CN109672268A - 一种高压直流断路器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压直流断路器控制系统，包括站监控系统，通讯管理板、DSP核心板，模拟量采集单元，通讯单元；站监控系统能监控直流断路器，并提供人机界面显示实时状态；通讯管理板，能够与站监控系统采用IEC61850通讯规约进行数据交换，用于实现B码对时，数据编辑、存储报告和对人机界面管理；DSP核心板，能够实现通讯管理板的通讯，且包括多个通讯接口；模拟量采集电路板，实现对断路器模拟量信息的转换和采集功能，并将采集数据通过A/D转换传输给DSP核心板；通讯管理板与DSP核心板相连，并采用MODBUS规约，目的在于提供一种高压直流断路器控制系统的控制系统，具有控制断路器的分合闸操作、模拟量和开关量的实时采集，并且集多种通讯协议为一体。
Description
技术领域
本发明涉及电力控制及保护领域，尤其涉及一种高压直流断路器的控制系统。
背景技术
目前，随着电力电子器件和控制技术的进步，直流输电技术及直流电网应用越来越广泛。
高直流断路器控制系统是高压直流断路器配套的智能控制设备，具有接收直流控制保护器的控制命令，与站监控系统通信等功能。
随着电力系统控制技术的智能化发展，许多断路器保护设备的智能化程度越来越高，但是始终与断路器分开，为一种组合使用设备，很少有智能控制设备将控制系统和断路器集成，而使得断路器本身智能化，如今，智能控制设备使实现现代智能化的重要设备及发展趋势。
发明内容
本发明目的在于提供一种高压直流断路器控制系统的控制系统，具有控制断路器的分合闸操作、模拟量和开关量的实时采集，并且集多种通讯协议为一体。
为了达到上述目的，本发明的技术方案有：
一种高压直流断路器控制系统，包括站监控系统，通讯管理板、DSP核心板，模拟量采集单元，通讯单元；
所述站监控系统，能监控直流断路器，并提供人机界面显示实时状态；
所述通讯管理板，能够与站监控系统采用IEC61850通讯规约进行数据交换，用于实现 B码对时，数据编辑，存储报告和对人机界面管理；
所述DSP核心板，能够实现通讯管理板的通讯，且包括多个通讯接口；
所述模拟量采集电路板，实现对断路器模拟量信息的转换和采集功能，并将采集数据通过A/D转换传输给DSP核心板；
所述通讯管理板与DSP核心板相连，并采用MODBUS规约。
进一步的，还包括开入开出量电路板，所述开入开出量电路板包括开入量电路板和开出量电路板，通过直流断路器输入的开入信号经过光电隔离处理进入开入量电源板，所述开出量电路板发出的开出信号经过ST多模光纤隔离处理发送至直流断路器。
进一步的，所述开入量电路板用于采集包括断路器位置、断路器的位置以及断路器本体的状态信号。
进一步的，所述开出量电路板与直流断路器的开关节点相连，用于采集断路器位置信号及辅助输入断路器的分合闸信号，并将该信号传递给DSP核心板。
进一步的，还包括电源板，所述电源板的输入范围为88VDC～264VDC。
进一步的，所述通讯接口包括对上接口和对下接口，所述对上接口包括与直流控制保护系统接口、与合并单元接口、与GPS对时系统接口和与站监控系统接口，所述对下接口包括与模拟量采集电路板接口和与断路器执行机构接口。
进一步的，所述DSP核心板通过ST光纤连接有直流控制保护系统和合并单元，所述直流控制保护系统与DSP核心板通过60044-8/FT3进行规约，且用于断路器分合闸位置及告警状态监测，所述合并单元用于采集直流控制系统中的线路电流和线路电压。
进一步的，所述与直流控制保护系统接口用于接收站级直流控制保护系统的断路器分合闸控制并下发到断路器的执行机构，所述与直流控制保护系统接口包括至少四对冗余接口。
进一步的，所述与模拟量采集电路板接口上安装有电流传感器，通过安装的电流传感器采集相应的电流，用于断路器运行状态监测。
进一步的，所述与断路器执行机构的接口与直流断路器的执行机构连接，通过经过光电隔离处理的输入信号对直流断路器的执行机构的状态及直流断路器的辅助触点的位置进行监测。
本发明的一种高压直流断路器控制系统，其有益效果在于：
