CN102830755B - 一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器 - Google Patents

一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了智能变电站技术领域的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器。其技术特征是，所述服务器包括智能以太网控制器EOC、复杂可编程逻辑器件CPLD、FLASH暂存器、数字信号处理单元DSP、第一双口随机存储器RAM、第二双口随机存储器RAM、运行控制子系统和检修监测子系统；所述运行控制子系统包括第一以太网控制器和运行主控模块；所述检修监测子系统包括第二以太网控制器和生产主控模块。本发明融合了分布式与集中式的优点，显著降低了成本并减少了网络节点，简化了通信网络，提高了智能化系统的开放性、可靠性和经济性，并且无缝地实现了各个智能电子转置IED之间的互操作性。

Description

一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器
技术领域
本发明属于智能变电站技术领域，尤其涉及一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器。
背景技术
基于IEC61850标准的智能变电站是一种必然的趋势，它能够提高电网运行的安全性、可靠性、经济性、不同厂商设备的互操作性。智能变电站的发展经历了集中式、分布式、分层分布式等阶段。智能变电站的核心是间隔层的智能电子装置IED，间隔层的智能电子装置IED也是智能变电站设计与实现的重要内容。随着IEC61850标准的推出，智能一次设备的应用、计算机性能的提高、光电技术以及网络通信技术的发展，智能变电站中智能电子装置IED的设计有了新的发展。
电站的发展历程中，从变电站的综合自动化到数字化变电站是一个巨大的进步，并且分层分布式得到了广泛的认可和应用。变电站网络与通信协议IEC61850标准从逻辑上将变电站自动化系统分为三层，即过程层、间隔层、变电站层，在设计理念上，分层分布式变电站是面向间隔和元件的，即以间隔为单位的一次电气设备。它的不足之处是所需智能电子装置IED数量较多，相应地网络节点较多，通信组网复杂，网络接口能力不足，冗余配置成本高。囿于当时通信技术、计算机技术和过程层设备技术水平的限制，难以产生集多种保护和测控智能电子装置IED功能为一体的综合服务器。
发明内容
针对上面背景技术中目前变电站的网络节点多、通信网络复杂及各个智能电子装置IED之间的互操作性方面存在的问题，本发明提出了一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器。
本发明的技术方案是，一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器，其特征在于，所述服务器包括智能以太网控制器EOC、复杂可编程逻辑器件CPLD、FLASH暂存器、数字信号处理单元DSP、第一双口随机存储器RAM、第二双口随机存储器RAM、运行控制子系统和检修监测子系统；所述运行控制子系统包括第一以太网控制器和运行主控模块；所述检修监测子系统包括第二以太网控制器和生产主控模块；
其中，所述智能以太网控制器EOC与所述复杂可编程逻辑器件CPLD连接，用于接收智能变电站过程层传输的信息，并将信息发送给复杂可编程逻辑器件CPLD；
所述复杂可编程逻辑器件CPLD分别与所述FLASH暂存器和数字信号处理单元DSP连接，用于将数据保存在FLASH暂存器中，并且将数据传输给数据处理单元DSP；
所述数字信号处理单元DSP分别与所述第一双口随机存储器RAM和第二双口随机存储器RAM连接，将数据按类别存入第一双口随机存储器RAM和第二双口随机存储器RAM，供主控模块读取并进行处理；
所述第一双口随机存储器RAM、运行主控模块和第一以太网控制器顺次连接，用于运行控制子系统读取数据；
所述第二双口随机存储器RAM、生产主控模块和第二以太网控制器顺次连接，用于检修监测子系统读取数据。
所述服务器采用双主控模块方式，即运行主控模块方式和生产主控模块方式；所述运行主控模块方式从第一随机存储器RAM获取数据后，硬件实时操作系统RTOS按照优先级调度运行不同的任务，对运行控制数据进行处理，实现上行的测量值、故障信息、电能计量、设备状态检修和视频监控数据的上传功能，及下行的跳闸命令和装置参数整定命令的下传功能；所述生产主控模块用于从第二双口随机存储器RAM获取数据后，硬实时操作系统RTOS按照优先级调度运行不同的任务，对检修监测数据进行处理，实现上行的测量值、故障信息、电能计量、设备状态检修和视频监控数据的上传功能，及下行的跳闸命令和装置参数整定命令的下传功能。
所述运行主控模块包括4路以太网接口，分别通过第一以太网控制器与站级以太网和面向变电站事件网GOOSE连接。
