CN109557392A - 一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统 - Google Patents

一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，用于电力二次设备的监视，其特征在于，包括采集模块、管理单元模块和在线分析监视模块三部分组成，所述采集模块包括模拟量采集模块、SV/GOOSE采集模块、FT3采集模块和MMS采集模块；管理单元模块包括CPU、硬盘、内存和光电B码接口，所述CPU分别与硬盘、内存和光电B码接口电连接，所述在线分析监视模块，主要实现模拟信号与数字信号的采集与分析、故障判定与录波启动、以及采样数据的压缩与存储。

Description

一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统
技术领域
本发明属于智能变电站技术领域，具体属于一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统。
背景技术
故障录波装置是智能变电站二次设备监视的重要设备，具备网络报文分析和全景化录波分析功能[1-5]，为运维人员分析故障原因提供了依据。目前录波装置多为嵌入式微机系统，结构复杂，无法应用到智能变电站的二次系统现场的调试、检测和维护工作，且智能化变电站中数字化传输技术替代了常规的模拟量传输，需要对模拟数据混合信号进行采集与故障录波技术的研究。
因此本文提出了一种便携式故障录波检测系统设计方案，支持基于IEC61850、IEC60044-8的新一代智能变电站，实现模拟数据采集、灵活的数据存储和计算以及故障录波和分析功能。
参考文献
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发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种实现模拟数据采集、灵活的数据存储和计算以及故障录波功能的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统。本发明的技术方案如下：
一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，用于电力二次设备的监视，其包括采集模块、管理单元模块和在线分析监视模块三部分组成，所述采集模块包括模拟量采集模块、SV/GOOSE采集模块、FT3采集模块和MMS采集模块；模拟量采集模块：主要用于采集8个交流电压、8个交流电流、6路直流电压、2路直流电压/电流复用电路以及16路开关量；SV/GOOSE信号采集模块：提供了4对ST收发口和4个SFP模块，接收过程层发送的SV报文和GOOSE报文，FPGA打包后通过内部高速总线发送到管理单元；FT3信号采集模块：提供了8路ST单收口，接收FT3信号，FPGA打包后通过内部总线送到管理单元；MMS信号采集模块：提供2个RJ45电口接收来自站控层的MMS信号；
管理单元模块包括CPU、硬盘、内存和光电B码接口，所述CPU分别与硬盘、内存和光电B码接口电连接，硬盘用于存取文件，内存用于存储临时计算数据，光电B码接口用于采集数据；CPU接收并处理来自采集模块的原始报文，处理好后通过以太网传给在线分析监视软件；
所述在线分析监视模块，主要实现模拟信号与数字信号的采集与分析、故障判定与录波启动、以及采样数据的压缩与存储，还用于提供人机对话界面并进行所录波形展示。
优选的，所述模拟量采集模块采用并行采样，将被采样信号同时接入两个完全一样的采样电路，这两个采样电路采样频率为要求频的一半。第一个采样电路在第一个时钟上升沿采样，第二个采样电路在第二个时钟下降沿采样。
优选的，所示第二个时钟要比第一个时钟延迟180°，两组系统采样结果合起来的采样频率为所需频率。
优选的，所述模拟量采集模块将24路模拟量以8个为一组，同时接入2片AD上，一共需要6片AD芯片，通过对时钟的控制即能达到500kHz的同步实时采样。FPGA将采样数据打包并发送给管理单元。
优选的，所述CPU是高性能的64位MIPS64架构的四核十六线程网络处理器，基于嵌入式实时Linux内核和其专用内核，
