CN102315688A - 变电站仪器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变电站仪器控制系统。变电站仪器控制系统包括：多个互感器，所述多个互感器生成表示变电站仪器主体的电特性的多个波形信号。合并单元通信地耦合到所述多个互感器，并且包括信号处理单元和控制单元。信号处理单元从所述多个互感器接收多个波形信号，并且将所述多个波形信号转换为数字信号。控制单元使用设定数据控制信号处理单元的操作。智能电子装置通信地耦合到合并单元，并且从合并单元接收数字信号。

Description

变电站仪器控制系统

技术领域

本公开通常涉及一种变电站仪器控制系统，更具体地，涉及一种对从变电站仪器提取的数据段进行数字化并且通过过程总线发送经数字化的数据段的变电站仪器控制系统。

背景技术

在常规的变电站仪器控制系统中，在附接到变电站仪器主体的互感器(仪用电流互感器(“CT”)或仪用电压互感器(“VT”))将变电站仪器的主电路的电流或电压转换为适合测量的电流或电压之后，保护控制系统测量电流或电压的波形(以下称作波形信号)。然而，在常规的变电站仪器控制系统中，从变电站仪器主体到用于每个波形信号的保护控制系统需要连接电缆。

另一方法是将过程总线应用到变电站仪器控制系统。在变电站仪器控制系统中，合并单元设置在变电站仪器的附近，并且从多个互感器输入的波形信号临时输入到合并单元。合并单元对来自互感器的波形信号进行数字化和合并，并且通过串行通信被叫过程总线将经数字化和合并的波形信号发送到高电平保护控制系统(智能电子装置(“IED”))。通过过程总线对波形信号进行的数字化和发送可消除电缆、减小互感器的二级负载以及对保护控制系统进行标准化。

可以对通过变电站仪器控制系统的过程总线的串行通信进行标准化以促进在合并单元和IED之间的通信，即使在合并单元和IED由不同制造商制成的情况下。然而，所使用的变电站仪器的类型(例如，电压互感器或电力传输线)、所使用的IED的类型(例如，保护装置或控制系统)、变电站仪器或IED的设置，以及变电站仪器或IED的要求的性能/特性可取决于变电站。因此，变电站特性可影响合并单元的设定。

合并单元的设定可包括从互感器输出的波形信号的采样率、波形信号能够输入的最大值(满标度)以及模拟低通滤波器(“LPF”)的滤波器特性，该模拟低通滤波器的滤波器特性需要防止在对波形信号进行数字转换时生成的混叠(aliasing)。

通过制备用于特性的众多组合的合并单元硬件来实现标准化是不现实的，因为这样做会需要相当数量的不同的合并单元类型。而且，变电站仪器的设置和配置典型地通过扩展而发生变化。因此，期望能够容易地就地改变合并单元设定。

发明内容

鉴于前述内容，本公开的目的在于提供能够通过过程总线改变设定的变电站仪器控制系统。

在一个示例性实施例中，本公开涉及一种变电站仪器控制系统，包括：多个互感器；其中，所述多个互感器生成表示变电站仪器主体的电特性的多个波形信号；通信地耦合到所述多个互感器的合并单元，该合并单元包括信号处理单元和控制单元；其中，所述信号处理单元从所述多个互感器接收所述多个波形信号；其中，所述信号处理单元将所述多个波形信号转换为数字信号；其中，所述控制单元使用设定数据控制所述信号处理单元的操作；以及智能电子装置，该智能电子装置通信地耦合到所述合并单元；其中，所述智能电子装置从所述合并单元接收所述数字信号。

在另一示例性实施例中，本公开涉及一种变电站仪器控制系统，包括：第一互感器，其中，所述第一互感器包括：第一滤波器，该第一滤波器用于对反映变电站仪器主体的电特性的第一波形信号进行滤波；第一转换器，该第一转换器用于将所述第一波形信号转换为第一数字信号；第一通信端口，其中，所述第一通信端口发送所述第一数字信号并接收第一设定数据；其中，利用所述第一设定数据对所述第一滤波器的滤波器特性进行设定；以及合并单元；其中，所述合并单元从所述第一通信端口接收所述第一数字信号。