1、整个系统分模块设计，且通过站监控系统与通讯管理板及DSP核心板进行通讯，使其具有全面的状态监测功能，且通讯管理板与DSP核心板通过MODBUS协议规约，方便其他模块部署，及便于用户布局和使用；
2、具有全面的状态监测功能，监测对象包括直流断路器的分合闸位置、状态监测信息、模拟量信息和开关量信息等；
3、直流控制保护系统与DSP核心板通过专用的60044-8/FT3接口接收来自直流控制保护的控制命令并下发到直流断路器的执行机构，避免执行紊乱而导致系统故障，且维护方便；
4、通讯管理板将采集直流断路器的模拟量信息，开关量等信息并通过IEC61850规约上送至站监控系统，能使通讯管理板与站监控系统实现高速的互操作通讯反馈。
附图说明
图1为直流断路器控制系统的电路及接口框图；
图2为直流断路器控制系统的组成装置安装结构图；
图3为通讯管理板的接口端子示意图；
图4为DSP核心板的接口端子示意图；
图5为开入量板的接口端子示意图；
图6为模拟量采集电路板的接口端子示意图；
图7为电源板的接口端子示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的一种高压直流断路器控制系统。
如图1所示，一种高压直流断路器控制系统，包括站监控系统，通讯管理板、DSP核心板，模拟量采集单元，通讯单元；
所述站监控系统，能监控直流断路器，并提供人机界面显示实时状态；
所述通讯管理板，能够与站监控系统采用IEC61850通讯规约进行数据交换，用于实现 B码对时，数据编辑，存储报告和对人机界面管理；
所述DSP核心板，能够实现通讯管理板的通讯，且包括多个通讯接口；
所述模拟量采集电路板，实现对断路器模拟量信息的转换和采集功能，并将采集数据通过A/D转换传输给DSP核心板；
所述通讯管理板与DSP核心板相连，并采用MODBUS规约。
作为本发明的一种优选的实施例：
进一步的，还包括开入开出量电路板，所述开入开出量电路板包括开入量电路板和开出量电路板，通过直流断路器输入的开入信号经过光电隔离处理进入开入量电路板，所述开出量电路板发出的开出信号经过ST多模光纤隔离处理发送至直流断路器。
进一步的，所述开入量电路板用于采集包括断路器位置、断路器的位置以及断路器本体的状态信号。
进一步的，所述开出量电路板与直流断路器的开关节点相连，用于采集断路器位置信号及辅助输入断路器的分合闸信号，并将该信号传递给DSP核心板。
进一步的，还包括电源板，所述电源板的输入范围为88VDC～264VDC。
如图2所示，高压直流断路器控制系统采用模块化的硬件，按照功能来对硬件进行模块化分类，同时采用了背插式机箱结构，这样的设计有利于硬件的扩展、维修和更换。前面板采用大尺寸液晶显示和状态指示灯，人机交互简单，方便。另外引出一个调试接口，方便现场调试。
组成装置的插件有：电源板插件、DSP核心板插件、通讯管理板插件、开入量电路板插件、开出量电路板插件。DSP核心板负责与站级直流控制保护系统和合并单元的FT3通讯和模拟量的采集，智能开入板负责采集断路器、刀闸等一次设备的开关量信息。开出板能根据站级直流控制保护系统装置下发的分、合闸命令驱动相应的出口光钎接口，控制断路器各执行机构，并且出口光钎接口经DSP启动控制，保证其动作的可靠性；通讯管理板负责将采集到的模拟量，开关量，状态量等信息通过以太网IEC61850规约上送至站监控系统。
其中，如图2所示，通讯管理板主要功能包括运行与站监控系统通讯的IEC61850规约，装置B码对时，定值整定与修改，报告存储，人机界面管理等功能，其包括四个以太网口、1路RS485协议接口，，1路光IRIG-B码对时接口。
如图3所示，DSP核心板采用采用ADSP-BF548和FPGA作为核心处理器，使用FPGA现场可编程门阵列可扩展FT3通讯接口，且能够支撑8路光纤FT3接口，满足快速跳合闸出口实时性。DSP核心板通过CAN总线与装置内其他插件实现数据交换。DSP核心板还负责模拟量采样，通过并行A/D采样芯片采集小信号，为了防止采样异常，采样板硬件上均实现了双重采样，支持8路信号的采集。
