CN105141035A - 过程层设备数据采集及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及继电保护技术领域，具体涉及一种过程层设备数据采集及控制系统，包括：汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板和电流互感器板，汇总板与间隔板之间通过总线连接，汇总板将交流电压模拟信号转换为SV数字量；单元板将交流电流模拟信号转换为电流数字信号；间隔板将电流数字信号转换为SV数字量，将间隔开入转换为GOOSE信号；将GOOSE信号传送至数字化主机，并从数字化主机接收GOOSE指令作为间隔开出以控制所述单元板，本发明通过控制技术将变电站多个间隔交流量及开关量模拟信号转换为满足过程层网络的SV数字量和GOOSE信号，并通过总线传输至变电站内的数字化保护主机，实现了传统变电站的数字化。

Description

过程层设备数据采集及控制系统
技术领域
本发明涉及继电保护技术领域，具体涉及一种过程层设备数据采集及控制系统。
背景技术
与传统综合自动化变电站相比，数字化变电站具有信息充分共享，标准化数据及通信模型，信号传输实时可靠，降低变电站整个生命周期费用等优点。
目前国内已有多个数字化变电站投入运行或在建，但常规变电站的数字化改造还未多见，随着非常规互感器技术及数字化二次设备技术的成熟，大量的传统综合自动化变电站改造势在必行，与新建站不同，传统综自站的改造需要考虑改造成本，改造过程中的供电可靠性，改造方案的可行性等诸方面因素，因此难度要比传统站的综合自动化改造或新建数字化变电站大。
数字化变电站系统结构一般分为三层：变电站层、间隔层和过程层，基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化、系统建模标准化等，间隔层主要设备包括各种保护装置、自动化装置、安全自动装置、计量装置等，其主要功能是各个间隔过程层实时数据信息的汇总；完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判别、发令；完成各个间隔及全站操作连闭锁以及同期功能的判别；执行数据的承上启下通信传输功能，同时完成与过程层及站控层的网络通信功能。数字化变电站电气一、二次设备与传统变电站电气一、二次设备在接口上有本质的区别，因此，如要对传统变电站进行数字化改造，必将对原有的通信网络、电缆线路、综自设备进行颠覆性改造，资金投入大，尤其是对于一些刚刚进行完综合自动化改造的变电站，新设备还没有产生效能就更换，势必造成资金的严重浪费，因此，在传统变电站数字化改造中如何有效地利用现有设备、最大限度地减少投资和工程量，又能充分发挥数字化变电站的优点，使当前正在运行的传统变电站平滑过渡到数字化变电站是一个关系到数字化变电站能否得到快速推广的现实问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种过程层设备数据采集及控制系统，通过控制技术将变电站多个间隔交流量及开关量模拟信号转换为满足过程层网络的SV数字量和GOOSE信号，并通过总线传输至变电站内的数字化保护主机，实现了传统变电站的数字化。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
作为本发明的一个方面，提供的一种过程层设备数据采集及控制系统，包括：汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板和电流互感器板，所述汇总板与间隔板之间通过总线连接，其中，
所述汇总板还与电压互感器板连接，并将电压互感器板采集到的交流电压模拟信号转换为电压数字信号，将所述电压数字信号转换为SV数字量；
所述单元板与电流互感器板连接，将电流互感器板采集到交流电流模拟信号转换为电流数字信号；所述单元板还用于采集变电站的间隔开入；
所述间隔板与所述单元板连接，并将所述电流数字信号转换为SV数字量，将所述间隔开入转换为GOOSE信号；将所述GOOSE信号传送至变电站数字化主机，并从所述数字化主机接收GOOSE指令作为间隔开出以控制所述单元板。
优选地，还包括光耦板和背板，所述光耦板用于将公共开入信号通过背板发送至汇总板。
优选地，还包括灯板和电源板，所述灯板用于汇总点灯信号，所述电源板用于给系统供电。
优选地，还包括用于安装背板的机框，所述机框上还设置有插槽，所述插槽用于安装汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板、电流互感器板、光耦版、灯板和电源板，所述机框由上、中、下三层板件构成。
优选地，所述间隔板与所述汇总板皆通过光口与所述变电站数字化主机连接。
优选地，所述电压互感器板与所述电流互感器板皆通过哈丁端子与外部交流采样线连接。
优选地，所述单元板通过哈丁端子与间隔开入节点及间隔开出节点连接。
优选地，所述总线包括用于信息交互的I/O总线，所述I/O总线由两条单向传输的串行总线组成，其中，一条串行总线由汇总板至间隔板，另一条串行总线由间隔板至汇总板。