所述生产主控模块包括4路以太网接口，分别通过第二以太网控制器与站级以太网和面向变电站事件网GOOSE连接。
所述运行主控模块包括接口模块；所述接口模块包括主控模块CPU、电源模块、直接存储器访问DMA控制器、调制通信接口、GPS对时模块、存储器、现场可编程门阵列FPGA、磁盘、网络接口、晶振电路、复位电路、看门狗和人机接口；所述接口模块通过总线连接。
所述生产主控模块包括接口模块；所述接口模块包括主控模块CPU、电源模块、直接存储器访问DMA控制器、调制通信接口、GPS对时模块、存储器、现场可编程门阵列FPGA、磁盘、网络接口、晶振电路、复位电路、看门狗和人机接口；所述接口模块通过总线连接。
本发明的有益效果是，解决目前变电站的网络节点多、通信网络复杂等问题，更大限度提高数据的共享度，有利于改善各个智能电子装置IED之间的互操作性。
附图说明
图1是本发明提供的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器的硬件系统结构图；
图2是本发明提供的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器的主控模块接口结构图；
图3是本发明提供的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器的软件系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是本发明提供的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器的硬件系统结构图。图1中，一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器包括智能以太网控制器EOC、复杂可编程逻辑器件CPLD、FLASH暂存器、数字信号处理单元DSP、第一双口随机存储器RAM、第二双口随机存储器RAM、运行控制子系统、检修监测子系统；所述运行控制子系统包括第一以太网控制器和运行主控模块；所述检修监测子系统包括第二以太网控制器和生产主控模块。
所述智能以太网控制器EOC与所述复杂可编程逻辑器件CPLD连接，用于接收智能变电站过程层传输的信息，并将信息发送给复杂可编程逻辑器件CPLD。
所述复杂可编程逻辑器件CPLD分别与所述FLASH暂存器和数字信号处理单元DSP连接，用于将数据保存在FLASH暂存器中，并且将数据传输给DSP数据处理单元。
所述数字信号处理单元DSP分别与所述第一双口随机存储器RAM和第二双口随机存储器RAM连接，将数据按类别存入第一双口随机存储器RAM和第二双口随机存储器RAM，供主控模块读取进行相关计算。
所述第一双口随机存储器RAM、运行主控模块和第一以太网控制器顺次连接，用于运行控制子系统读取数据；所述第二双口随机存储器RAM、生产主控模块和第二以太网控制器顺次连接，用于检修监测子系统读取数据。
图2是本发明提供的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器的主控模块接口结构图。综合软智能设备服务器的主控模块具有丰富的接口功能，所述接口包括主控模块CPU、电源模块、直接存储器访问DMA控制器、通信接口、GPS对时模块、FLASH/SDRAM、FPGA磁盘、RS-232/RS-485/USB、晶振电路、复位电路、看门狗和人机接口；所述接口模块通过总线连接。
图3是本发明提供的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器的软件系统结构图。图3中，综合软智能设备服务器的软件系统包括操作系统、值守任务模块、通信协议接口、抽象通信服务接口ACSI管理模块、特定通信服务映射SCSM管理模块、常规智能电子设备接口管理、时钟同步模块、业务逻辑层和配置工具。
软件系统采用硬实时操作系统RTOS。在硬实时操作系统的调度下，在后台运行值守任务模块。值守任务模块是一个独立进程，在后台任务中优先级最高，它的作用主要是监听各类数据，通过软中断的方式触发其他业务逻辑任务的执行；前台进程在值守模块触发作用下进入就绪，快速被抢占式调度进入执行态，典型的是各种继电保护以及安全自动装置动作任务。
操作系统之上是通信协议接口，为了兼容常规IED数据，本系统在协议栈之上规划了常规IED接口管理模块，与基于IEC61850标准的抽象通信服务接口ACSI管理模块和特定通信服务映射SCSM管理模块并列构建。
为了与面向间隔的分层分布式变电站的同步对时机制相一致，在软件体系中设计了时钟同步模块，接收同步对时网络信号，通过同步控制模块对数据进行时钟同步处理。
