CN112034749B - 一种支持继电保护业务的物联终端 - Google Patents

一种支持继电保护业务的物联终端 Download PDF

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一种支持继电保护业务的物联终端，包括：物联网特性CPU、实时性CPU、以太网通信接口、串行通信接口、远程无线通信模块、北斗/GPS模块、本地无线通信模块、开关量输入电路、开关量输出电路、交流模拟量输入电路以及物联网特性CPU和实时性CPU之间的通信总线。本发明不仅具有常规物联终端的功能模块，还对物联终端的功能进行扩展，支持开关量输入、开关量输出、交流模拟量输入的实时采集，实时识别变压器、线路等出现的短路故障，隔离故障部分，防止扩大故障范围，防止损坏进一步电力设备。通过对常规物联终端的功能扩展，提升物联终端价值，扩大了物联终端的应用场景。

Description

一种支持继电保护业务的物联终端
技术领域
本发明涉及电力物联网技术领域，尤其涉及一种支持继电保护业务的物联终端。
背景技术
电力物联网的建设涉及实现电力传输的电网与信息传输的通信网络的基础设施建设同时要使用数以亿计的各种类型传感器，实时感知、采集、传输、存储、处理与控制，从电能生产到最终用户用电设备的环境、设备运行状态、与安全的海量数据，物联网与云计算技术能够为智能电网的建设、运行与管理提供重要的技术支持。
电力物联网建设过程中需要装备大量的物联终端，常规的物联终端具有上行通信功能模块以及本地通信功能模块；上行通信功能模块将物联终端的状态信息进行实时或周期性采集数据、并上传到物联管理平台，下行通信功能模块负责接入环境监测、安防监控、设备状态等各类智能数据采集器。但是这些业务功能对电物联终端的实时性要求不高，在配电网的变压器、开关柜等物联网化应用场景中，要求物联终端具备继电保护功能，能够快速识别故障、隔离故障，常规的物联终端实时性能不高，无法满足继电保护业务的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种支持继电保护业务的物联终端，解决常规物联终端无法满足继电保护业务的问题，本发明对常规物联终端的功能进行扩展，支持交流模拟量输入、开关量输入、开关量输出，提升物联终端价值，扩大了物联终端的应用场景。
本发明由下述技术方案实现：
一种支持继电保护业务的物联终端，包括：物联网特性CPU、实时性CPU、以太网通信接口、串行通信接口、远程无线通信模块、北斗/GPS模块、本地无线通信模块、开关量输入电路、开关量输出电路、交流模拟量输入电路以及物联网特性CPU和实时性CPU之间的通信总线；
所述物联网特性CPU与物联管理平台连接，用于上传数据或接收所述物联管理平台的指令；
所述实时性CPU接入外部的开关量、交流电流和交流电压数据，经分析计算后对外发出控制命令；
所述以太网通信接口，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与物联管理平台的有线高速数据通信和物联终端与采集器间的有线高速通信；
所述串行通信接口，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与采集器间的有线低速通信；
所述远程无线通信模块，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与物联管理平台的无线高速数据通信；
所述北斗/GPS模块，与所述物联网特性CPU连接，用于为物联终端提供定位和时间服务；
所述本地无线通信模块，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与无线智能传感器之间的无线低速数据通信；
所述开关量输入电路，与所述实时性CPU连接，用于接入外部的直流开关量状态；
所述开关量输出电路，与所述实时性CPU连接，用于控制外部断路器或电机的导通或断开；
所述交流模拟量输入电路，与所述实时性CPU连接，用于接入外部的交流电流模拟量和交流电压模拟量；
所述通信总线，连接所述物联网特性CPU和所述实时性CPU，提供所述物联网特性CPU和实时性CPU之间高速通信及对时接口。
进一步的，所述物联网特性CPU包括第一内存单元、第一时钟单元、第一供电单元，至少支持4个容器，每个容器均支持部署多个应用软件。
进一步的，所述实时性CPU包括第二内存单元、第二时钟单元、第二供电单元，采用支持多任务的实时操作系统。
进一步的，所述通信总线，包括以太网通信接口和秒脉冲对时接口。
进一步的，所述以太网通信接口包括CPU芯片内部MAC、PHY芯片、网络隔离变压器及RJ45连接器。
进一步的，所述串行通信接口包括UART控制器、电气隔离芯片和RS232/485接口芯片。