优选地，所述总线还包括用于保证所有间隔的采样同步、等间隔发送和校时的GPS校时总线，所述GPS校时总线由一条汇总板至间隔板的串行总线组成。
优选地，所述总线还包括管理总线，所述管理总线由每个间隔板的CPU上的网口及汇总板上的交换芯片通过以太网连接而成。
本发明的有益效果为：一种过程层设备数据采集及控制系统，包括：汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板和电流互感器板，所述汇总板与间隔板之间通过总线连接，其中，所述汇总板还与电压互感器板连接，并将电压互感器板采集到的交流电压模拟信号转换为电压数字信号，将所述电压数字信号转换为SV数字量；所述单元板与电流互感器板连接，将电流互感器板采集到交流电流模拟信号转换为电流数字信号；所述单元板还用于采集变电站的间隔开入；所述间隔板与所述单元板连接，并将所述电流数字信号转换为SV数字量，将所述间隔开入转换为GOOSE信号；将所述GOOSE信号传送至变电站数字化主机，并从所述数字化主机接收GOOSE指令作为间隔开出以控制所述单元板，本发明通过控制技术将变电站多个间隔交流量及开关量模拟信号转换为满足过程层网络的SV数字量和GOOSE信号，并通过总线传输至变电站内的数字化保护主机，实现了传统变电站的数字化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统功能结构图。
图2是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统中机框板件配置图。
图3是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统中数据信号流向框图。
图4是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统中总线结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1-图4并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
图1是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统功能结构图。
一种过程层设备数据采集及控制系统，包括：汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板和电流互感器板，所述汇总板与间隔板之间通过总线连接，其中，
所述汇总板还与电压互感器板连接，并将电压互感器板采集到的交流电压模拟信号转换为电压数字信号，将所述电压数字信号转换为SV数字量；
所述单元板与电流互感器板连接，将电流互感器板采集到交流电流模拟信号转换为电流数字信号；所述单元板还用于采集变电站的间隔开入；
所述间隔板与所述单元板连接，并将所述电流数字信号转换为SV数字量，将所述间隔开入转换为GOOSE信号；将所述GOOSE信号传送至变电站数字化主机，并从所述数字化主机接收GOOSE指令作为间隔开出以控制所述单元板。
在本实施例中，通过控制技术将变电站多个间隔交流量及开关量模拟信号转换为满足过程层网络的SV数字量和GOOSE信号，并通过总线传输至变电站内的数字化保护主机，实现了传统变电站的数字化。
在本实施例中，所述SV数字量是一种适用于过程层网络的IEC61850-9-2通讯协议的采样值参数；所述GOOSE（GenericObjectOrientedSubstationEvent，面向通用对象的变电站事件）是IEC61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制。
在本实施例中，还包括光耦板和背板，所述光耦板用于将公共开入信号通过背板发送至汇总板。
在本实施例中，还包括灯板和电源板，所述灯板用于汇总点灯信号，所述电源板用于给系统供电。
在本实施例中，还包括用于安装背板的机框，所述机框上还设置有插槽，所述插槽用于安装汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板、电流互感器板、光耦版、灯板和电源板，所述机框由上、中、下三层板件构成。
图2是一种过程层设备数据采集及控制系统中机框板件配置图，在本实施例中，所述汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板、电流互感器板、光耦版和电源板皆为标准的板件，可以插接至机框上的任意插槽中，对于不同的变电站不同的间隔数可以通过标准的板件进行灵活配置，适用性强。
如图2所示，在本实施例中，两块电源板、四块间隔板及一块光耦板插在最上面的第三层，四块间隔板间隔一个槽位插入，便于散热；八块单元板、一块汇总板及一块光耦板插在中间第二层；六块电流互感器板及一块电压互感器板插在最下面一层。
在本实施例中，所述间隔板与所述汇总板皆通过光口与所述变电站数字化主机连接。
在本实施例中，所述电压互感器板与所述电流互感器板皆通过哈丁端子与外部交流采样线连接。
