CN102169158B - 一种电力系统稳态录波装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力系统稳态录波装置,在服务器端按照IEC 61850标准要求统一建模,服务器通过以太网和多个客户端同时通讯,采集部分接收模拟信号或数字信号进行实时运算;按照IEC 61850-6实现系统配置,并形成独立使用的配置工具,其特征在于设有稳态录波逻辑模块,连续记录电力系统运行数据,设置扰动标记,生成标记事件文件,在故障情况下连续记录电力系统故障数据,在无故障情况下连续测量与记录电力系统的电能质量与各通道采样数据。符合电力系统实时监测、暂态记录和稳态记录在IEC 61850框架下的一体化要求。可以广泛用于各种电力系统监测场合。在工程应用时只需根据需要对软件进行简单的配置即可,无需任何复杂的操作。

Description

一种电力系统稳态录波装置

技术领域

[0001] 本发明涉及探测电缆、传输线或网络中的电性能故障测试或探测装置,特别是涉及一种电力系统稳态录波装置。

[0002] 背景技术

[0003] 本申请人的在先专利CN101515015B公告了《一种电力系统电能质量监测与记录装置》,根据IEC 61 850标准将故障录波和电能质量分别建模为不同的逻辑设备,既实现了电力系统故障情况下的数据记录,也实现了对电力系统重要的变电站和用电用户进行电能质量监测,其采用客户-服务器架构,管理机为客户端,主要特征包括:在服务器端按照IEC 61850标准要求统一建立IEC 61850模型,设有具有相同硬件平台的故障录波逻辑模块及电能质量逻辑模块,所述故障录波逻辑模块根据计算结果进行启动判断,如有启动则 生成故障文件,记录暂态故障、动态数据,完成对录波数据的离线分析;所述电能质量逻辑模块实现电压、三相不平衡度、频率、谐波、和电压的波动、闪变、暂降、暂升、短时中断在线测量,并对测量结果标记全球定位系统(Global Positioning System,缩略词为GPS)时钟;所述服务器通过以太网和多个客户端同时通讯,采集部分接收模拟信号或数字信号,进行实时运算;所述客户端对与客户请求有关的模型进行映射;所述服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接,通讯协议符合IEC61850-8,映射为多媒体信息服务(MultimediaMessaging Service,缩略词为MMS),按照IEC 61 850-6实现系统配置,并形成独立使用的配置工具。由于传统的稳态录波装置没有基于IEC 61850建模,且缺乏相应的标记事件,只能简单的录波,降低了稳态数据的利用率。尽管现有便携式录波器,可以在用户做电力试验时,及时、准确的记录故障,但不能对电力系统电能质量参数进行监测;电能质量监测装置可以实时监测到系统电能质量状态,但记录的数据仅限于电能质量相关指标,且记录频率低,反映线路故障真实情况欠佳。目前尚未见有能与故障录波模块和电能质量模块在同一硬件平台同时实现,并按照IEC 61850标准进行统一建模,实现稳态录波记录、电能质量监测与故障记录的稳态录波装置。

[0004] 发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷,提供一种基于IEC61850的电力系统稳态录波装置。

[0006] 本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。

[0007] 这种电力系统稳态录波装置,采用客户端-服务器端架构,管理机为客户端,在服务器端按照IEC 61850标准要求统一建立IEC 61850模型,所述服务器端通过以太网和多个客户端同时通讯,采集部分接收模拟信号或数字信号进行实时运算,所述客户端对与客户请求有关的模型进行映射,所述服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接,通讯协议符合IEC61850-8,映射为多媒体信息服务MMS,按照IEC 61850-6实现系统配置,并形成独立使用的配置工具。

[0008] 这种电力系统稳态录波装置的特点是:

[0009] 设有稳态录波逻辑模块,所述稳态录波逻辑模块连续记录电力系统运行数据,为稳态数据检索方便,设置扰动标记,生成标记事件文件,在故障情况下连续记录电力系统故障数据,在无故障情况下连续测量与记录电力系统的电能质量与各通道采样数据,符合电力系统实时监测、暂态记录和稳态记录在IEC 61850框架下的一体化要求。

[0010] 本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

[0011] 所述稳态录波逻辑模块,其组成包括按照IEC 61850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节点: [0012] I) 一个物理装置信息逻辑节点,用于描述本装置的物理信息;

[0013] 2) 一个零逻辑节点,用于访问稳态录波逻辑模块的公用信息;

