CN105119781A - 智能电网网络报文汇聚装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电网网络报文汇聚装置及方法，包括壳体和设于壳体内部的内部电路，内部电路包括多个数据采集器、第一数据处理器、第二数据处理器、至少一个千兆网络通信器和单片机，壳体上设有IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口和显示屏；所述多个数据采集器均与第一数据处理器连接，第一数据处理器分别与千兆网络通信器和第二数据处理器连接，第二数据处理器分别与单片机、IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口和显示屏连接。本发明解决了智能电网通信中网络采集点多导致网络分析仪、网络记录装置接收数据困难的问题。

Description

智能电网网络报文汇聚装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统数据采集技术领域，特别是涉及一种智能电网网络报文汇聚装置及方法。

背景技术

智能电网在高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标；电网智能化的解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。电网智能化的六大方面：智能化变电站、发电、智能输电、智能配电网、智能用电和智能调度。

智能电网中主流自动化系统均以网络化通信方式实现设备与系统、系统与系统之间的互联，网络通信过程的记录对于掌握智能电网设备与系统、系统与系统的运行状况及其交互过程，实现自动化系统网络的故障早期预警、事故后故障分析定位及测试等功能具有重要意义。

智能电网的自动化系统由各种智能电子设备(IntelligentElectronicDevice，IED)组成，设备之间通过通信网络实现信息共享，减少了传统电网中的各种信号电缆，系统结构简化。这样既保证了系统的可靠性又提高了经济性。智能电网自动化系统之间的交互也以网络方式为主，其交互程度随着基础数据采集平台的建立大为加强。智能电网数据网络传输方式的建立在提高电力系统通信能力的同时也提高了通信的复杂度，同时通信协议也由传统的串口协议升级为包括TCP/IP、MMS、IEC61850、IEC61970等协议，这给系统调试和维护带来了很大的变化。当前智能电网，如智能变电站中面临通信过程检验手段不足的问题，尤其是缺乏网络通信信息记录、分析、诊断、告警的产品。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能电网网络报文汇聚装置及方法，解决了智能电网通信中网络采集点多导致网络分析仪、网络记录装置接收数据困难的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：智能电网网络报文汇聚装置，包括壳体和设于壳体内部的内部电路，内部电路包括多个数据采集器、第一数据处理器、第二数据处理器、至少一个千兆网络通信器、单片机和电源电路，壳体上设有IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口、显示屏和电源接口。

所述多个数据采集器均与第一数据处理器连接，第一数据处理器分别与千兆网络通信器和第二数据处理器连接，第二数据处理器分别与单片机、IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口和显示屏连接，电源接口与电源电路连接，电源电路与第二数据处理器连接。

所述数据采集器包括用于与待监测设备连接的后插板、串口板和第一CPU，后插板通过串口板与第一CPU连接，第一CPU与第一数据处理器连接。

所述IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口分别连接有一防雷器。

所述内部电路还包括PTP对时模块，PTP对时模块分别与单片机和第二数据处理器连接。

所述PTP对时模块包括DM9000网络接口、第二CPU和接口处理器，DM9000网络接口与第二CPU连接，第二CPU与接口处理器连接，接口处理器分别与单片机和第二数据处理器连接。

所述壳体上设有多个指示灯，指示灯与第二数据处理器连接。

所述电源电路包括整流堆、瞬态冲击保护电路、开关变压器、负载匹配电阻和开关控制电路，整流堆的输入端与电源接口连接，瞬态冲击保护电路并联接入整流堆的输出端和开关变压器的初级线圈之间，开关控制电路与瞬态冲击保护电路串联，负载匹配电阻并联接入开关变压器的次级线圈，开关变压器的次级线圈与第二数据处理器连接。

所述IRIG-B码输入接口为光IRIG-B码输入接口或电IRIG-B码输入接口，IRIG-B码输出接口为光IRIG-B码输出接口或电IRIG-B码输出接口。

所述防雷器包括电路板和密封安装在电路板上的金属壳体，电路板包括三组浪涌保护电路，其中一组浪涌保护电路跨接在火线和地线之间，另一组浪涌保护电路跨接在地线和零线之间，还有一组浪涌保护电路跨接在火线和零线之间，火线和零线分别串接两个电阻，火线和零线之间跨接一具有三个端的气体放电管，气体放电管的第三端与地线相连接。