优选的，所述四核十六线程网络处理器，其中两个核用来接收FPGA传来的数据包。收到的报文分为五类：SV报文、GOOSE报文、1588报文、MMS报文和其它报文，对报文进行实时分析、压缩，并提取要记录的数据；另外一个核用来进行故障录波，首先计算提取的波形，并根据DL/T 553-2013《电力系统动态记录装置通用技术条件》中的开始条件判断是否启动录波，然后根据判断结果来启动故障录波，最后一个核用来进行数据存储、分析、转换和远传。
优选的，所述管理单元模块还包括数据压缩模块，采用硬件无损压缩技术，采用LZ77和Huffman编码结合的算法，速率高达2.5Gbps，格式符合ZLIB/Deflate/GZIP(RFC1950/1/2)标准。
优选的，所述在线分析监视模块具体包括：
报文分析模块：报文分析模块实现接收和分析网络报文的功能，包括报文流量的统计、均匀性分析、丢包异常事件的告警，支持SV、GOOSE、FT3协议；
信号采样与样点同步模块：首先将解析出的采样点数据存入相应的模拟量通道，并根据MU的延迟参数给不同通道的采样点数据进行同步；同时从内部总线将A/D模块采集到的500kHz样点数据读入内存；
数据分析与录波启动模块：首先分析和计算模拟量通道的样点数据，包括有效值、序分量；并根据定值配置进行故障判定，故障判定还包括开关量通道、手动与远方启动；判定为故障启动后，模块将采样点数据按照周波进行分段，并开始将样点数据记录为故障文件；
数据压缩与存储模块：数据压缩与存储模块将故障文件和报文数据通过硬件压缩引擎将数据进行压缩，然后写入装置中的硬盘中；并管理硬盘中的数据，实现循环覆盖功能；
后台通信与数据远传模块：后台通信与数据远程传输模块利用后台分析软件实现网络交互功能。实现硬盘数据的检索、数据的读取与传输、配置参数的传输。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明提出了一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，实现了模拟通道多通道同步和高速采样，多协议接入，能够满足不同应用场景下网络和录波分析的实际需求，为现场就地报文及故障录波数据采集提供了装置。目前已完成样机的研制开发以及内部测试工作，完成了常规模拟信号、数字量信号分析、处理、实时同步显示技术研究并且采样率达到500kHz。
本发明的创新点在于：1、构建报文数据与电气量录波数据的综合分析平台，对报文数据及电气量进行相关性分析，实现对智能变电站故障的综合检测既能将大量的报文数据准确地解析，又给用户提供良好的用户体验；2、针对网络报文数据量大，报文种类多的特点，研发了基于内存池技术的快速报文分析处理引擎。可高效分析处理SV报文、GOOSE报文、PTP1588报文、MMS报文以及其他各种类型的报文，并能清晰地展示报文解析结果。3、通过自主研发的硬盘间并行均衡存储管理软件(Inter-Disk Parallel and Balanced StorageManagement Software，简称ITDPBSMS)和硬盘内均衡存储管理软件(Inner-Disk BalancedStorage Management Software，简称INDBSMS)，实现硬盘间并行均衡存储策略和硬盘内均衡存储策略。增强了数据的安全性，同时提高硬盘的使用寿命。4、硬件对网络报文进行预处理，不需要CPU的干预，实现网络报文的自动分类和分发功能。可以集中利用CPU的高速处理能力实现网络数据的实时分析处理，保证了装置整体的网络数据综合处理能力。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统的结构框图；
图2是采集模块的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