[0014] 3) 一个稳态记录功能逻辑节点,用于描述稳态录波功能;

[0015] 4)至少一个模拟量通道逻辑节点,每一个模拟量通道对应一个,用于描述稳态记录的模拟量通道;

[0016] 5)至少一个状态量通道逻辑节点,每一个状态量通道对应一个,用于描述稳态记录的状态量通道。

[0017] 这种电力系统稳态录波装置设有故障录波逻辑模块,所述故障录波逻辑模块与所述稳态录波逻辑模块设置在相同硬件平台上,共用采集及实时运算部分,所述故障录波逻辑模块根据计算结果进行启动判断,如果判断符合启动条件,则生成故障文件,记录暂态故障、动态数据,完成对录波数据的离线分析。

[0018] 这种电力系统稳态录波装置设有电能质量逻辑模块,所述电能质量逻辑模块与所述稳态录波逻辑模块设置在相同硬件平台上,共用采集及实时运算部分,所述电能质量逻辑模块实现电能质量参数的在线测量,并对测量结果标记GPS时钟,所述电能质量参数包括电压偏差、三相不平衡度、频率、谐波、电压波动、闪变、电压暂降、电压暂升,以及电压短时中断。

[0019] 本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。

[0020] 所述采集部分接收的模拟信号,是所述服务器端的外部输入信号为GPS时钟和电压、电流信号,信号输入方式为经互感器传变的传统采样电压、电流模拟信号,以及由并行电缆以空接点的形式接入的开关量信号。

[0021] 所述采集部分接收模拟信号进行实时运算,是服务器端相应设有包括数据采集控制板、模拟信号输入板和监控板的采集信号复用电路进行实时运算。

[0022] 所述数据采集控制板,包括带有同步动态随机存取存储器I (SynchronousDynamic Random Access Memory,缩略词为SDRAM)、闪速存储器FLASHl的数字信号处理器(Digital Signal Processor,缩略词为DSP)模块、FPGA-1采集控制模块和FPGA-2时间控制模块,其中FPGA是现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)的英文缩略词,所述FPGA-I采集控制模块对所有模拟量及开关量进行同步采样,并将采集数据加上时标,然后传输给所述DSP模块,所述FPGA-2时间控制模块对接收到的时间信号进行解码,将处理后的时间通过数据总线发给所述FPGA-I采集控制模块。

[0023] 所述模拟信号输入板,包括级联的模拟量检测模块、模拟/数字(Analogue-Digital,缩略词为AD)采样模块、FPGA-3,以及提供电源的电源检测模块,所述模拟量检测模块接收模拟信号后,通过采样开关采取当前模拟信号,由采样保持器对信号进行保持,所述AD采样模块将每一路模拟信号转换为数字信号,并将采集数据汇总后通过数据总线上传给所述FPGA-3进行处理。

[0024] 所述监控板,包括监控CPU处理器模块和硬盘,配置双网口,支持袖珍闪存(Compact Flash,缩略词为CF)卡,使用周边元件扩展接口 (Pedpherd ComponentInterconnect,缩略词为PCI)到HPI接口的专用桥接芯片完成HPI访问,由工业标准结构总线(Industry StandardArchitecture,缩略词为ISA)传送至复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,缩略词为CPLD)译码,再通过扩展8路继电器输出,所述监控CPU处理器模块通过PCI总线访问所述DSP模块的HPI接口,用于接受所述数据采集控制板传送的数据,完成录波格式转换、录波数据保存和启动原因分析,并与管理机通讯,通讯协议包括IEC 61850-8-1和用户定义的私有协议,同时实现电能质量数据存储、检索和与管理机实时通信功能。

[0025] 所述采集部分接收的数字信号,是所述服务器端的外部输入信号为B码或1588时钟信号、IEC 61850数字信号和通用的面向对象的变电站事件(Generic Object OrientedSubstation Events,缩略词为GOOSE)信号,信号输入方式包括:

[0026] I) B码或1588时钟信号:由数据处理板的对时模块解码,运算得到系统时间;

[0027] 2) IEC 61850-9-2数字信号和G00SE信号:符合IEC 61850-9-2的数字信号和G00SE报文,由过程总线综合传输。

[0028] 所述采集部分接收数字信号进行实时运算,是服务器端相应设有包括稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板、网络接口板和硬盘板的采集信号复用电路进行实时运算。

