CN105337410A - 一种高性能变压器智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能变压器智能控制器，包括以下模块：CPU模块、通信模块、FPGA模块、开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件、报警模块、优化控制保护模块、多媒体人机交互模块和后台，CPU模块分别连接通信模块、FPGA模块、优化控制保护模块和报警模块；FPGA模块分别连接开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件和CPU模块；通信模块分别连接多媒体交互模块和后台。CPU模块与FPGA模块之间采用并行总线通信；CPU模块与通信模块之间采用CAN通信；开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件与FPGA模块采用串行通信。本发明建立变压器在线监测系统，实现在线监测和状态诊断，同时进行优化控制，降低变压器运行成本；实现远程、智能控制，改善变压器运行条件。

Description

一种高性能变压器智能控制器

技术领域

本发明涉及一种变压器智能控制器，具体涉及一种模块化程度高，运行可靠，实现远程、智能控制的高性能变压器智能控制器。

背景技术

随着电网规模的不断扩大和信息化程度越来越高,国家电网公司提出打造“坚强智能电网”的概念。智能变电站是智能电网的重要组成部分。具有自动控制协同控制能力、综合分析能力是变电站智能化的关键,实现设备智能监测、状态检修是智能化变电站的发展方向。

一次设备智能化的主要内容是建立涵盖全站一次设备的在线监测系统。通过一次设备的智能化和在线监测,变人工巡视与定期检修为实时监测和状态检修,不仅可以提高变电站的可靠性,还可以减少维护的工作量,提高效率。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种模块化程度高，运行可靠，实现远程、智能控制的高性能变压器智能控制器。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高性能变压器智能控制器，所述高性能变压器智能控制器包括以下模块：

CPU模块、通信模块、FPGA模块、开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件、报警模块、优化控制保护模块、多媒体人机交互模块和后台，

CPU模块分别连接通信模块、FPGA模块、优化控制保护模块和报警模块；

FPGA模块分别连接开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件和CPU模块；

通信模块分别连接多媒体交互模块和后台。

所述CPU模块与FPGA模块之间采用并行总线通信；所述CPU模块与通信模块之间采用CAN通信；所述开入插件、开出插件、交流测量插件以及直流测量插件与FPGA模块的通信采用串行通信，所述通信模块与报警模块、优化控制保护模块、多媒体交互模块、后台之间均通过电线连接。

在本发明的一个具体实施例子中，所述开入插件、开出插件、交流测量插件以及直流测量插件，其数量为一个或多个。

在本发明的一个具体实施例子中，所述通信模块安装有一路RS485接口，一路RJ45网络接口以及一路与后台连接的光纤接口，通信支持IEC60870-5-101协议、MODBUS协议以及IEC60870-5-104协议。

在本发明的一个具体实施例子中，所述CPU模块将FPGA模块传递过来的数据进行数据处理，尤其是交流测量信号，需要将其采样值进行FFT变换并计算出其有效的电压值、电流值以及功率；CPU模块采用VxWorks实时多任务系统，并与通信模块进行数据交互；CPU模块与优化控制保护模块以及报警模块之间采用VxWorks系统中的消息队列以及邮箱进行通信。

在本发明的一个具体实施例子中，所述通信插件将CPU模块处理好的数据通过串行通信传递给多媒体人机交互模块或者通过网络或者RS485总线传递到后台；通信模块提供一路RS485接口，一路RJ45网口以及一路光纤口与后台通信，通信采用IEC60870-5-101协议、MODBUS协议以及IEC60870-5-104协议；通信模块也采用了VxWorks实时多任务系统，保证了数据通信的实时性。

在本发明的一个具体实施例子中，所述FPGA模块接收到开入插件、开出插件、交流测量插件和直流测量插件这些插件的信号后将其转发给CPU模块1进行处理，实现数据的传入传出。

在本发明的一个具体实施例子中，所述开入插件用于接收本地状态信号并将其传递到FPGA模块；遥信信号通过电缆接入开入插件，通过隔离后传入采集芯片，采集芯片通过串行通信方式将信号如实传递给FPGA模块。

在本发明的一个具体实施例子中，所述开出插件用于发出与变压器智能控制器直接相连的本地遥控信息，其接收从FPGA模块传递来的控制命令，并根据此控制命令来控制板子上的继电器分合，而继电器的输出接点与变压器控制回路连接，通过板上继电器的分合从而控制变压器的投切。

在本发明的一个具体实施例子中，所述交流测量插件用于采集与其相连的本地交流电压或电流信号，其信号通过采样、量化、滤波处理后通过FPGA模块传递到CPU模块进行计算处理。