所述浪涌保护电路为瞬态抑制二极管和恢复二极管串联后组成的电路。

智能电网网络报文汇聚方法，包括以下步骤：

S1.数据采集器采集待监测设备的数据，并将采集到的数据发送到第一数据处理器；

S2.第一数据处理器对所述数据进行组包，然后对得到的数据包进行打时戳、压缩、和过滤处理；

S3.千兆网络通信器将第一数据处理器处理后的数据包发送给其他装置。

本发明的有益效果是：

（1）本发明解决了智能电网通信中，数据量大、干扰多、网络采集点多导致网络分析仪、网络记录装置接收数据困难，存储量大的问题；

（2）本发明中IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口分别连接有一防雷器，不仅具有防浪涌的作用，而且还具备电磁泄漏屏蔽的作用。

附图说明

图1为本发明智能电网网络报文汇聚装置的结构框图；

图2为本发明中防雷器的结构框图；

图3为本发明中智能电网网络报文汇聚方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，智能电网网络报文汇聚装置，包括壳体和设于壳体内部的内部电路，内部电路包括多个数据采集器、第一数据处理器、第二数据处理器、至少一个千兆网络通信器、单片机和电源电路，壳体上设有IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口、显示屏和电源接口。

所述多个数据采集器均与第一数据处理器连接，第一数据处理器分别与千兆网络通信器和第二数据处理器连接，第二数据处理器分别与单片机、IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口和显示屏连接，电源接口与电源电路连接，电源电路与第二数据处理器连接。

所述数据采集器包括用于与待监测设备连接的后插板、串口板和第一CPU，后插板通过串口板与第一CPU连接，第一CPU与第一数据处理器连接。

所述IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口分别连接有一防雷器。

所述内部电路还包括PTP对时模块，PTP对时模块分别与单片机和第二数据处理器连接。

所述PTP对时模块包括DM9000网络接口、第二CPU和接口处理器，DM9000网络接口与第二CPU连接，第二CPU与接口处理器连接，接口处理器分别与单片机和第二数据处理器连接。

本发明具有三种精确对时方式：

（1）IRIG-B（DC）对时：采用现有BS901对时板的ARM系统完成，ARM系统负责解析IRIG-B时标信号（RS-485方式输入），并转换成串口TOD报文和秒脉冲输出（包括为FPGA提供TTL/LVCMOS的PPS脉冲，引到装置外部的RS-485的串口TOD报文和PPS脉冲），同时通过TTL/LVCMOS的并行或串行方式将TOD报文送给FPGA；

（2）PTP对时：采用现有BS901对时板的ARM系统完成，ARM系统负责PTP协议（网络方式）的时间同步，并转换成串口TOD报文和秒脉冲输出（包括为FPGA提供TTL/LVCMOS的PPS脉冲，引到装置外部的RS-485的串口TOD报文和PPS脉冲），同时通过TTL/LVCMOS的并行或串行方式将TOD报文送给FPGA；

（3）网络报文对时：FPGA通过网络包送出网口接收TOD报文，并将此作为当前时间。

所述壳体上设有多个指示灯，指示灯与第二数据处理器连接。指示灯的数量与所有接口的数量一致，每个指示灯表示一个接口的状态；指示灯选用彩色LED灯。

所述电源电路包括整流堆、瞬态冲击保护电路、开关变压器、负载匹配电阻和开关控制电路，整流堆的输入端与电源接口连接，瞬态冲击保护电路并联接入整流堆的输出端和开关变压器的初级线圈之间，开关控制电路与瞬态冲击保护电路串联，负载匹配电阻并联接入开关变压器的次级线圈，开关变压器的次级线圈与第二数据处理器连接。

所述IRIG-B码输入接口为光IRIG-B码输入接口或电IRIG-B码输入接口，IRIG-B码输出接口为光IRIG-B码输出接口或电IRIG-B码输出接口。

所述千兆网络通信器采用的芯片型号是ET1101，第一数据采集器采用的芯片型号是XC6LX150T的FPGA构成，第二数据处理器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成，单片机型号为STC89LE58RD。

如图2所示，所述防雷器包括电路板和密封安装在电路板上的金属壳体，电路板包括三组浪涌保护电路，其中一组浪涌保护电路跨接在火线和地线之间，另一组浪涌保护电路跨接在地线和零线之间，还有一组浪涌保护电路跨接在火线和零线之间，火线和零线分别串接两个电阻，火线和零线之间跨接一具有三个端的气体放电管，气体放电管的第三端与地线相连接。