如图1所示，一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，用于电力二次设备的监视，其包括采集模块、管理单元模块和在线分析监视模块三部分组成，如图2所示，所述采集模块包括模拟量采集模块、SV/GOOSE采集模块、FT3采集模块和MMS采集模块；模拟量采集模块：主要用于采集8个交流电压、8个交流电流、6路直流电压、2路直流电压/电流复用电路以及16路开关量；SV/GOOSE信号采集模块：提供了4对ST收发口和4个SFP模块，接收过程层发送的SV报文和GOOSE报文，FPGA打包后通过内部高速总线发送到管理单元；FT3信号采集模块：提供了8路ST单收口，接收FT3信号，FPGA打包后通过内部总线送到管理单元；MMS信号采集模块：提供2个RJ45电口接收来自站控层的MMS信号；
管理单元模块包括CPU、硬盘、内存和光电B码接口，所述CPU分别与硬盘、内存和光电B码接口电连接，硬盘用于存取文件，内存用于存储临时计算数据，光电B码接口用于采集数据；CPU接收并处理来自采集模块的原始报文，处理好后通过以太网传给在线分析监视软件；
所述在线分析监视模块，主要实现模拟信号与数字信号的采集与分析、故障判定与录波启动、以及采样数据的压缩与存储，还用于提供人机对话界面并进行所录波形展示。
优选的，所述模拟量采集模块采用并行采样，将被采样信号同时接入两个完全一样的采样电路，这两个采样电路采样频率为要求频的一半。第一个采样电路在第一个时钟上升沿采样，第二个采样电路在第二个时钟下降沿采样。
优选的，所示第二个时钟要比第一个时钟延迟180°，两组系统采样结果合起来的采样频率为所需频率。
优选的，所述模拟量采集模块将24路模拟量以8个为一组，同时接入2片AD上，一共需要6片AD芯片，通过对时钟的控制即能达到500kHz的同步实时采样。FPGA将采样数据打包并发送给管理单元。
优选的，所述CPU是高性能的64位MIPS64架构的四核十六线程网络处理器，基于嵌入式实时Linux内核和其专用内核，
优选的，所述四核十六线程网络处理器，其中两个核用来接收FPGA传来的数据包。收到的报文分为五类：SV报文、GOOSE报文、1588报文、MMS报文和其它报文，对报文进行实时分析、压缩，并提取要记录的数据；另外一个核用来进行故障录波，首先计算提取的波形，并根据DL/T 553-2013《电力系统动态记录装置通用技术条件》中的开始条件判断是否启动录波，然后根据判断结果来启动故障录波，最后一个核用来进行数据存储、分析、转换和远传。
优选的，所述管理单元模块还包括数据压缩模块，采用硬件无损压缩技术，采用LZ77和Huffman编码结合的算法，速率高达2.5Gbps，格式符合ZLIB/Deflate/GZIP(RFC1950/1/2)标准。
优选的，所述在线分析监视模块具体包括：
1)报文分析模块：报文分析模块实现接收和分析网络报文的功能，包括报文流量的统计、均匀性分析、丢包异常事件的告警，支持SV、GOOSE、FT3协议；
2)信号采样与样点同步模块：首先将解析出的采样点数据存入相应的模拟量通道，并根据MU的延迟参数给不同通道的采样点数据进行同步；同时从内部总线将A/D模块采集到的500kHz样点数据读入内存；
3)数据分析与录波启动模块：首先分析和计算模拟量通道的样点数据，包括有效值、序分量；并根据定值配置进行故障判定，故障判定还包括开关量通道、手动与远方启动；判定为故障启动后，模块将采样点数据按照周波进行分段，并开始将样点数据记录为故障文件；
4)数据压缩与存储模块：数据压缩与存储模块将故障文件和报文数据通过硬件压缩引擎将数据进行压缩，然后写入装置中的硬盘中；并管理硬盘中的数据，实现循环覆盖功能；
5)后台通信与数据远传模块：后台通信与数据远程传输模块利用后台分析软件实现网络交互功能。实现硬盘数据的检索、数据的读取与传输、配置参数的传输。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，用于电力二次设备的监视，其特征在于，包括采集模块、管理单元模块和在线分析监视模块三部分组成，所述采集模块包括模拟量采集模块、SV/GOOSE采集模块、FT3采集模块和MMS采集模块；模拟量采集模块：主要用于采集8个交流电压、8个交流电流、6路直流电压、2路直流电压/电流复用电路以及16路开关量；SV/GOOSE信号采集模块：提供了4对ST收发口和4个SFP模块，接收过程层发送的SV报文和GOOSE报文，FPGA打包后通过内部高速总线发送到管理单元；FT3信号采集模块：提供了8路ST单收口，接收FT3信号，FPGA打包后通过内部总线送到管理单元；MMS信号采集模块：提供2个RJ45电口接收来自站控层的MMS信号；