如图4所示，所述控制系统采用智能开入量电路板，用于采集包括断路器位置、刀闸位置以及断路器本体信号等在内的一次设备的状态量信号，然后通过内部CAN总线送给DSP 核心板。通过智能开入量电路板，可以把开关内所有的开关量信号进行采集，然后通过FT3 或IEC61850上送给站级直流控制保护系统和站监控系统。智能开入量电路板可提供24路开入，工作电压均为直流220V，由于采用了A/D采样的方式来检测开入电压，因此当开入电压＜额定工作电压的60％时，开入保证为0，当开入电压＞额定工作电压的70％时，开入保证为1。
所述控制系统装置采用开出量电路板，每个开出量电路板提供6路ST多模的光纤隔离开出，系统一共采用二块开出量电路板，分别控制正、负二极的断路器。开出量电路板通过内部CAN总线接收DSP核心板发送的动作命令，然后驱动相应的出口动作，并且出口的正电源经DSP核心板启动闭锁，其中输出接点包括断路器、隔离开闸、辅助断路器的遥控分离、遥控合闸和闭锁出口接点等。
如图5所示，所述模拟量采集电路板是模拟量的转换调理电路，采集由电流传感器等转换的模拟量小信号，同时实现高压侧与控制系统的有效隔离，所述模拟量采集电路板带有低通滤波调理电路，用于滤除每路模拟量中的干扰信号，且插件装有一个具有24芯的接线端子，参阅图5。
如图6所示，电源板插件具有很宽的输入范围，为88VDC～264VDC，具有两级高频DC/DC 变换，且采用BOOST与FORWARD结合的电路，提高电源的稳定性，所述电源板插件输出采用同步整流，提高效率，两级总效率>81％。具有优良的抗干扰性能。
电源板插件的001-003端子为装置输出的闭锁和报警空接点，001端子为公共端，闭锁为常闭接点，报警为常开接点。电源板插件的004-006端子为另外一组闭锁和报警空接点。电源板插件的010、011端子为电源输入端子，其中010为正直流输入，011为负直流输入。电源插件提供012端子和接地柱用于装置接地。应将012端子接至接地柱然后通过专用接地线接至屏柜的接地铜排。
进一步的，所述通讯接口包括对上接口和对下接口，所述对上接口包括与直流控制保护系统接口、与合并单元接口、与GPS对时系统接口和与站监控系统接口，所述对下接口包括与模拟量采集电路板接口和与断路器执行机构接口。
其中，与合并单元接口用于接收合并单元采集的线路电流和线路电压，其通信规约为60044-8/FT3。
与GPS对时系统接口，其连接的GPS时钟系统的对时采用光IRIG-B码。
与站监控系统接口,该接口以双以太网连接，通信规约为IEC61850。
进一步的，所述DSP核心板通过ST光纤连接有直流控制保护系统和合并单元，所述直流控制保护系统与DSP核心板通过60044-8/FT3进行规约，且用于断路器分合闸位置及告警状态监测，所述合并单元用于采集直流控制系统中的线路电流和线路电压。
所述与直流控制保护系统接口用于接收站级直流控制保护系统的断路器分合闸控制并下发到断路器的执行机构，所述与直流控制保护系统接口包括至少四对冗余接口。
所述与模拟量采集电路板接口上安装有电流传感器，通过安装的电流传感器采集相应的电流，用于断路器运行状态监测。
控制系统对电流传感器的输出进行调制和采集。预充电回路的斥力电容电压和换流电容电压，控制器通过与充电机的485通信，进行采集。
所述与断路器执行机构的接口与直流断路器的执行机构连接，通过经过光电隔离处理的输入信号对直流断路器的执行机构的状态及直流断路器的辅助触点的位置进行监测。
本发明的一种高压直流断路器控制系统，其有益效果在于：整个系统分模块设计，且通过站监控系统与通讯管理板及DSP核心板进行通讯，使其具有全面的状态监测功能，且通讯管理板与DSP核心板通过MODBUS协议规约，方便其他模块部署，及便于用户布局和使用；具有全面的状态监测功能，监测对象包括直流断路器的分合闸位置、状态监测信息、模拟量信息和开关量信息等；直流控制保护系统与DSP核心板通过专用的60044-8/FT3接口接收来自直流控制保护的控制命令并下发到直流断路器的执行机构，避免执行紊乱而导致系统故障，且维护方便；通讯管理板将采集直流断路器的模拟量信息，开关量等信息并通过IEC61850规约上送至站监控系统，能使通讯管理板与站监控系统实现高速的互操作通讯反馈。
作为本发明的另一种优选的实施例：
所述直流断路器的控制系统的软件部分主要由DSP核心板和通讯管理板两部分完成。
