CN108512311A - 一种智能变电站间隔层设备集群测控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，包括：两套板卡配置完全相同、互为备用的测控子设备，每套测控子设备的板卡配置均包括：电源板、具备SV/GOOSE接收接口和GOOSE发送接口的过程层接口板、开入板、主处理板，每套测控子设备的电源板、过程层接口板、开入板分别与主处理板电连接。本发明用集群测控装置代替现有的测控装置后，大幅减少了间隔层测控装置的数量、降低了监控系统的安装调试和运行维护成本，解决了现有监控系统中无单独备用测控装置的突出问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地涉及一种智能变电站间隔层设备集群测控装置。
背景技术
目前，智能变电站建设普遍采用“三层设备、两层网络”的模式，即过程层设备、间隔层设备、站控层设备以及过程层网络、站控层网络。已经建成的智能变电站虽然在设备、建设与运维管理方面取得了较大进展，但由于监控系统功能分散，站内信息网络比较复杂，既增加了设备投资、又降低了变电站的可靠性。智能变电站建设理念、技术创新、专业管理等方面仍存在问题，有待于进一步解决。
现阶段的智能变电站监控采用面向间隔层的配置方式；站控层设备种类多，功能设置分散，信息交互复杂，功能应用效率低，运行可靠性低；间隔层设备数量多，功能单一，无冗余备用，一旦发生故障后设备信息采集功能失效，造成实时数据不全；全站缺乏有效的运行监视和维护工具，对变电站设备巡视、现场操作、维护业务等支撑不够，现场运行维护人员无法及时监视和解决故障。目前智能变电站自动化系统中存在的主要技术问题是：按间隔层配置测控装置的方案导致所需测控装置数量庞大，建设成本高，维护量大；测控装置无备用，一旦测控装置损坏，变电站自动化系统将无法正常工作。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种新型智能变电站间隔层设备集群测控装置，采用两层设备(站控层设备和间隔层设备，省去了过程层设备)、一级网络(将之前的过程层网络和站控层网络合二为一)的体系结构，达到简化网络和便于功能整合的目的。从设备布置和功能整合两个层次对智能变电站进行优化，达到减化间隔层设备测控装置配置的目的，以使间隔层设备在更高层次上实现信息共享、融合和互动。一方面通过监控系统功能优化整合，减化间隔层设备的配置，理清专业之间功能交叉界面，掌握现行各种标准、规范的符合性，便于更好地进行运行维护管理；另一方面，整理出智能变电站二次系统信息流的交互主线，在此基础上实现网络化信息共享、融合和互动等。本发明采用的技术方案如下：
一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，包括：两套板卡配置完全相同、互为备用的测控子设备，每套测控子设备均可独立运行、实现完整的间隔层设备集群测控功能；每套测控子设备的板卡配置均包括：电源板、具备SV/GOOSE接收接口和GOOSE发送接口的过程层接口板、开入板、主处理板，每套测控子设备的电源板、过程层接口板、开入板分别与主处理板电连接、实现数据交互和测控管理。开入板接入二进制开关量输入信号、传到主处理板，并由主处理板将其转换为GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)信息，向变电站内其他智能电子设备转发。
本发明用集群测控装置代替现有的测控装置后，大幅减少了间隔层测控装置的数量、降低了监控系统的安装调试和运行维护成本，解决了现有监控系统中无单独备用测控装置的突出问题。
优选地，所述的主处理板采用36核64位、可运行嵌入式Linux操作系统的处理器，每个核上均可独立完成单间隔的测控功能，主处理板对内接收从过程层接口板传输来的SV(Sampled Values，采样值)、GOOSE信息，并分配给各间隔对应的内核，完成对应间隔的测量和控制功能。主处理板还具有MMS以太网接口、GPS对时接口，通过MMS接口，集群测控装置与变电站站控层设备交互，将间隔层测控信息通过站控层设备发送至调度中心，并接收调度中心发来的远方遥控命令；GPS对时接口，可以接收IRIG-B码或秒脉冲对时信号，通过GPS对时实现带绝对时标的测控数据的处理能力。
优选地，每套测控子设备的电源板、过程层接口板、开入板均通过一块连接母板分别与主处理板电连接，所述的连接母板提供各板卡间的数据线、控制线和电源线连接。采用连接母板实现电连接可缩短电源和信号连线长度，增加测控设备的抗干扰能力。
优选地，所述的SV/GOOSE接收接口和GOOSE发送接口均为以太网接口。过程层接口板通过SV接口接收本变电站内各间隔合并单元采集和发送到过程层网络上的SV信息；通过GOOSE接口接收本变电站内所有智能终端和其他智能电子设备发送到过程层网络上的GOOSE信息；还通过GOOSE发送接口发送遥控命令到对应的智能终端。过程层接口板还通过母板上的内部总线，将SV和GOOSE信息转发到主处理板。
优选地，所述的两套板卡配置完全相同的测控子设备集成安装在一个机箱中。集成在一个机箱中的两套测控子设备可以实现独立冗余备份，一套设备出现硬件故障，可由另外一套设备实现测控功能的无缝切换；相比于分布于多台机箱中实现的冗余备用方案，可以减小设备体积和屏柜占地面积，方便运行管理。