所述浪涌保护电路为瞬态抑制二极管和恢复二极管串联后组成的电路。由于瞬态抑制二极管响应速度极快，可以在极短的时间内启动，将通信接口两端的电压抑制在一个比较低的水平，并将浪涌电流泄放至大地。同时，为了克服瞬态抑制二极管结电容大，影响高频通信质量的问题，在瞬态抑制二极管所在线路上串联的接入快速恢复二极管，可以大幅减小通信接口两端电容值，保证高频通信的质量。在火线和零线上分别串联接入参数为4.7Ω/0.5W的退耦电阻，可以在提高电阻抗冲击能力的同时，还能减小其在线路上的损耗自。由于电路板是密封在金属壳体内，能够保证信号传输时屏蔽电磁波。

如图3所示，智能电网网络报文汇聚方法，包括以下步骤：

S1.数据采集器采集待监测设备的数据，并将采集到的数据发送到第一数据处理器；

S2.第一数据处理器对所述数据进行组包，得到数据包，然后对数据包进行打时戳、压缩、和过滤处理；时间分辨率为1us。

S3.千兆网络通信器将第一数据处理器处理后的数据包发送给其他装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：包括壳体和设于壳体内部的内部电路，内部电路包括多个数据采集器、第一数据处理器、第二数据处理器、至少一个千兆网络通信器、单片机和电源电路，壳体上设有IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口、显示屏和电源接口；

所述多个数据采集器均与第一数据处理器连接，第一数据处理器分别与千兆网络通信器和第二数据处理器连接，第二数据处理器分别与单片机、IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口和显示屏连接，电源接口与电源电路连接，电源电路与第二数据处理器连接；

所述数据采集器包括用于与待监测设备连接的后插板、串口板和第一CPU，后插板通过串口板与第一CPU连接，第一CPU与第一数据处理器连接；

所述IRIG-B码输入接口、PPS信号输出接口、TOP报文输出接口、IRIG-B码输出接口、告警接口分别连接有一防雷器。

2.根据权利要求1所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述内部电路还包括PTP对时模块，PTP对时模块分别与单片机和第二数据处理器连接。

3.根据权利要求2所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述PTP对时模块包括DM9000网络接口、第二CPU和接口处理器，DM9000网络接口与第二CPU连接，第二CPU与接口处理器连接，接口处理器分别与单片机和第二数据处理器连接。

4.根据权利要求1所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述壳体上设有多个指示灯，指示灯与第二数据处理器连接。

5.根据权利要求1所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述电源电路包括整流堆、瞬态冲击保护电路、开关变压器、负载匹配电阻和开关控制电路，整流堆的输入端与电源接口连接，瞬态冲击保护电路并联接入整流堆的输出端和开关变压器的初级线圈之间，开关控制电路与瞬态冲击保护电路串联，负载匹配电阻并联接入开关变压器的次级线圈，开关变压器的次级线圈与第二数据处理器连接。

6.根据权利要求1所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述IRIG-B码输入接口为光IRIG-B码输入接口或电IRIG-B码输入接口，IRIG-B码输出接口为光IRIG-B码输出接口或电IRIG-B码输出接口。

7.根据权利要求1所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述防雷器包括电路板和密封安装在电路板上的金属壳体，电路板包括三组浪涌保护电路，其中一组浪涌保护电路跨接在火线和地线之间，另一组浪涌保护电路跨接在地线和零线之间，还有一组浪涌保护电路跨接在火线和零线之间，火线和零线分别串接两个电阻，火线和零线之间跨接一具有三个端的气体放电管，气体放电管的第三端与地线相连接。

8.根据权利要求7所述的智能电网网络报文汇聚装置，其特征在于：所述浪涌保护电路为瞬态抑制二极管和恢复二极管串联后组成的电路。

9.智能电网网络报文汇聚方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.数据采集器采集待监测设备的数据，并将采集到的数据发送到第一数据处理器；

S2.第一数据处理器对所述数据进行组包，然后对得到的数据包进行打时戳、压缩、和过滤处理；

S3.千兆网络通信器将第一数据处理器处理后的数据包发送给其他装置。