CPU、RAM、看门狗电路和晶振电路组成。
3.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述通信扩展模块(12)经光电隔离电路与所述CPU转接模块(10)连接。
4.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述开关量输出模块k(6)经驱动电路k与所述CPU控制模块(1)连接，所述开关量输出模块z(13)经驱动电路z与所述CPU转接模块(10)连接。
5.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述模拟量变换模块k(4)和模拟量变换模块z(11)各自由模拟信号采集电路、模拟信号输出电路和变换电路组成。
6.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述光纤以太网通信模块k(8)和光纤以太网通信模块z(14)各自包含有光电隔离电路和光纤以太网接口。
7.根据权利要求6所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述光纤以太网通信模块k(8)的光纤以太网接口通过光纤与所述光纤以太网通信模块z(14)的光纤以太网接口连接，所述光纤以太网通信模块k(8)与光纤以太网通信模块z(14)之间采用IEC61850协议。
8.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述电源模块k(7)和电源模块z(18)各自包括有交流电源电路、互感器电源 电路、直流电源电路。
9.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述人机界面模块k(5)和人机界面模块z(17)各自包含有液晶显示器、指示灯和键盘。
10.根据权利要求1所述的分离式数字化高压开关控制器，其特征在于：所述通信扩展模块(12)支持的通信接口包括串行接口、CAN接口、光纤以太网接口、电以太网接口，其兼容的通信协议包括IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、IEC61850、MODBUS、DL451-1991(国标CDT)、DNP3.0、DeviceNet。
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| 黄绍平,赵毅君.智能型高压开关柜硬件系统设计.湖南工程学院学报12 2.2002,12(2),8-11. |
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