本发明的有益效果：
(1)将智能变电站中原本按各间隔独立配置的测控装置由1台集群测控装置代替，为提高可靠性另配置1台完全相同的冗余备份装置，大幅减少了间隔层测控装置的数量；
(2)对外完全采用了符合IEC61850标准的SV和GOOSE接口，提高了测控装置输入、输出的互操作性，可以接入不同厂家的合并单元、智能终端等设备；
(3)智能变电站监控系统采用集群测控装置后，大幅减少工程实施过程中的调试工作量以及后期维护工作量，降低智能变电站自动化系统的建设、维护成本；
(4)从变电站全局角度，对监控系统进行软硬件的整合及优化，对变电站内二次系统进行统筹优化配置，减少设备和功能上的重复，有效减少间隔层设备数量以及设备布置所需的建筑面积，简化变电站内部结构，提供运行效率；
(5)优化数据的网络化采集方式，简化网络结构，有效降低交换机使用数量；通过标准化设计根据业务和管理需求实现设备、网络和系统的合理衔接，达到长寿命周期内总体性价比最优，充分满足大建设、大运行、大检修的要求。
附图说明
图1是本发明的板卡布置图；
图2是本发明的硬件结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。
如图1所示，是本发明的板卡布置图。在一个机箱中，集成安装了两套板卡配置完全相同的测控子设备，两套测控子设备之间形成相互备用的技术方案。每套测控子设备的板卡配置均包括：电源板、具备SV/GOOSE接收接口和GOOSE发送接口(上述的接口均为以太网接口)的过程层接口板、开入板、主处理板，每套测控子设备的电源板、过程层接口板、开入板均通过一块连接母板分别与主处理板电连接。板卡布置中还可以预留出空位置和扩展备用位置，其中的空位置留作主处理板散热的空间，扩展备用位置留作在开入较多的应用场合增加开入板。
如图2所示，是本发明的硬件结构示意框图。主处理板是集群测控装置的核心，在本实施例中，主处理板采用了Tilera64公司的64位众核处理器TILE-Gx8036，该处理器具有36核，具有超强的处理能力，采用嵌入式Linux作为操作系统，每个核上独立完成单间隔的测控功能，整个主处理板完全可以满足智能变电站全站的测控功能需求。主处理板对内通过连接母板接收从过程层接口板传输来的SV、GOOSE信息，并分配给各间隔对应的内核，完成对应间隔的测量和控制功能。主处理板还具有4个MMS以太网接口，通过MMS接口，集群测控装置与变电站站控层设备交互，将间隔层测控信息通过站控层设备发送至调度中心，并接收调度中心发来的远方遥控命令。主处理板具有GPS对时接口，可以接收IRIG-B码或秒脉冲对时信号，通过GPS对时，实现带绝对时标的测控数据处理能力。TILE-Gx 8036处理器的FLASH用作程序存储器和测控参数存储器；DDR用作程序运行内存；FPGA用作片选逻辑和定时器、计时器等辅助功能。
电源板的电源模块为测控子设备提供供电电源，输入为外接的220V直流或交流电源，输出为24V、15V和5V直流电源，各路直流电源通过连接母板的电源线连接到其他各板卡。开入板的开入模块接入二进制开关量输入信号、传到主处理板，并由主处理板将其转换为GOOSE信息，向变电站内其他智能电子设备转发。过程层接口板的以太网交换模块通过SV接口/GOOSE接口实现信息交互。
Claims (6)
1.一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，其特征在于，包括：两套板卡配置完全相同、互为备用的测控子设备，每套测控子设备的板卡配置均包括：电源板、具备SV/GOOSE接收接口和GOOSE发送接口的过程层接口板、开入板、主处理板，每套测控子设备的电源板、过程层接口板、开入板分别与主处理板电连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，其特征在于，所述的主处理板采用36核64位、可运行嵌入式Linux操作系统的处理器。
3.根据权利要求2所述的一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，其特征在于，所述的主处理板还具有MMS以太网接口、GPS对时接口。
4.根据权利要求3所述的一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，其特征在于，每套测控子设备的电源板、过程层接口板、开入板均通过一块连接母板分别与主处理板电连接，所述的连接母板提供各板卡间的数据线、控制线和电源线连接。
5.根据权利要求4所述的一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，其特征在于，所述的SV/GOOSE接收接口和GOOSE发送接口均为以太网接口。
6.根据权利要求1－5任一项所述的一种智能变电站间隔层设备集群测控装置，其特征在于，所述的两套板卡配置完全相同的测控子设备集成安装在一个机箱中。
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