在另一示例性实施例中，本公开涉及一种用于控制变电站仪器主体的方法，包括步骤：获得反映变电站仪器主体的电特性的多个波形信号；其中，多个互感器获得所述多个波形信号；将所述多个波形信号发送到合并单元；其中，所述合并单元包括信号处理单元、控制单元和通信端口；使用所述信号处理单元将所述多个波形信号转换为数字信号；通过所述通信端口将所述数字信号引导到智能电子装置；输入所述合并单元和所述多个互感器中的至少一个的设定数据；将所述合并单元和所述多个互感器中的至少一个的设定数据引导到所述通信端口；使用所述设定数据调节所述信号处理单元和所述多个互感器中的至少一个的特性。

在阅读以下示例性实施例的描述后，对于本领域技术人员而言，本公开的特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1示出根据本公开第一实施例的变电站仪器控制系统的配置；

图2示出图1的变电站仪器控制系统的设定数据的实例；

图3示出根据本公开第二实施例的变电站仪器控制系统的配置；以及

图4示出根据本公开第三实施例的变电站仪器控制系统的配置。

尽管已经示出并描述了该公开的实施例，且参考公开的示例性实施例对本发明的实施例进行限定，但是这样的参考不意味着对公开的限制，且将无法推断出这样的限制。如本领域技术人员会想到的且受益于该公开的那样，所公开的主题可以是相当大的修改、改变以及形式上和功能上的等价物。该公开示出且描述的实施例仅是实例，而并未穷举公开的范围。

具体实施方式

图1示出根据本公开实施例的变电站仪器控制系统1的示例性配置。变电站仪器控制系统1可包括一个或多个互感器10、一个或多个合并单元20、IED 30、服务器40以及过程总线50。多个合并单元20和IED 30可以通过过程总线50连接。在图1中，交替的一长两短点划线表示设定数据的流动。

互感器10可以附接到变电站仪器主体(未示出)，并且可以测量变电站仪器主体的主电路的电特性。具体地，互感器10提取经过变电站仪器主体的主电路的AC电流，并且将AC电流转换成适合测量的电流和电压。互感器10可包括一个或多个经计算机化的电流互感器(经计算机化的CT)101、经计算机化的仪用电压互感器(经计算机化的VT)102、常规的电流互感器(CT)103和常规的仪用电压互感器(VT)104。虽然未在图1示出，但是能够将多个电压或电流输入到互感器10的经计算机化的CT 101、经计算机化的VT 102、CT 103以及VT 104，以便促进三相交流电流。

在一个示例性实施例中，经计算机化的CT 101可包括单个洛氏(Rogowski)线圈、其中组合有洛氏线圈和电子电路的装置，以及其中利用了诸如法拉第元件等光学元件的光学CT。在一个示例性实施例中，经计算机化的VT 102可包括单个分压器、其中组合有分压器和电子电路的装置，以及其中利用诸如普克尔斯元件等光学元件的光学VT。在一个示例性实施例中，CT 103和VT 104可包括其中线圈绕在铁心上以通过电磁感应对电流和电压进行变换的装置。

合并单元20可以设置在互感器10的附近。从设置在变电站仪器主体中的一个或多个互感器，将电流或电压波形(下文称为波形信号)输入到合并单元20。合并单元20将多个波形信号合并，并通过过程总线50将经合并的波形信号发送到IED 30。在一个示例性实施例中，从互感器10输入的信号波形可以为模拟信号。

合并单元20可包括信号处理单元，该信号处理单元具有输入转换器201a和201b、LPF(低通滤波器)202a至202d、多路复用器(MUX)203以及A/D(模拟/数字)转换器204。合并单元20可进一步包括控制单元205、存储器206和通信端口207。