进一步的，所述开关量输入电路包括电阻降压电路和光电隔离器。
进一步的，所述开关量输出电路包括继电器和驱动电路。
进一步的，所述交流模拟量输入电路包括交流电流模拟量输入电路和交流电压模拟量输入电路；
所述交流电流模拟量输入电路包括电流互感器、RC滤波电路、ADC芯片，所述交流电压模拟量输入电路包括电压互感器、RC滤波电路、ADC芯片。
本发明的技术方案能够实现如下有益的技术效果：
本发明不仅具有常规物联终端的功能模块，还对物联终端的功能进行扩展，支持开关量输入、开关量输出、交流模拟量输入的实时采集，实时识别变压器、线路等出现的短路故障，隔离故障部分，防止扩大故障范围，防止损坏进一步电力设备。通过对常规物联终端的功能扩展，提升物联终端价值，扩大了物联终端的应用场景。
附图说明
图1为本发明的物联终端的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明公开了一种支持继电保护业务的物联终端，如图1所示，包括：物联网特性CPU、实时性CPU、以太网通信接口、串行通信接口、远程无线通信模块、北斗/GPS模块、本地无线通信模块、开关量输入电路、开关量输出电路、交流模拟量输入电路以及物联网特性CPU和实时性CPU之间的通信总线。
物联网特性CPU包括第一内存单元、第一时钟单元、第一供电单元，采用容器技术，至少支持4个容器，每个容器均支持部署多个应用软件；该物联网特性CPU通过高速有线或无线的数据通信方式与物联管理平台连接，上传数据或接收物联管理平台的指令，可通过物联管理平台远程启动、停止、安装、卸载应用软件。
实时性CPU，包括第二内存单元、第二时钟单元、第二供电单元；采用支持多任务的实时操作系统，可调度一切可利用的资源完成实时任务，对外部开关量的变位信息可达到微秒级的响应速度，开关量输入的分辨率小于1毫秒，可在20ms内识别出外部的短路故障，可在外部短路故障发生40ms内通过开关量输出继电器发出跳闸命令。
所述实时性CPU，其接入外部的开关量、交流电流和交流电压数据，经分析计算后对外发出控制命令。
通信总线，包括1路百兆以太网通信接口、1路秒脉冲对时接口；其连接所述物联网特性CPU和所述实时性CPU，提供所述物联网特性CPU和实时性CPU之间高速通信及对时接口。
以太网通信接口，其与所述物联网特性CPU连接，包括4路10/100Mbps自适应以太网口。以太网通信接口包括CPU芯片内部MAC、独立的PHY芯片、网络隔离变压器及RJ45连接器；该以太网通信接口与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与物联管理平台的有线高速数据通信通道，也可用于物联终端与采集器间的有线高速通信通道。
串行通信接口，提供RS232/485复用接口，包括UART控制器、电气隔离芯片和RS232/485接口芯片；该串行通信接口与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与采集器间的有线低速通信通道。
远程无线通信模块，可支持3G/4G、5G、电力无线专网等多种无线通信方式；该远程无线通信模块与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与物联管理平台的无线高速数据通信通道。
北斗/GPS模块，其与所述物联网特性CPU连接，从北斗或GPS卫星接收位置信息和时间信息，传送至物联网特性CPU，为整个物联终端提供高精度的定位和时间服务。
本地无线通信模块，与所述物联网特性CPU连接，可支持LoRa、ZigBee、微功率无线等多种无线通信方式，用于物联终端与无线智能传感器之间的无线低速数据通信，灵活地接入环境监测、安防监控、设备状态等各类智能传感器，可根据应用现场的需求进行灵活配置。
所述开关量输入电路，其与所述实时性CPU连接，包括电阻降压电路和光电隔离器，支持外部的无源触点接入，支持DC110/220V的开关量输入自适应，分辨率小于1ms；该开关量输入电路与所述实时性CPU连接，用于接入外部的直流开关量状态。
所述开关量输出电路，其与所述实时性CPU连接，包括继电器和驱动电路，该开关量输出电路与所述实时性CPU连接，用于控制外部断路器或电机的导通或断开。
所述交流模拟量输入电路，其与所述实时性CPU连接，包括交流电流模拟量输入电路和交流电压模拟量输入电路，该交流模拟量输入电路与所述实时性CPU连接，用于接入外部的交流电流模拟量和交流电压模拟量；交流电流模拟量输入电路包括电流互感器、RC滤波电路、ADC芯片，可支持输入电流AC1A和AC5A自适应；交流电压模拟量输入电路包括电压互感器、RC滤波电路、ADC芯片，可支持输入电压AC100V和AC220V自适应。