[0029] 所述稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板,包括CPU处理器模块、对时模块、PCIe数据总线扩展模块、高速串行通讯模块、本地存储模块和告警模块,实现IEC61850录波采集、分析计算和传输通讯功能、接口板数据读取功能、时间同步功能、继电器告警输出、面板发光二极管(Light Emitting Diode,缩略词为LED)指示,以及面板按键响应功能。

[0030] 所述网络接口板,包括高速以太网接口、高速总线、同步动态随机存取存储器SDRAM2、闪速存储器FLASH2和智能处理模块,用于接收61850的过程层网络数据,然后把数据包整合打上时间戳,传输到所述稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板

进一步运算。

[0031] 所述硬盘板,包括PCIe总线接口和硬盘控制器,支持4个高速串行硬盘接口(Serial Advanced Technology Attachment,缩略词为SATA),可配置为硬盘阵列或4个独

立硬盘。

[0032] 这种电力系统稳态录波装置还设有包括GPS对时板的系统统一同步时钟电路。

[0033] 所述管理机为任何PC机或工业计算机。

[0034] 本发明与现有技术对比的有益效果是:

[0035] 本发明装置基于IEC 61850标准将稳态录波建模实现稳态录波的功能,既可以与故障录波逻辑模块、电能质量逻辑模块集成在一个装置形成复合设备;也可以是稳态录波逻辑模块和电能质量逻辑模块集成在一个装置形成另一种复合设备;还可以是上述三个逻辑模块分别独立设置形成单一功能的设备。本发明装置可做成实时监测的在线设备,也可做成便携式设备。既在电力系统故障情况下连续记录电力系统故障数据,也在电力系统无故障情况下连续测量与记录电力系统的电能质量与各通道采样数据,符合电力系统实时监测、暂态记录和稳态记录在IEC 61850框架下的一体化要求,为提高电力系统为用户提供优质电源的提供有力的支持。本发明装置可以广泛用于各种电力系统监测场合。在工程应用时只需根据需要对软件进行简单的配置即可,无需任何复杂的操作。

[0036] 附图说明

[0037] 图I是本发明具体实施方式一的系统结构图;

[0038] 图2是图I中的数据采集控制板的原理框图;

[0039] 图3是图I中的模拟信号输入板的原理框图;

[0040] 图4是图I中的监控板原理框图; [0041] 图5是本发明具体实施方式一的工作过程示意图;

[0042] 图6是本发明具体实施方式二的系统结构图;

[0043] 图7是图6中的稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板的原理框图;

[0044] 图8是图6中的网络接口板的原理框图;

[0045] 图9是图6中的硬盘板原理框图;

[0046] 图10是本发明具体实施方式二的工作过程示意图。

[0047] 具体实施方式

[0048] 下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。

[0049] 具体实施方式一

[0050] 一种如图I〜5所示的电力系统稳态录波装置,是在服务器端按照IEC61850-7标准要求统一建立模型,设有具有相同硬件平台且共用采集及实时运算部分的稳态录波逻辑模块、故障录波逻辑模块及电能质量逻辑模块。稳态录波逻辑模块连续记录电力系统运行数据,为稳态数据检索方便,可以设置扰动标记,生成标记事件文件,故障录波逻辑模块根据计算结果进行启动判断,如果判断符合启动条件,则生成故障文件,完成对录波数据的离线分析;电能质量逻辑模块实现电能质量参数的在线测量,并对测量结果标记全球定位系统GPS时钟,所述电能质量参数包括电压偏差、三相不平衡度、频率、谐波、电压波动、闪变、电压暂降、电压暂升,以及电压短时中断,既记录电力系统故障数据,也在无故障情况下连续测量与记录电力系统的电能质量与各通道采样数据,符合电力系统实时监测、暂态记录和稳态记录在IEC 61850框架下的一体化要求。

[0051] 服务器端采集部分接收模拟信号,进行实时运算;客户端对与客户请求有关的模型进行映射。

[0052] 服务器端设有数据采集控制板、模拟信号输入板和监控板。

[0053] 数据采集控制板如图2所示,包括带有同步动态随机存取存储器SDRAM1、闪速存储器FLASHl的DSP模块、FPGA-I采集控制模块和FPGA-2时间控制模块,FPGA-I采集控制模块对所有模拟量及开关量进行同步采样,并将采集数据加上时标,然后传输给DSP模块,FPGA-2时间控制模块对接收到的时间信号进行解码,将处理后的时间通过数据总线发给FPGA-I采集控制模块。