业务逻辑层是综合软智能设备服务器软件系统的设计重心。硬实时操作系统的特点是每个任务进程被分配给一个唯一的优先级码，当高优先级的任务就绪后无条件立即剥夺运行任务对CPU和系统资源的使用权。在综合软智能设备服务器，运行主控模块和生产主控模块各自对应的智能电子装置IED功能被分别设计为软件模块，在系统初始化时，以任务进程或者线程的形式装载进入内存，等待硬实时操作系统RTOS的调度。在这些任务中，可以分为后台进程和前台进程，后台进程按照优先级高低和数据吞吐量大小按照特定次序被分配给不同大小的时间片轮流执行，这主要是常态连续运行任务，比如常规数据上传、电能计量、视频监控和状态检修。值守任务模块是一个独立进程，在后台任务中优先级最高，它的作用主要是监听各类数据，通过软中断的方式触发其他业务逻辑任务的执行；前台进程在值守模块触发作用下进入就绪，快速被抢占式调度进入执行态，典型的是各种继电保护以及安全自动装置动作任务。各个任务之间的通信和协作是通过数据管理模块来实现的，它本身也是一个后台进程，一方面它对实时数据库RTDB进行管理，另一方面在有需要综合软智能设备服务器间通信的时候，提供进程间数据共享和传输的服务，实现综合软智能设备服务器之间的软闭锁功能。
设计一个配置工具。根据IEC61850-6的规定和要求，从工程的角度出发，需要有一个对业务逻辑层功能进行组织配置的工具，方便变电站运行过程的管理和维护，通过简单的人机交互实现灵活的功能裁剪、组合与参数设置，并可以将配置方案保存为智能电子设备配置描述CID文件，可以通过传输加载的方式进行复用。
最后，智能变电站的综合软智能设备服务器通过站级以太网同站级综合服务器SLUS连接，向级综合服务器SLUS提供电气量采集数据、开关量状态和视频监控数据，在单台级综合服务器SLUS上集成有调度管理系统站端模块、视频监视管理系统、远动管理系统等传统变电站站控层分散部署的应用功能，这样有利于节省硬件投资和占地面积，提高信息的共享度，便于集中对应用和数据进行管理。同时挂在站级以太网上的可以有各种工作站、输出设备和上级调度的通信管理机，同时提供实时数据显示输出接口和web应用接口。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器，其特征在于，所述服务器包括智能以太网控制器EOC、复杂可编程逻辑器件CPLD、FLASH暂存器、数字信号处理单元DSP、第一双口随机存储器RAM、第二双口随机存储器RAM、运行控制子系统和检修监测子系统；所述运行控制子系统包括第一以太网控制器和运行主控模块；所述检修监测子系统包括第二以太网控制器和生产主控模块；
其中，所述智能以太网控制器EOC与所述复杂可编程逻辑器件CPLD连接，用于接收智能变电站过程层传输的信息，并将信息发送给复杂可编程逻辑器件CPLD；
所述复杂可编程逻辑器件CPLD分别与所述FLASH暂存器和数字信号处理单元DSP连接，用于将数据保存在FLASH暂存器中，并且将数据传输给数据处理单元DSP；
所述数字信号处理单元DSP分别与所述第一双口随机存储器RAM和第二双口随机存储器RAM连接，将数据按类别存入第一双口随机存储器RAM和第二双口随机存储器RAM，供主控模块读取并进行处理；
所述第一双口随机存储器RAM、运行主控模块和第一以太网控制器顺次连接，用于运行控制子系统读取数据；
所述第二双口随机存储器RAM、生产主控模块和第二以太网控制器顺次连接，用于检修监测子系统读取数据；
所述服务器采用双主控模块方式，即运行主控模块方式和生产主控模块方式；所述运行主控模块方式从第一随机存储器RAM获取数据后，硬件实时操作系统RTOS按照优先级调度运行不同的任务，对运行控制数据进行处理，实现上行的测量值、故障信息、电能计量、设备状态检修和视频监控数据的上传功能，及下行的跳闸命令和装置参数整定命令的下传功能；所述生产主控模块用于从第二双口随机存储器RAM获取数据后，硬实时操作系统RTOS按照优先级调度运行不同的任务，对检修监测数据进行处理，实现上行的测量值、故障信息、电能计量、设备状态检修和视频监控数据的上传功能，及下行的跳闸命令和装置参数整定命令的下传功能；
所述运行主控模块包括接口模块；所述接口模块包括主控模块CPU、电源模块、直接存储器访问DMA控制器、调制通信接口、GPS对时模块、存储器、现场可编程门阵列FPGA、磁盘、网络接口、晶振电路、复位电路、看门狗和人机接口；所述接口模块通过总线连接；
所述生产主控模块包括接口模块；所述接口模块包括主控模块CPU、电源模块、直接存储器访问DMA控制器、调制通信接口、GPS对时模块、存储器、现场可编程门阵列FPGA、磁盘、网络接口、晶振电路、复位电路、看门狗和人机接口；所述接口模块通过总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器，其特征在于，所述运行主控模块包括4路以太网接口，分别通过第一以太网控制器与站级以太网和面向变电站事件网GOOSE连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于智能变电站的综合软智能设备服务器，其特征在于，所述生产主控模块包括4路以太网接口，分别通过第二以太网控制器与站级以太网和面向变电站事件网GOOSE连接。
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