输入转换器201a将来自CT 103的电流信号(例如，用于电子电路的诸如5A或1A额定电流的大电流)转换为可由电子电路管理的电流电平(例如，几毫安)，并且将经转换的电流信号输入到LPF 202c。类似地，输入转换器201b将来自VT 104的电压信号(例如，用于电子电路的诸如63.5V额定电压的高电压)转换为可由电子电路管理的电压电平(例如，几伏特)，并且将经转换的电压信号输入到LPF 202d。将来自经计算机化的CT 101和经计算机化的VT 102的波形信号直接输入到LPF 202a和202b。

LPF 202a至202d是模拟低通滤波器，该模拟低通滤波器被设置成在随后的A/D转换器204对从互感器10输入的波形信号进行数字转换时防止混叠。LPF 202a至202d使从经计算机化的CT 101、经计算机化的VT 102、CT 103和CV 104输入的波形信号的低频带通过。LPF 202a至202d中的每一个可包括可改变滤波器增益或滤波器特性的可编程放大器或模拟现场可编程门阵列(“FPGA”)。

将LPF 202a至202d的输出输入到多路复用器203。基于从控制单元205输入的定时信号，多路复用器203顺序地输入从LPF 202a至202d输入的波形信号，同时对该波形信号进行切换。A/D转换器204将从多路复用器203输入的模拟波形信号转换为数字波形信号。接着，A/D转换器204可将经数字转换的信号输入到控制单元205。

控制单元205包括生成时钟频率的时钟生成电路205a。基于时钟生成电路205a的时钟频率，控制单元205向多路复用器203提供切换定时的指令。基于时钟生成电路205a的时钟频率，控制单元205提供在A/D转换器204中的波形信号的采样定时的指令。

基于从服务器40发送的设定数据，控制单元205可改变LPF 202a至202d的增益和滤波器特性(截止频率)。基于从服务器40发送的设定数据，控制单元205也可改变时钟生成电路205a的时钟频率。通过通信端口207和过程总线50，控制单元205将从A/D转换器204输入的经数字转换的信号发送到IED 30。

存储器206可存储诸如操作码和/或程序等数据。合并单元20的控制单元读取在存储器206中存储的数据，从而行使控制单元205的功能。通过过程总线50，通信端口207将输入数字信号发送到IED 30。时钟生成电路205a生成时钟信号且将该时钟信号输入到控制单元205。

因为合并单元20设置在互感器10的附近，所以能够使从互感器10到合并单元20的电缆的长度变短。因此，在互感器10的二级负载中，能够减小由电缆的阻抗导致的负载。这使得互感器主体的外部形状和质量能够被减小而无需改变互感器的误差规范，从而有助于变电站控制系统的合理化。

基于从合并单元20发送的数字信号，IED 30可监测变电站仪器主体的状态。接着，根据变电站仪器主体的状态，IED 30可控制变电站仪器主体。

IED 30可包括第一通信端口301、第二通信端口302和控制单元303。第一通信端口301通过过程总线50接收从合并单元20发送的数字信号。第一通信端口301也可将由第二通信端口302接收的设定数据发送到合并单元20。稍后，将参考图2，详细地描述设定数据。

第二通信端口302接收可从服务器40发送的设定数据。服务器40将设定数据发送到IED 30，以便改变合并单元20的LPF 202a-202d的设定。

控制单元303在第一通信端口301和第二通信端口302之间传递数字信号和设定数据。通过读取在存储器206中存储的数据来实现控制单元303的功能。

图2示出了设定数据的实例。可以XML形式描述设定数据。设定数据可包括下列信息项中的一项或多项：时钟生成电路205a的时钟频率；LPF202a至202d的增益和滤波器特性(截止频率)；A/D转换器204的每一个周期的采样次数；用来识别在合并单元中制备的数字滤波器中的一个的功能号；输入类型(电流/电压)，额定值以及满标度，这些被分配给输入编号1至8。