[0054] 模拟信号输入板如图3所示,包括级联的模拟量检测模块、AD采样模块、FPGA-3,以及提供电源的电源检测模块。模拟量检测模块接收模拟信号后,通过采样开关采取当前模拟信号,由采样保持器对信号进行保持,AD采样模块将每一路模拟信号转换为数字信号,并将采集数据汇总后通过数据总线上传给FPGA-3进行处理。

[0055] 监控板如图4所示,包括监控CPU处理器模块和硬盘,配置双网口,支持CF卡,使用PCI到HPI的专用桥接芯片完成HPI访问,由ISA总线传送至CPLD译码,再通过扩展8路继电器输出,监控CPU处理器模块通过PCI总线访问DSP模块的HPI接口,用于接受数据采集控制板传送的数据,完成录波格式转换、录波数据保存和启动原因分析;并与管理机通讯,通讯协议包括IEC 61850-8-1和用户定义的私有协议;同时实现电能质量 数据存储、检索和与管理机实时通信功能。

[0056] 管理机可采用嵌入式计算机,也可采用普通的PC机,用于实现ACSI处理、实时监测、离线分析、定值设定、运行控制、录波文件管理、事件检索及稳态数据查询。

[0057] 稳态录波逻辑模块的组成包括按照IEC 61850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节

占-

^ \\\ ·

[0058] I) 一个物理装置信息逻辑节点,用于描述本装置的物理信息;

[0059] 2) 一个零逻辑节点,用于访问稳态录波逻辑模块的公用信息;

[0060] 3) 一个稳态记录功能逻辑节点,用于描述稳态录波功能;

[0061] 4)至少一个模拟量通道逻辑节点,每一个模拟量通道对应一个,用于描述稳态记录的模拟量通道;

[0062] 5)至少一个状态量通道逻辑节点,每一个状态量通道对应一个,用于描述稳态记录的状态量通道。

[0063] 故障录波逻辑模块的组成包括按照IEC 61 850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节

占-

^ \\\ ·

[0064] I) 一个物理装置信息逻辑节点,用于描述本装置的物理信息;

[0065] 2) 一个零逻辑节点,用于访问故障录波逻辑设备的公用信息;

[0066] 3) 一个故障记录功能逻辑节点,用于描述故障录波功能;

[0067] 4)至少一个模拟量通道逻辑节点,每一个模拟量通道对应一个,用于描述故障记录的模拟量通道;

[0068] 5)至少一个状态量通道逻辑节点,每一个状态量通道对应一个,用于描述故障记录的状态量通道;

[0069] 6)至少一个故障测距功能逻辑节点,每一条线路对应一个,用于定位故障情况下线路故障的故障点。

[0070] 故障录波逻辑模块的组成还包括以下IEC 61850扩展逻辑节点:

[0071] I) 一个扰动记录频率启动元件逻辑节点,用于处理系统频率发生越上限、越下限和突变故障;

[0072] 2)至少一个扰动记录电压启动元件逻辑节点,每条母线对应一个,用于处理系统电压发生异常故障;

[0073] 3)至少一个扰动记录电流启动元件逻辑节点,每条线路对应一个,用于处理系统电流发生异常故障;

[0074] 4)至少一个扰动记录差流启动元件逻辑节点,每台主变压器对应一个,用于处理变压器发生异常故障。[0075] 电能质量逻辑模块的组成包括按照IEC 61850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节

占-

^ \\\ ·

[0076] I) 一个物理装置信息逻辑节点,用于描述本装置的物理信息;

[0077] 2) 一个零逻辑节点,用于访问电能质量逻辑设备的公用信息;

[0078] 3)至少一个测量逻辑节点,用于测量电压、电流和频率值;

[0079] 4)至少一个相序和不平衡逻辑节点,用于测量序分量和不平衡度;

[0080] 5)至少一个计量统计逻辑节点,用于分析统计设定期间内的平均值、最大值和最 小值;

[0081] 6)至少一个谐波和间谐波逻辑节点,用于测量谐波和间谐波;

[0082] 7)至少一个闪变逻辑节点,用于测量短时闪变和长时闪变;

[0083] 8)至少一个电能质量电压事件逻辑节点,当电压越上限或越下限时,用于标记电压越限事件的发生和结束;