在本实施例中，所述单元板通过哈丁端子与间隔开入节点及间隔开出节点连接。
图3是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统中数据信号流向框图。
图4是本发明实施例提供的一种过程层设备数据采集及控制系统中总线结构示意图。
在本实施例中，所述总线包括用于信息交互的I/O总线，所述I/O总线由两条单向传输的串行总线组成，其中，一条串行总线由汇总板至间隔板，另一条串行总线由间隔板至汇总板。
在本实施例中，所述I/O总线为一条全双工的一主多从的I/O总线，主要用来实现间隔板与汇总板之间信息的交互，比如点灯信号、公共开入等信号。
在本实施例中，所述间隔板内设置有FPGA（Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）芯片，所述FPGA芯片上设置有若干组交流量采集总线ISA（InstructionSetArchitecture，指令集架构），用于收集交流板采集的电压交流量或电流交流量。
在本实施例中，所述总线还包括用于保证所有间隔的采样同步、等间隔发送和校时的GPS校时总线，所述GPS校时总线由一条汇总板至间隔板的串行总线组成，默认汇总板为校时主机，间隔板为校时从机，汇总板接收GPS校时信号，将自己的中断计数器和当前绝对时间（毫秒、秒、分、时）通过校时总线发给从机，从机接收到校时信号后调整自己相应的计数器，此过程完全由硬件实现。
在本实施例中，所述总线还包括管理总线，所述管理总线由每个间隔板的CPU上的网口及汇总板上的交换芯片通过以太网连接而成，如图4所示，每个间隔板及汇总板内皆设置有P1020网口，所述汇总板的CPU型号为88E6060。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，包括：汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板和电流互感器板，所述汇总板与间隔板之间通过总线连接，其中，
所述汇总板还与电压互感器板连接，并将电压互感器板采集到的交流电压模拟信号转换为电压数字信号，将所述电压数字信号转换为SV数字量；
所述单元板与电流互感器板连接，将电流互感器板采集到交流电流模拟信号转换为电流数字信号；所述单元板还用于采集变电站的间隔开入；
所述间隔板与所述单元板连接，并将所述电流数字信号转换为SV数字量，将所述间隔开入转换为GOOSE信号；将所述GOOSE信号传送至变电站数字化主机，并从所述数字化主机接收GOOSE指令作为间隔开出以控制所述单元板。
2.根据权利要求1所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，还包括光耦板和背板，所述光耦板用于将公共开入信号通过背板发送至汇总板。
3.根据权利要求2所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，还包括灯板和电源板，所述灯板用于汇总点灯信号，所述电源板用于给系统供电。
4.根据权利要求3所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，还包括用于安装背板的机框，所述机框上还设置有插槽，所述插槽用于安装汇总板、间隔板、单元板、电压互感器板、电流互感器板、光耦版、灯板和电源板，所述机框由上、中、下三层板件构成。
5.根据权利要求1所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，所述间隔板与所述汇总板皆通过光口与所述变电站数字化主机连接。
6.根据权利要求1所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，所述电压互感器板与所述电流互感器板皆通过哈丁端子与外部交流采样线连接。
7.根据权利要求1所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，所述单元板通过哈丁端子与间隔开入节点及间隔开出节点连接。
8.根据权利要求1所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，所述总线包括用于信息交互的I/O总线，所述I/O总线由两条单向传输的串行总线组成，其中，一条串行总线由汇总板至间隔板，另一条串行总线由间隔板至汇总板。
9.根据权利要求8所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，所述总线还包括用于保证所有间隔的采样同步、等间隔发送和校时的GPS校时总线，所述GPS校时总线由一条汇总板至间隔板的串行总线组成。
10.根据权利要求8或9所述的一种过程层设备数据采集及控制系统，其特征在于，所述总线还包括管理总线，所述管理总线由每个间隔板的CPU上的网口及汇总板上的交换芯片通过以太网连接而成。
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