CN107069959A - 一种智能变电站交直流电源在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能变电站交直流电源在线监测系统。所述智能变电站交直流电源在线监测系统包含过程层、间隔层和站控层。所述过程层包括蓄电池模块、交流母线模块、交流馈线模块、直流母线模块、直流馈线模块、逆变单元和DC/DC通信电源模块，各模块均由监测终端及对应的子IED构成，位于系统最底端，且各模块相互独立，互不影响。各模块监测终端采集数据后，上送至对应的子IED，子IED可对数据进行分析并上传至间隔层。所述间隔层为主IED，用于汇集交直流电源在线监测数据信息，接收数据后可进行存储和显示，在发现故障信息后及时发出报警，并上传至站控层的监控中心。各层之间按照IEC61850通信规约通过以太网进行通信。本发明能够实现对智能变电站交直流电源的全面在线监测，并将监测结果上传至间隔层，在电源运行出现异常参数时主IED会发出报警，将故障信息上报站控层，整个过程更加快速、高效，避免了交直流电源故障影响变电站运行。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种智能变电站交直流电源在线监测系统。
背景技术
智能变电站以先进、可靠、集成和环保的智能设备为基础，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，能够自动完成信息采集、测量、控制和保护等多项任务，是未来变电站技术发展的必然方向之一。站用交直流电源为变电站自动化设备提供运行所需的电能，是变电站可靠运行的基本保障。随着智能变电站的发展，对站用交直流电源的要求也越来越高，传统的交直流电源已无法满足其需要。
智能站用交直流一体化电源系统适应了智能变电站的发展方向，将站用交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统和通信电源系统统一设计、监控、生产、调试和服务，实现了站用电源安全化、网络化和智能化，对智能变电站的正常运行起着非常重要的作用。智能站用交直流一体化电源系统是智能变电站设备正常工作的前提，一旦其发生故障，将直接或间接影响变电站供电系统的安全、可靠运行，严重时会造成大范围事故。因此，对交直流电源进行在线监测是十分必要的。
目前，对于智能变电站交直流电源在线诊断与检修分析的研究是在总结近几年直流电源在线监测技术的基础上进行的。国内已有专家学者进行了部分变电站交直流系统在线监测方面的尝试和探索，但仍然存在监测信息不全面等问题。
发明内容
为了更加全面、有效地对智能变电站交直流电源进行在线监测，本发明提供了一种智能变电站交直流电源在线监测系统。
本发明提供的智能变电站交直流电源在线监测系统可以实现对交直流电源的全面、实时在线监测，在电源系统运行出现异常时，可发出故障报警并将故障信息上传至站控层。过程层包括蓄电池模块、交流母线模块、交流馈线模块、直流母线模块、直流馈线模块、逆变单元和DC/DC通信电源模块，每个模块由监测终端及对应的子IED（IntelligentElectronic Device，IED）组成，各模块相互独立。间隔层为主IED，负责汇集过程层上传的交直流电源数据，进行存储和显示，并在电源运行出现异常时发出报警，将故障信息上传至站控层的监控中心。
硬件部分：所述过程层监测终端由参数采集单元及单片机两部分组成。
所述参数采集单元负责采集电源运行参数，其中蓄电池参数采集单元需要采集蓄电池单体电压、组电压、充/放电电流、内阻及温度，选用了LEM Sentinel传感器和DHR200C420型号的电流传感器；其余各模块的参数采集单元主要采集相应的电压、电流，其中交流电压、交流电流、直流电压和直流电流的采集分别由北京世特美测控技术有限公司的交流电压变送器TI3A_V_V2、交流电流变送器TA2A_C_V、直流电压变送器TB1D_V_V4以及直流电流变送器TEID_C_V完成。
所述监测终端单片机选用宏晶STC系列单片机STC15F2K60S2，用于接收参数采集单元采集的数据，并上传至对应的子IED。
所述过程层子IED选用了三星公司16/32位RISC微处理器S3C2440A，用于接收监测终端单片机上传的数据信息，并对数据进行处理和判断。当发现电源运行异常时，优先将故障数据上传至间隔层主IED。由于S3C2440A可直接接收TTL电平，因此无需转换电路即可实现与监测终端单片机的数据传输。
所述间隔层主IED负责汇集各模块IED上传的数据，对数据进行存储、显示和报警，并完成与过程层和站控层之间的通信，主IED选用了ARM+DSP的处理器结构。ARM处理器采用三星公司16/32位RISC微处理器S3C2440A，该芯片提供了以太网接口以及RS-485接口，可用于与站控层和内部DSP进行通信。DSP选用TI公司的2000系列TMS320F28335芯片，可读取过程层上传的数据，并发送至ARM处理器。
所述过程层与间隔层、间隔层与站控层之间的通信方式均采用了以太网，以太网通信模块选用工业级以太网控制器DM9000。
所述显示模块采用LCD1602字符型液晶，可用于显示交直流电源运行的实时信息。
所述存储扩展模块采用24AA512 型串行E2PROM，用于扩展主IED内存空间。
所述报警模块采用有源蜂鸣器，经9013射极放大电路驱动蜂鸣器进行报警。
软件部分：根据模块化、结构化的设计思想，分别设计主IED和子IED的程序，便于日后程序和各种功能模块的扩展和移植。主IED程序可以实现对智能变电站交直流电源的在线监测，实时显示电源运行状态信息，存储并分析相应数据。在电源运行出现异常时，发出告警信号。同时，可通过调用以太网通信子程序实现数据的上传。该部分包括通信子程序、数据显示及报警子程序等。各子IED程序可以对相应参数信息进行处理，通过以太网通信子程序将数据打包上传至主IED。该部分包括参数采集子程序、数据处理子程序和通信子程序等。
附图说明