[0084] 9)至少一个电能质量频率事件逻辑节点,当频率越上限或越下限时,用于标记频率越限事件的发生和结束;

[0085] 10)至少一个电能质量电压三相不平衡度事件逻辑节点,当电压三相不平衡度越限时,用于标记电压三相不平衡度越限事件的发生和结束;

[0086] 11)至少一个电能质量电流三相不平衡度事件逻辑节点,当电流三相不平衡度越限时,用于标记电流三相不平衡度越限事件的发生和结束;

[0087] 12)至少一个电能质量瞬时电压事件逻辑节点,当瞬时电压不合格时,用于标记瞬时电压事件的发生和结束。

[0088] 本发明具体实施方式一的工作过程见图5,具体步骤如下:

[0089] I)模拟输入信号的接收与处理

[0090] 用小电压/电流互感器(Pressure/Current Transformor,缩略词为PT/CT)对模拟输入信号进行隔离转换、滤波、模拟数字转换,生成数字量传送至数据总线。

[0091] 2)打时标

[0092] 数据采集控制板的DSP模块从数据总线读取数据,并根据GPS时间对每个采样点打上绝对时标。

[0093] 3)数据计算

[0094] 采样数据每满一个周波,则计算每个通道的有效值、谐波,以及正序、负序、零序、功率等状态量,以及电能质量各参数,将计算结果保存在预定义结构中。

[0095] 4)启动判断及电能质量事件标识生成

[0096] 数据采集控制板的DSP模块根据计算结果与定值比较,是否有启动发生,并填写启动信息结构,同时根据电能质量定值判断有电能质量事件发生,并填写标识事件结构。

[0097] 5)数据发送

[0098] 数据采集控制板的DSP模块将计算结果、采样数据、启动信息结构、标识事件结构通过DSP模块的HPI总线发送给监控板,每周波发送一次。

[0099] 6)监控板处理接收的数据

[0100] 按照是否启动生成暂态录波文件和标记事件文件,同时将采样数据生成动态录波文件,将电能质量参数写成文件,并将文件写入硬盘。[0101] 7)管理机工作

[0102] 如果对录波文件进行分析及下定值等人机对话操作,由管理机完成,管理机主要完成离线分析、在线配置、运行控制、实时监测、事件检索等工作。

[0103] 具体实施方式二一种如图6〜I O所示的电力系统稳态录波装置,其组成基本同具体实施方式一,区别在于:

[0104] 服务器端通过以太网和多个客户端同时通讯,采集部分接收数字信号,进行实时运算,客户端对与客户请求有关的模型进行映射。

[0105] 服务器端设有稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板、网络接口板和硬盘板。

[0106] 稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板如图7所示,包括CPU处理器模块、对时模块、PCIe扩展模块、高速串行通讯模块、本地存储模块和告警模块,实现IEC61850录波采集、分析计算和传输通讯功能、接口板数据读取功能、时间同步功 能、继电器告警输出、面板LED指示,以及面板按键响应功能。CPU处理器模块由CPU和FLASH、双倍速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate Random Access Memory,缩略词为DDRRAM)、电源电路和以太网物理层(PHYsical Layer,缩略词为PHY)组成,完成分析计算功能和网络、PCIe总线数据采集通讯功能;对时模块由对时FPGA、恒温晶振组成,实现时间驯服,并产生内部时间信号;PCIe扩展模块用于访问各网络接口板,实现PCIe数据交换;告警模块由继电器阵列,以及低电压晶体管-晶体管逻辑(Low VoltageTransistor-Transistor Logic,缩略词为LVTTL)输入输出驱动电路组成,实现告警信号驱动、LED信号驱动和键盘信号输入等功能;高速串行通讯模块和本地存储模块可实现与管理机通讯,通讯协议包括IEC 61850-8-1和用户定义的私有协议;实现数据存储、检索和与管理机实时通信功能。

[0107] 网络接口板如图8所示,包括高速以太网接口、高速总线、同步动态随机存取存储器SDRAM2、闪速存储器FLASH2和智能处理模块,用于接收61850的过程层网络数据,然后把数据包整合打上时间戳,传输到稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板进