可以对合并单元和IED的制造商公开所述设定数据，并且在不同的制造商之间能够确保设定数据的互用性。

基于在图2中示出的设定数据，控制单元205可以改变时钟生成电路205a的时钟频率。因此，可以改变多路复用器203的切换定时和A/D转换器204的采样定时。基于在图2中示出的设定数据，控制单元205改变LPF202a至202d的增益和滤波器特性(截止频率)。

如上所述，在第一实施例的变电站仪器控制系统1中，服务器40通过过程总线50将设定数据发送到合并单元20，这使得合并单元20的设定易于改变。因此，可以实现变电站仪器控制系统1的标准化和操作。

图3示出了根据公开的第二实施例的变电站仪器控制系统2的配置。第二实施例的变电站仪器控制系统2包括互感器10、合并单元20A、IED 30、服务器40和过程总线50。类似于变电站仪器控制系统1，变电站仪器控制系统2具有其中多个合并单元20A和IED 30可通过过程总线50连接的配置。以下将描述变电站仪器控制系统2的每个配置。通过相同的标记标明与图1相同的配置，并且将不重复重叠的描述。

变电站仪器控制系统2的合并单元20A包括输入转换器201a和201b、LPF 202a至202d、调制器208a至208d、DF(“数字滤波器”)209a至209d、控制单元205、存储器206以及通信端口207。

LPF 202a至202d是初级滤波器。LPF 202a至202d可使从经计算机化的CT 101、经计算机化的VT 102、CT 103和CV 104输入的波形信号的低频带通过。D-S调制器208a至208d分别将从LPF 202a至202d输入的模拟波形信号转换为数字信号。

DF 209a至209d分别基本上去除从D-S调制器208a至208d输入的数字信号的量化噪声。DF 209a至209d可包括数字FPGA。DF 209a至209d包括不同类型的数字滤波器，并且DF 209a至209d能够响应于来自控制单元205的指令而改变数字滤波器。DF 209a至209d可包括抽取滤波器。DF209a至209d可通过对于数字FPGA而言可接受的任何合适的方法来实现。

基于从服务器40发送的设定数据，控制单元205可改变在DF 209a至209d中使用的数字滤波器的类型。

如上所述，在变电站仪器控制系统2中，服务器40通过过程总线50将设定数据发送到合并单元20A，这使得合并单元20A的DF 209a至209d的设定(数字滤波器的类型)易于改变。变电站仪器控制系统2的其它方面类似于仪器控制系统1。

图4示出了根据本公开的另一示例性实施例的变电站仪器控制系统3的配置。变电站仪器控制系统3包括互感器10A、合并单元20B、IED 30、服务器40和过程总线50。类似于变电站仪器控制系统1，变电站仪器控制系统3具有其中多个合并单元20B和IED 30通过过程总线50连接的配置。以下将描述变电站仪器控制系统3的每个配置。通过相同的标记标明与图1相同的配置，并且将不重复重叠的描述。

互感器10A附接到变电站仪器主体(未示出)。互感器10A将变电站仪器主体的大电流和高电压转换为适合测量的电流和电压。互感器10A的实例包括经计算机化的CT 101A和经计算机化的VT 102A。虽然未在图4中示出，但是能够将多个电压和电流输入到互感器10A的经计算机化的CT101A和经计算机化的VT 102A，以便处理三相交流电流。

经计算机化的CT 101A可包括LPF 101a、A/D转换器101b和通信端口101c。LPF 101a是模拟低通滤波器，该模拟低通滤波器被设置成在随后的A/D转换器101b对波形信号进行数字转换时防止混叠。LPF 101a使波形信号的低频带通过。LPF 101a通过可编程放大器或模拟FPGA形成，并且能够改变增益和滤波器特性。基于通过过程总线50和合并单元20B从服务器40发送的设定数据，改变增益和滤波器特性。