在本发明的一个具体实施例子中，所述直流测量插件用于采集温度传感器的直流信号，传感器支持电流型、电压型以及RS485通信型传感器；采集到的传感器信号通过FPGA模块传递到CPU模块进行计算处理。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的高性能变压器智能控制器具有以下优点：与现有技术相比，本发明所提供的一种高性能变压器智能控制器，能够通过灵活的软硬件配置，实现对多台变压器进行实时监测和优化控制，其模块化的结构适用范围更广，其通信规约也涵盖了变电站内较为常用的几种规约，其为变压器智能控制提供了一种完美的解决方案。变压器是变电站一次设备的核心，本发明中的一种高性能变压器智能控制器是对变压器主体部分进行智能化改造，建立变压器在线监测系统，实现在线监测和状态诊断，同时进行优化控制，降低变压器运行、检修成本；实现远程、智能控制，改善变压器运行条件。同时为今后变压器智能化改造工作取得经验。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

图1为本发明的整体结构示意图，如图1所示，本发明包括以下模块：CPU模块1、通信模块2、FPGA模块3、开入插件4、开出插件5、交流测量插件6、直流测量插件7、报警模块8、优化控制保护模块9、MMI模块10和后台11，CPU模块1，CPU模块1分别连接通信模块2、FPGA模块3、优化控制保护模块9和报警模块8；FPGA模块3分别连接开入插件4、开出插件5、交流测量插件6、直流测量插件7和CPU模块1；通信模块2分别连接多媒体人机交互模块10和后台11。

CPU模块1与通信模块2之间采用CAN通信；CPU模块1与FPGA模块3之间采用并行总线通信；CPU模块1与优化控制保护模块9以及报警模块8之间采用VxWorks系统中的消息队列以及邮箱进行通信；通信模块2与多媒体人机交互模块10通信采用串行通信；通信模块2与后台采用RS485总线或者网络通信；开入插件4、开出插件5、交流测量插件6以及直流测量插件7与FPGA模块3的通信采用串行通信。开入插件4、开出插件5、交流测量插件6以及直流测量插件7，其数量为一个或多个。通信模块2与后台通信的接口支持一路RS485，一路RJ45网络接口以及一路光纤接口，其中RS485支持的协议为IEC60870-5-101协议或者MODBUS协议，而网口和光口支持IEC60870-5-104协议。

CPU模块1将FPGA模块3传递过来的数据进行数据处理,尤其是交流测量信号，需要将其采样值进行FFT变换并计算出其有效的电压值、电流值以及功率等。CPU模块1采用VxWorks实时多任务系统，并与通信模块2进行数据交互。所述的CPU模块1与通信模块2之间采用CAN通信；CPU模块1与优化控制保护模块9以及报警模块8之间采用VxWorks系统中的消息队列以及邮箱进行通信。

通信插件2将CPU模块1处理好的数据通过串行通信传递给多媒体人机交互模块10或者通过网络或者RS485总线传递到后台11。通信模块2提供一路RS485接口，一路RJ45网口以及一路光纤口与后台11通信，通信采用IEC60870-5-101协议、MODBUS协议以及IEC60870-5-104协议。通信模块2也采用了VxWorks实时多任务系统，保证了数据通信的实时性。

FPGA模块3接收到开入插件、开出插件、交流测量插件和直流测量插件这些插件的信号后将其转发给CPU模块1进行处理，实现数据的传入传出。

开入插件4用于接收本地状态信号并将其传递到FPGA模块3；开关状态等遥信信号通过电缆接入开入插件，通过隔离后传入采集芯片，采集芯片通过串行通信方式将信号如实传递给FPGA模块。

开出插件5用于发出与变压器智能控制器直接相连的本地遥控信息，其接收从FPGA模块3传递来的控制命令，并根据此控制命令来控制板子上的继电器分合，而继电器的输出接点与变压器控制回路连接，通过板上继电器的分合从而控制变压器的投切。

交流测量插件6用于采集与其相连的本地交流电压或电流信号，其信号通过采样、量化、滤波等处理后通过FPGA模块传递到CPU模块进行计算处理。

直流测量插件7用于采集温度传感器等直流信号，传感器支持电流型、电压型以及RS485通信型传感器。采集到的传感器信号通过FPGA模块传递到CPU模块进行计算处理。

报警模块8在CPU模块计算出的数据如果超出了用户设定的报警范围则报警模块置相应的报警信息。

优化控制保护模块9当用户设定变压器智能控制器工作在自动优化模式，则优化控制保护模块9根据用户设定的一些参数对变压器进行优化控制。其中优化控制的参数都是可通过工作人员进行本地或远程的设定。