一步运算。

[0108] 硬盘板如图9所示,包括PCIe总线接口和硬盘控制器。支持4个高速串行硬盘接口 SATA,可配置为硬盘阵列或4个独立硬盘。

[0109] 管理机可采用嵌入式计算机,也可采用普通的PC机,用于实现抽象通信服务接口(Abstract Communication Service Interface,缩略词为 ACSI)处理、实时监测、离线分析、定值设定、运行控制、录波文件管理、事件检索及稳态数据查询。

[0110] 本发明具体实施方式二的工作过程见图10,具体步骤如下:

[0111] I)数字输入信号的接收与处理

[0112] 接收输入的IEC 61850-9-2数字信号和G00SE信号,对数据类型协议解析,同时通过FPGA数据总线接口接收稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板发送的时间信号同步本地时间,将解析后的数据包打上时间戳,并按照已定义好的数据格式至数据总线。

[0113] 2)采样数据的集中、对齐处理

[0114] 稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板的PCIe总线接口模块通过PCIe扩展总线读取采样数据,将不同合并单元的数据进行合并、对齐处理,减小或消除它们之间的同步误差。

[0115] 3)实时计算处理

[0116] 实时计算处理过程对经过对齐处理的原始数据作进一步的计算处理,计算量包括:通道有效值、谐波,以及正序、负序、零序、功率等状态量以及电能质量各参数,并将计算结果保存在预定义结构中,这些计算处理后的数据是暂态启动分析、稳态事件标识、电能质量及今后可能的扩展应用如同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit,缩略词为PMU)的数据来源。

[0117] 4)启动判断、稳态标记事件及电能质量事件标识生成

[0118] 稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板的CPU根据计算结果与定值比较判断; [0119] 如果有启动发生,则填写启动信息结构;

[0120] 如果有扰动,则增加稳态扰动标识;

[0121] 如果有电能质量事件发生,则填写电能质量标识事件结构。

[0122] 5)数据处理板处理接收的数据

[0123] 按照是否有暂态录波、稳态标记事件和电能质量标记事件生成相应的标记事件文件和暂态录波文件,将电能质量参数写成文件,通过稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板的PCIe接口发送到高速串行硬盘接口 SATA进行统一的文件管理。

[0124] 6)文件管理

[0125] 稳态录波文件、暂态录波文件和电能质量文件循环存储,当达到一定条件时,装置自动进行文件管理,删除过期的录波文件,保证新的录波文件有足够的空间进行生成。

[0126] 7)管理机工作

[0127] 如果对录波文件进行分析及下定值等人机对话操作,由管理机完成,对稳态录波逻辑模块、故障录波逻辑模块和电能质量逻辑模块,管理机可分别完成离线分析、在线配置、运行控制、实时监测、事件检索统计等工作。