DSP核心板采用负责采样数据计算和处理，以及各种报告，SOE的生成。FPGA负责高速串口的设计与扩展，60044-8/FT3协议的解析与发送。采用FPGA设计的FT3接口，实时性高，协议灵活，可扩展性强。完全满足快速分合闸要求。另外FPGA还负责板内各插件之间的高速总线互联，为FT3接口的扩展提供可能。
通讯管理板主要完成IEC61850(MMS)，IEC103，IEC104规约，提供多种与主站通讯方式。负责光IRIG-B码，电IRIG-B码的解析，另外还提供一路RS485接口负责对下装置的数据采集，同时还负责装置人机界面管理，并通过板间高速总线与合插件进行实时通讯。FPGA负责B码对时，高速总线互联，以及各种接口的扩展，方便灵活。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种高压直流断路器控制系统，其特征在于，包括站监控系统，通讯管理板、DSP核心板，模拟量采集单元，通讯单元；
所述站监控系统，能监控直流断路器，并提供人机界面显示实时状态；
所述通讯管理板，能够与站监控系统采用IEC61850通讯规约进行数据交换，用于实现B码对时，数据编辑，存储报告和对人机界面管理；
所述DSP核心板，能够实现通讯管理板的通讯，且包括多个通讯接口；
所述模拟量采集电路板，实现对断路器模拟量信息的转换和采集功能，并将采集数据通过A/D转换传输给DSP核心板；
所述通讯管理板与DSP核心板相连，并采用MODBUS规约。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括开入开出量电路板，所述开入开出量电路板包括开入量电路板和开出量电路板，通过直流断路器输入的开入信号经过光电隔离处理进入开入量电源板，所述开出量电路板发出的开出信号经过ST多模光纤隔离处理发送至直流断路器。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述开入量电路板用于采集包括断路器位置、断路器的位置以及断路器本体的状态信号。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述开出量电路板与直流断路器的开关节点相连，用于采集断路器位置信号及辅助输入断路器的分合闸信号，并将该信号传递给DSP核心板。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括电源板，所述电源板的输入范围为88VDC～264VDC。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述通讯接口包括对上接口和对下接口，所述对上接口包括与直流控制保护系统接口、与合并单元接口、与GPS对时系统接口和与站监控系统接口，所述对下接口包括与模拟量采集电路板接口和与断路器执行机构接口。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述DSP核心板通过ST光纤连接有直流控制保护系统和合并单元，所述直流控制保护系统与DSP核心板通过60044-8/FT3进行规约，且用于断路器分合闸位置及告警状态监测，所述合并单元用于采集直流控制系统中的线路电流和线路电压。
8.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述与直流控制保护系统接口用于接收站级直流控制保护系统的断路器分合闸控制并下发到断路器的执行机构，所述与直流控制保护系统接口包括至少四对冗余接口。
9.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述与模拟量采集电路板接口上安装有电流传感器，通过安装的电流传感器采集相应的电流，用于断路器运行状态监测。
10.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述与断路器执行机构的接口与直流断路器的执行机构连接，通过经过光电隔离处理的输入信号对直流断路器的执行机构的状态及直流断路器的辅助触点的位置进行监测。
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