管理单元模块包括CPU、硬盘、内存和光电B码接口，所述CPU分别与硬盘、内存和光电B码接口电连接，硬盘用于存取文件，内存用于存储临时计算数据，光电B码接口用于采集数据；CPU接收并处理来自采集模块的原始报文，处理好后通过以太网传给在线分析监视软件；
所述在线分析监视模块，主要实现模拟信号与数字信号的采集与分析、故障判定与录波启动、以及采样数据的压缩与存储，还用于提供人机对话界面并进行所录波形展示。
2.根据权利要求1所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，其特征在于，所述模拟量采集模块采用并行采样，将被采样信号同时接入两个完全一样的采样电路，这两个采样电路采样频率为要求频的一半。第一个采样电路在第一个时钟上升沿采样，第二个采样电路在第二个时钟下降沿采样。
3.根据权利要求2所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，其特征在于，所示第二个时钟要比第一个时钟延迟180°，两组系统采样结果合起来的采样频率为所需频率。
4.根据权利要求2所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，其特征在于，所述模拟量采集模块将24路模拟量以8个为一组，同时接入2片AD上，一共需要6片AD芯片，通过对时钟的控制即能达到500kHz的同步实时采样。FPGA将采样数据打包并发送给管理单元。
5.根据权利要求1-4之一所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，，其特征在于，所述CPU是高性能的64位MIPS64架构的四核十六线程网络处理器，基于嵌入式实时Linux内核和其专用内核，
6.根据权利要求5所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，其特征在于，所述四核十六线程网络处理器，其中两个核用来接收FPGA传来的数据包。收到的报文分为五类：SV报文、GOOSE报文、1588报文、MMS报文和其它报文，对报文进行实时分析、压缩，并提取要记录的数据；另外一个核用来进行故障录波，首先计算提取的波形，并根据DL/T553-2013《电力系统动态记录装置通用技术条件》中的开始条件判断是否启动录波，然后根据判断结果来启动故障录波，最后一个核用来进行数据存储、分析、转换和远传。
7.根据权利要求1-4之一所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，其特征在于，所述管理单元模块还包括数据压缩模块，采用硬件无损压缩技术，采用LZ77和Huffman编码结合的算法，速率高达2.5Gbps，格式符合ZLIB/Deflate/GZIP(RFC1950/1/2)标准。
8.根据权利要求1-4之一所述的集报文采集、录波分析于一体的便携式录波检测系统，其特征在于，所述在线分析监视模块具体包括：
1)报文分析模块：报文分析模块实现接收和分析网络报文的功能，包括报文流量的统计、均匀性分析、丢包异常事件的告警，支持SV、GOOSE、FT3协议；
2)信号采样与样点同步模块：首先将解析出的采样点数据存入相应的模拟量通道，并根据MU的延迟参数给不同通道的采样点数据进行同步；同时从内部总线将A/D模块采集到的500kHz样点数据读入内存；
3)数据分析与录波启动模块：首先分析和计算模拟量通道的样点数据，包括有效值、序分量；并根据定值配置进行故障判定，故障判定还包括开关量通道、手动与远方启动；判定为故障启动后，模块将采样点数据按照周波进行分段，并开始将样点数据记录为故障文件；
4)数据压缩与存储模块：数据压缩与存储模块将故障文件和报文数据通过硬件压缩引擎将数据进行压缩，然后写入装置中的硬盘中；并管理硬盘中的数据，实现循环覆盖功能；
5)后台通信与数据远传模块：后台通信与数据远程传输模块利用后台分析软件实现网络交互功能，实现硬盘数据的检索、数据的读取与传输、配置参数的传输。
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