[0128] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1. 一种电力系统稳态录波装置,采用客户端-服务器端架构,管理机为客户端,在服务器端按照IEC 61850标准要求统一建立IEC 61850模型,所述服务器端通过以太网和多个客户端同时通讯,采集部分接收模拟信号或数字信号进行实时运算,所述客户端对与客户请求有关的模型进行映射,所述服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接,通讯协议符合IEC61850-8,映射为多媒体信息服务MMS,按照IEC 61850-6实现系统配置,并形成独立使用的配置工具,其特征在于: 设有稳态录波逻辑模块,所述稳态录波逻辑模块连续记录电力系统运行数据,设置扰动标记,生成标记事件文件,在故障情况下连续记录电力系统故障数据,在无故障情况下连续测量与记录电力系统的电能质量与各通道采样数据;所述稳态录波逻辑模块,其组成包括按照IEC 61 850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节点: 1) 一个物理装置信息逻辑节点,用于描述本装置的物理信息; 2) 一个零逻辑节点,用于访问稳态录波逻辑模块的公用信息; 3) 一个稳态记录功能逻辑节点,用于描述稳态录波功能; 4)至少一个模拟量通道逻辑节点,每一个模拟量通道对应一个,用于描述稳态记录的模拟量通道; 5)至少一个状态量通道逻辑节点,每一个状态量通道对应一个,用于描述稳态记录的状态量通道; 设有故障录波逻辑模块,所述故障录波逻辑模块与所述稳态录波逻辑模块设置在相同硬件平台上,共用采集及实时运算部分,所述故障录波逻辑模块根据计算结果进行启动判断,如果判断符合启动条件,则生成故障文件,记录暂态故障、动态数据,完成对录波数据的离线分析; 设有电能质量逻辑模块,所述电能质量逻辑模块与所述稳态录波逻辑模块设置在相同硬件平台上,共用采集及实时运算部分,所述电能质量逻辑模块实现电能质量参数的在线测量,并对测量结果标记全球定位系统GPS时钟,所述电能质量参数包括电压偏差、三相不平衡度、频率、谐波、电压波动、闪变、电压暂降、电压暂升,以及电压短时中断。
2.如权利要求I所述的电力系统稳态录波装置,其特征在于: 所述采集部分接收的模拟信号,是所述服务器端的外部输入信号为GPS时钟和电压、电流信号,信号输入方式为经互感器传变的传统采样电压、电流模拟信号,以及由并行电缆以空接点的形式接入的开关量信号; 所述采集部分接收模拟信号进行实时运算,是服务器端相应设有包括数据采集控制板、模拟信号输入板和监控板的采集信号复用电路进行实时运算。
3.如权利要求I或2所述的电力系统稳态录波装置,其特征在于: 所述数据采集控制板,包括带有同步动态随机存取存储器SDRAMl、闪速存储器FLASHl的数字信号处理器DSP模块、现场可编程门阵列FPGA-I采集控制模块和FPGA-2时间控制模块,所述FPGA-I采集控制模块对所有模拟量及开关量进行同步采样,并将采集数据加上时标,然后传输给所述DSP模块,所述FPGA-2时间控制模块对接收到的时间信号进行解码,将处理后的时间通过数据总线发给所述FPGA-I采集控制模块; 所述模拟信号输入板,包括级联的模拟量检测模块、模拟/数字AD采样模块、FPGA-3,以及提供电源的电源检测模块,所述模拟量检测模块接收模拟信号后,通过采样开关采取当前模拟信号,由采样保持器对信号进行保持,所述AD采样模块将每一路模拟信号转换为数字信号,并将采集数据汇总后通过数据总线上传给所述FPGA-3进行处理; 所述监控板,包括监控CPU处理器模块和硬盘,配置双网口,支持袖珍闪存CF卡,使用周边元件扩展接口 PCI到HPI接口的专用桥接芯片完成HPI访问,由工业标准结构总线ISA传送至复杂可编程逻辑器件CPLD译码,再通过扩展8路继电器输出,所述监控CPU处理器模块通过PCI总线访问所述DSP模块的HPI接口,用于接受所述数据采集控制板传送的数据,完成录波格式转换、录波数据保存和启动原因分析,并与管理机通讯,通讯协议包括IEC61850-8-1和用户定义的私有协议,同时实现电能质量数据存储、检索和与管理机实时通信功能。
4.如权利要求3所述的电力系统稳态录波装置,其特征在于: 所述采集部分接收的数字信号,是所述服务器端的外部输入信号为B码或1588时钟信号、IEC 61850数字信号和通用的面向对象的变电站事件GOOSE信号,信号输入方式包括: 1)B码或1588时钟信号:由数据处理板的对时模块解码,运算得到系统时间; 2) IEC 61850-9-2数字信号和GOOSE信号:符合IEC 61850-9-2的数字信号和GOOSE报文,由过程总线综合传输; 所述采集部分接收数字信号进行实时运算,是服务器端相应设有包括稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板、网络接口板和硬盘板的采集信号复用电路进行实时运算。
5.如权利要求4所述的电力系统稳态录波装置,其特征在于: 所述稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板,包括CPU处理器模块、对时模块、PCIe数据总线扩展模块、高速串行通讯模块、本地存储模块和告警模块,实现IEC61850录波采集、分析计算和传输通讯功能、接口板数据读取功能、时间同步功能、继电器告警输出、面板发光二极管LED指示,以及面板按键响应功能; 所述网络接口板,包括高速以太网接口、高速总线、同步动态随机存取存储器SDRAM2、闪速存储器FLASH2和智能处理模块,用于接收61850的过程层网络数据,然后把数据包整合打上时间戳,传输到所述稳态录波/电能质量数据处理板、故障录波数据处理板进一步运算; 所述硬盘板,包括PCIe总线接口和硬盘控制器,支持4个高速串行硬盘接口 SATA,可配置为硬盘阵列或4个独立硬盘。
6.如权利要求5所述的电力系统稳态录波装置,其特征在于: 还设有包括GPS对时板的系统统一同步时钟电路。
7.如权利要求6所述的电力系统稳态录波装置,其特征在于: 所述管理机为任何PC机或工业计算机。
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