A/D转换器101b将从LPF 101a输入的模拟波形信号转换为数字信号。通信端口101c将经数字转换的信号发送到合并单元20B。

经计算机化的VT 102A包括LPF 102a、A/D转换器102b以及通信端口102c。LPF 102a、A/D转换器102b以及通信端口102c分别对应于LPF101a、A/D转换器101b以及通信端口101c，并且具有相同的配置。因此，将不重复重叠的描述。

合并单元20B包括控制单元205、存储器206以及通信端口207、210及211。通信端口210与经计算机化的CT 101A的通信端口101c进行通信。具体地，通信端口210接收从通信端口101c发送的数字信号，并且将通过过程总线50从服务器40发送的设定数据发送到通信端口101c。

通信端口211与经计算机化的CT 102A的通信端口102c进行通信。具体地，通信端口211接收从通信端口102c发送的数字信号，并且将通过过程总线50从服务器40发送的设定数据发送到通信端口102c。

如上所述，在变电站仪器控制系统3中，互感器10A包括通过可编程放大器或模拟FPGA形成的LPF 101a和102a，并且基于从服务器40发送的设定数据能够改变LPF 101a和102a的设定。变电站仪器控制系统2的其它方面类似于仪器控制系统1。

如受益于该公开的本领域技术人员会理解的，本公开不限于上述实施例，而是能够在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。例如，在一个实施例中，服务器40可通过IED 30连接到过程总线50。或者，服务器40可直接连接到过程总线50。IED 30可包括用户接口，该用户接口具有诸如监视器等显示装置以及诸如键盘和鼠标等输入装置，并且用户可对设定数据进行设定。

如图1、2和4所示，在一个实施例中，不同系统部件(例如，互感器、合并单元、IED和服务器)可通过有线或无线网络通信地耦合，以促进部件之间的信号传输。这样的系统对于本领域技术人员而言是众所周知的，并且因此在此将不进行详细讨论。

Claims (20)

1.一种变电站仪器控制系统，包括：

多个互感器；

其中，所述多个互感器生成表示变电站仪器主体的电特性的多个波形信号；

通信地耦合到所述多个互感器的合并单元，该合并单元包括信号处理单元和控制单元；

其中，所述信号处理单元从所述多个互感器接收所述多个波形信号；

其中，所述信号处理单元将所述多个波形信号转换为数字信号；

其中，所述控制单元使用设定数据控制所述信号处理单元的操作；以及

智能电子装置，该智能电子装置通信地耦合到所述合并单元；

其中，所述智能电子装置从所述合并单元接收所述数字信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述合并单元进一步包括如下中的至少一个：

存储器，其中，所述存储器存储设定数据；

时钟生成电路，其中，所述时钟生成电路控制在所述信号处理单元中的多路复用器的切换定时和在所述信号处理单元中的A/D转换器的采样定时中的至少一个；以及

通信端口，其中，所述通信端口进行如下操作中的至少一个：将所述数字信号从所述合并单元发送到所述智能电子装置，以及将设定数据从所述智能电子装置发送到所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，过程总线将所述智能电子装置通信地耦合到所述通信端口。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述智能电子装置从服务器接收设定数据。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述智能电子装置进一步包括用户接口，其中，用户可使用所述用户接口输入设定数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述设定数据可包括如下中的至少一个：时钟生成电路的时钟频率；在所述信号处理单元中的滤波器的特性；在所述信号处理单元中的A/D转换器的采样率；用于识别在所述信号处理单元中的数字滤波器的功能号；所述信号处理单元的输入类型；以及所述信号处理单元的额定值。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元包括：

多个低通滤波器；

其中，所述多个低通滤波器使从所述多个互感器接收的所述多个波形信号的低频带通过；

多路复用器；

其中，所述多路复用器顺序地输入来自所述多个低通滤波器的所述多个波形信号并且生成模拟波形信号；以及

A/D转换器；

其中，所述A/D转换器将所述模拟波形信号转换为所述数字信号。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理单元包括：