本发明的物联终端不仅具备常规物联终端的基本功能，能够对环境监测、安防监控、设备状态等多种智能传感器进行统一接入、数据分析，能够与物联管理平台双向互联，接收物联管理平台的指令，可通过物联管理平台远程启动、停止、安装、卸载应用软件；还具备继电保护功能，能够实时采集外部开关量数据和交流模拟量数据，对电力系统中发生的故障或异常情况进行分析判断，发出报警信号或直接将故障部分隔离、切除。本发明通过对常规物联终端的功能扩展，提升物联终端价值，扩大了物联终端的应用场景。
综上所述，本发明提供了一种支持继电保护业务的物联终端，包括：物联网特性CPU、实时性CPU、以太网通信接口、串行通信接口、远程无线通信模块、北斗/GPS模块、本地无线通信模块、开关量输入电路、开关量输出电路、交流模拟量输入电路以及物联网特性CPU和实时性CPU之间的通信总线。本发明不仅具有常规物联终端的功能模块，还对物联终端的功能进行扩展，支持开关量输入、开关量输出、交流模拟量输入的实时采集，实时识别变压器、线路等出现的短路故障，隔离故障部分，防止扩大故障范围，防止损坏进一步电力设备。通过对常规物联终端的功能扩展，提升物联终端价值，扩大了物联终端的应用场景。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种支持继电保护业务的物联终端，包括：物联网特性CPU、实时性CPU、以太网通信接口、串行通信接口、远程无线通信模块、北斗/GPS模块、本地无线通信模块、开关量输入电路、开关量输出电路、交流模拟量输入电路以及物联网特性CPU和实时性CPU之间的通信总线；
所述物联网特性CPU与物联管理平台连接，用于上传数据或接收所述物联管理平台的指令；
所述实时性CPU接入外部的开关量、交流电流和交流电压数据，经分析计算后对外发出控制命令；
所述以太网通信接口，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与物联管理平台的有线高速数据通信和物联终端与采集器间的有线高速通信；
所述串行通信接口，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与采集器间的有线低速通信；
所述远程无线通信模块，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与物联管理平台的无线高速数据通信；
所述北斗/GPS模块，与所述物联网特性CPU连接，用于为物联终端提供定位和时间服务；
所述本地无线通信模块，与所述物联网特性CPU连接，用于物联终端与无线智能传感器之间的无线低速数据通信；
所述开关量输入电路，与所述实时性CPU连接，用于接入外部的直流开关量状态；
所述开关量输出电路，与所述实时性CPU连接，用于控制外部断路器和电机的导通或断开；
所述交流模拟量输入电路，与所述实时性CPU连接，用于接入外部的交流电流模拟量和交流电压模拟量；
所述通信总线，连接所述物联网特性CPU和所述实时性CPU，提供所述物联网特性CPU和实时性CPU之间高速通信及对时接口；
所述物联网特性CPU包括第一内存单元、第一时钟单元、第一供电单元，至少支持4个容器，每个容器均支持部署多个应用软件；
所述实时性CPU包括第二内存单元、第二时钟单元、第二供电单元，采用支持多任务的实时操作系统；
所述交流模拟量输入电路包括交流电流模拟量输入电路和交流电压模拟量输入电路；
所述交流电流模拟量输入电路包括电流互感器、RC滤波电路、ADC芯片，所述交流电压模拟量输入电路包括电压互感器、RC滤波电路、ADC芯片；
所述交流模拟量输入电路，其与所述实时性CPU连接，包括交流电流模拟量输入电路和交流电压模拟量输入电路，该交流模拟量输入电路与所述实时性CPU连接，用于接入外部的交流电流模拟量和交流电压模拟量；交流电流模拟量输入电路包括电流互感器、RC滤波电路、ADC芯片，支持输入电流AC1A和AC5A自适应；交流电压模拟量输入电路包括电压互感器、RC滤波电路、ADC芯片，支持输入电压AC100V和AC220V自适应。
2.根据权利要求1所述的支持继电保护业务的物联终端，其特征在于，所述通信总线，包括以太网通信接口和秒脉冲对时接口。
3.根据权利要求2所述的支持继电保护业务的物联终端，其特征在于，所述以太网通信接口包括CPU芯片内部MAC、PHY芯片、网络隔离变压器及RJ45连接器。
4.根据权利要求3所述的支持继电保护业务的物联终端，其特征在于，所述串行通信接口包括UART控制器、电气隔离芯片和RS232/485接口芯片。
5.根据权利要求4所述的支持继电保护业务的物联终端，其特征在于，所述开关量输入电路包括电阻降压电路和光电隔离器。
6.根据权利要求5所述的支持继电保护业务的物联终端，其特征在于，所述开关量输出电路包括继电器和驱动电路。
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