多媒体人机交互模块10通过串行通信将通信模块2的信息提供给工作人员在液晶显示屏上查看或通过键盘操作。

后台11的PC终端接收变压器智能控制器发出的所有开入、开出量以及交流、直流测量量。

本发明通过对变压器电压、电流、功率等数据的测量，准确反应出变压器的实际功耗情况，从而可根据设定在变压器智能控制器中的优化控制参数来实现对变压器的投切控制。同时也能对变压器的运行状况做实时监测，比如可实时监测变压器的油温，各开关状态等。其中，变压器的电压电流以及功率的测量是通过交流测量插件来实现的；而监测变压器油温是通过直流测量插件来实现的；当开入变位时，开入插件能够实时准确的捕捉到变位信息；而控制变压器的投切则是通过开出插件来最终完成。当站控层后台需要了解变压器的工作状态或者控制其运行，则可以通过通信模块来进行数据交互。

与现有技术相比，本发明所提供的一种高性能变压器智能控制器，能够通过灵活的软硬件配置，实现对多台变压器进行实时监测和优化控制，其模块化的结构适用范围更广，其通信规约也涵盖了变电站内较为常用的几种规约，其为变压器智能控制提供了一种完美的解决方案。

变压器是变电站一次设备的核心，本申请中的一种高性能变压器智能控制器是对变压器主体部分进行智能化改造，建立变压器在线监测系统，实现在线监测和状态诊断，同时进行优化控制，降低变压器运行、检修成本；实现远程、智能控制，改善变压器运行条件。同时为今后变压器智能化改造工作取得经验。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述高性能变压器智能控制器包括以下模块：

CPU模块、通信模块、FPGA模块、开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件、报警模块、优化控制保护模块、多媒体人机交互模块和后台，

CPU模块分别连接通信模块、FPGA模块、优化控制保护模块和报警模块；

FPGA模块分别连接开入插件、开出插件、交流测量插件、直流测量插件和CPU模块；

通信模块分别连接多媒体交互模块和后台；

所述CPU模块与FPGA模块之间采用并行总线通信；所述CPU模块与通信模块之间采用CAN通信；所述开入插件、开出插件、交流测量插件以及直流测量插件与FPGA模块的通信采用串行通信，所述通信模块与报警模块、优化控制保护模块、多媒体交互模块、后台之间均通过电线连接。

2.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述开入插件、开出插件、交流测量插件以及直流测量插件，其数量为一个或多个。

3.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述通信模块安装有一路RS485接口，一路RJ45网络接口以及一路与后台连接的光纤接口，通信支持IEC60870-5-101协议、MODBUS协议以及IEC60870-5-104协议。

4.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述CPU模块将FPGA模块传递过来的数据进行数据处理，尤其是交流测量信号，需要将其采样值进行FFT变换并计算出其有效的电压值、电流值以及功率；CPU模块采用VxWorks实时多任务系统，并与通信模块进行数据交互；CPU模块与优化控制保护模块以及报警模块之间采用VxWorks系统中的消息队列以及邮箱进行通信。

5.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述通信插件将CPU模块处理好的数据通过串行通信传递给多媒体人机交互模块或者通过网络或者RS485总线传递到后台；通信模块提供一路RS485接口，一路RJ45网口以及一路光纤口与后台通信，通信采用IEC60870-5-101协议、MODBUS协议以及IEC60870-5-104协议；通信模块也采用了VxWorks实时多任务系统，保证了数据通信的实时性。

6.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述FPGA模块接收到开入插件、开出插件、交流测量插件和直流测量插件这些插件的信号后将其转发给CPU模块1进行处理，实现数据的传入传出。

7.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述开入插件用于接收本地状态信号并将其传递到FPGA模块；遥信信号通过电缆接入开入插件，通过隔离后传入采集芯片，采集芯片通过串行通信方式将信号如实传递给FPGA模块。

8.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述开出插件用于发出与变压器智能控制器直接相连的本地遥控信息，其接收从FPGA模块传递来的控制命令，并根据此控制命令来控制板子上的继电器分合，而继电器的输出接点与变压器控制回路连接，通过板上继电器的分合从而控制变压器的投切。

9.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述交流测量插件用于采集与其相连的本地交流电压或电流信号，其信号通过采样、量化、滤波处理后通过FPGA模块传递到CPU模块进行计算处理。

10.根据权利要求1所述的高性能变压器智能控制器，其特征在于：所述直流测量插件用于采集温度传感器的直流信号，传感器支持电流型、电压型以及RS485通信型传感器；采集到的传感器信号通过FPGA模块传递到CPU模块进行计算处理。