低通滤波器；

其中，所述低通滤波器使从所述多个互感器接收的所述多个波形信号中的一个波形信号的低频带通过；

调制器；

其中，所述调制器将通过所述低通滤波器的所述多个波形信号中的一个波形信号的低频带转换为相应的数字信号；以及

数字滤波器；

其中，所述数字滤波器基本上去除所述相应的数字信号的量化噪声。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制单元基于设定数据调节所述数字滤波器。

10.一种变电站仪器控制系统，包括：

第一互感器，其中，所述第一互感器包括：

第一滤波器，该第一滤波器用于对反映变电站仪器主体的电特性的第一波形信号进行滤波；

第一转换器，该第一转换器用于将所述第一波形信号转换为第一数字信号；

第一通信端口，其中，所述第一通信端口发送所述第一数字信号并接收第一设定数据；

其中，利用所述第一设定数据对所述第一滤波器的滤波器特性进行设定；以及

合并单元；

其中，所述合并单元接收来自所述第一通信端口的所述第一数字信号。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述通信端口接收来自所述合并单元、服务器和智能电子装置中的一个的所述设定数据。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述合并单元进行如下操作中的至少一个：将所述第一数字信号发送到智能电子装置以及接收来自所述智能电子装置和服务器中的至少一个的设定数据。

13.根据权利要求10所述的系统，进一步包括智能电子装置，该智能电子装置包括：

第一通信端口，

其中，所述第一通信端口与所述合并单元的通信端口进行通信；

第二通信端口，

其中，所述第二通信端口与服务器进行通信；以及

智能电子装置单元，其中，所述智能电子装置单元控制所述第一通信端口和所述第二通信端口的操作。

14.根据权利要求10所述的变电站仪器控制系统，进一步包括：

第二互感器，其中，所述第二互感器包括：

第二滤波器，该第二滤波器用于对反映变电站仪器主体的电特性的第二波形信号进行滤波；

第二转换器，该第二转换器用于将所述第二波形信号转换为第二数字信号；

第二通信端口，其中，所述第二通信端口发送所述第二数字信号并且接收第二设定数据；

其中，利用所述第二设定数据对所述第二滤波器的滤波器特性进行设定；以及

其中，所述合并单元接收来自所述第二通信端口的所述第二数字信号。

15.一种用于控制变电站仪器主体的方法，包括如下步骤：

获得反映变电站仪器主体的电特性的多个波形信号；

其中，多个互感器获得所述多个波形信号；

将所述多个波形信号发送到合并单元；

其中，所述合并单元包括信号处理单元、控制单元和通信端口；

使用所述信号处理单元将所述多个波形信号转换为数字信号；

通过所述通信端口将所述数字信号引导到智能电子装置；

输入所述合并单元和所述多个互感器中的至少一个的设定数据；

将所述合并单元和所述多个互感器中的至少一个的设定数据引导到所述通信端口；

使用所述设定数据调节所述信号处理单元和所述多个互感器中的至少一个的特性。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述波形信号包括电流信号和电压信号中的一种。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，通过服务器和所述智能电子装置中的至少一个，将所述设定数据引导到所述合并单元和所述多个互感器中的至少一个。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述合并单元通过过程总线通信地耦合到所述智能电子装置。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述信号处理单元包括：

多个低通滤波器；

其中，所述多个低通滤波器使从所述多个互感器接收的所述多个波形信号的低频带通过；

多路复用器；

其中，所述多路复用器顺序地输入来自所述多个低通滤波器的所述多个波形信号并且生成模拟波形信号；以及

A/D转换器；

其中，所述A/D转换器将所述模拟波形信号转换为所述数字信号。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述信号处理单元包括：

低通滤波器；

其中，所述低通滤波器使从所述多个互感器接收的所述多个波形信号中的一个波形信号的低频带通过；

调制器；

其中，所述调制器将通过所述低通滤波器的所述多个波形信号中的一个波形信号的低频带转换为相应的数字信号；以及

数字滤波器；

其中，所述数字滤波器基本上去除所述相应的数字信号的量化噪声。

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