图1 是本发明一种智能变电站交直流电源在线监测系统的系统结构图。
图2 是本发明一种智能变电站交直流电源在线监测系统的主IED工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1所示为一种智能变电站交直流电源在线监测系统的系统结构图，其特征在于包含过程层、间隔层和站控层。
所述过程层位于系统最底层，包含蓄电池模块、交流母线模块、交流馈线模块、直流母线模块、直流馈线模块、逆变单元和DC/DC通信电源模块，各模块由监测终端及对应的子IED组成。过程层各模块相互独立，便于管理。
所述监测终端包含参数采集单元及单片机。其中蓄电池参数采集单元负责采集蓄电池单体电压、组电压、充/放电电流、内阻及温度，其余模块参数采集单元主要采集交直流母线电压、交流进线及馈线的电压和电流。监测终端中的单片机可定时读取参数采集单元的数据，并发送至对应的子IED。
所述过程层子IED采用了ARM处理器，可直接接收单片机输出的TTL电平。子IED接收数据后，进行越限处理，并等待间隔层下发的数据上传指令。若发现存在异常数据，可立即上传故障信息。
所述间隔层主IED采用ARM+DSP的双CPU结构，S3C2440A型的ARM处理器和TMS320F28335型的DSP处理器可以准确地接收站控层监控中心下发的数据上传命令并及时下发给过程层子IED，并将过程层子IED上传的数据及时上传到站控层。其中DSP接收过程层子IED上传的状态监测数据后，需要对这些状态量进行建模运算处理，将数据通过SPI通信发送到ARM处理器。ARM处理器与DSP处理器进行内部通信，接收交直流电源运行参数信息并进行显示、存储和判断。若发现上传数据为故障信息，则启动报警电路，发出声音报警，然后通过以太网将故障信息上传至监控中心。
图2所示为所述一种智能变电站交直流电源在线监测系统主IED工作流程图。系统上电运行后，先进行初始化，然后需要判断是否需要重置参数。在参数设置完毕后，主IED下发数据上传指令，并调用以太网通信子程序，完成数据上传过程后，主IED 将对接收到的数据进行存储和显示，并判断是否出现运行异常，若发现交直流电源出现运行故障则发出报警信号，并调用以太网通讯子程序上传电源运行信息至站控层监控中心，上传任务完成后返回显示当前电源运行状态，等待下一次上传指令。若电源运行情况正常，则主IED 需要等待站控层下发的数据上传指令，方可上传数据。
本发明采用分布、分层式设计方式，将智能变电站交直流电源在线监测系统划分为过程层、间隔层和站控层，能够实现对交直流电源的全面、实时、有效的在线监测。一旦电源运行出现故障，可以及时上传信息，解决故障，避免造成变电站运行事故。软件部分采用模块化、结构化的设计，便于进行各模块功能的扩展。
Claims (10)
1.一种智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述的交直流电源在线监测系统由过程层、间隔层和站控层构成；过程层包括蓄电池模块、交流母线模块、交流馈线模块、直流母线模块、直流馈线模块、逆变单元和DC/DC通信电源模块，各模块包含监测终端及对应的监测子IED，且模块之间相互独立，互不影响；间隔层为主IED，主IED在接收数据后可通过LCD显示模块显示电源状态，并对其进行存储，在发现故障信息后启动报警电路，并进行数据上传；站控层为监控中心；各层之间按照IEC61850通信规约通过以太网进行通信。
2.根据权利要求1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述过程层的各模块监测终端包含单片机及参数采集单元。
3.根据权利要求2所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述的单片机采用宏晶STC系列单片机STC15F2K60S2。
4.根据权利要求2所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述的蓄电池参数采集单元采用LEM Sentinel传感器和DHR200C420型号的电流传感器；其余参数采集单元中的交流量以及直流量分别采用北京世特美测控技术有限公司的交流电压变送器TI3A_V_V2、交流电流变送器TA2A_C_V、直流电压变送器TB1D_V_V4以及直流电流变送器TEID_C_V。
5.根据权利要求1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述过程层的子IED采用三星公司16/32位RISC微处理器S3C2440A。
6.根据权利要求1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述间隔层主IED采用ARM+DSP的结构，ARM处理器采用三星公司16/32位RISC微处理器S3C2440A，DSP选用TI公司的2000系列TMS320F28335芯片。
7.根据权利1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述过程层与间隔层、间隔层与站控层之间的以太网通信模块均采用工业级以太网控制器DM9000。
8.根据权利1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述液晶显示屏选用LCD1602字符型液晶。
9.根据权利1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述扩展RAM部分选用Microchip Technology 公司生产的 24AA512 型串行E2PROM。
10.根据权利1所述的智能变电站交直流电源在线监测系统，其特征在于：所述报警电路采用9013射极放大电路驱动蜂鸣器。
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Application publication date: 20170818 |