CN112118230A - 一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法 - Google Patents

一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法，属于电力通信及自动化技术领域，一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法，包括光电转换模块、协议转换单元和通信接口模块，它可以接收IEC60044‑8规定的标准FT3、国网FT3数据帧格式等多种IEC60044‑8通信规约的光数字信号，并将其高速、稳定、实时地转化为符合IEC61850‑9标准规定的IEC61850‑9‑1、IEC61850‑9‑2LE、国网IEC61850‑9‑2等网络数字报文信号，供给光数字化保护、控制、计量、测量及测试设备使用，协议转换系统具有智能识别输入信号波特率、采样率、链路层长度及校验字节数的功能，具有高速、稳定、实时的转换性能，广泛适用于智能变电站及换流站测量系统及数字化设备测试校验。

Description

一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及电力通信及自动化技术领域，更具体地说，涉及一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法。
背景技术
柔性直流、超高压及特高压直流输电工程的换流站直流测量系统由直流电子式电流互感器(ECT)、直流电子式电压互感器(EVT)、光学电流互感器(OCT) 以及电子式互感器合并单元组成。为保证传输稳定性和实时性，高压直流测量系统通信接口一般采用IEC60044-8标准的点对点串行通信方式，且IEC60044-8接口标准常用数据帧格式包括IEC60044-8 FT3、国网FT3等多种类型。高压直流测量系统通信接口采用IEC60044-8标准FT3格式的点对点串行通信方式，保证了数据传输的稳定性和可靠性，但是IEC60044-8规约FT3格式的点对点串行通信方式不利于数据的共享和利用，目前针对IEC60044-8通信规约开发的电子式互感器校验仪、合并单元测试仪、控制保护装置测试仪等测试校验设备研制成本高，但实际能应用的局限性非常大，经济效益性差，严重限制了柔性直流、超高压、特高压直流控制保护二次设备的测试校验技术的发展进步。
随着智能变电站二次设备向网络化发展，目前国内外交流智能变电站各类测量数据主要以可共享的网络数字报文方式传输，IEC61850-9数字报文可以在网络中传输并通过交换机等网络设备共享给保护、控制、计量、测量等设备使用，因此IEC61850-9规约已广泛应用于交流智能变电站和交流智能变电站设备校验设备，相关测试校验设备及测试方法都趋于成熟，如电子式互感器校验仪、合并单元测试仪、网络压力分析仪、光数字继电保护测试仪、同步时钟校验仪、数字电能表校验仪、故障录波装置等测试校验设备大多仅支持IEC61850-9数字网络报文输入，但不支持IEC60044-8通信规约，无法将交流智能变电站二次设备相关测试校验技术和方法直接应用于柔性直流、高压/特高压直流二次设备的测试校验。
目前国内外关于IEC60044-8通信规约到IEC61850-9-2格式的转化完全依赖于合并单元来实现(请参阅图4)，合并单元作为智能变电站及换流站的核心设备之一，具有功能复杂、影响面广、价格昂贵的特点，其在现安装调试的工作周期较长，影响对IEC60044-8通信规约输出设备的调试检测。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高压直流测量用自适应协议转换系统及其使用方法，它可以接收IEC60044-8规定的标准FT3、国网 FT3数据帧格式等多种IEC60044-8通信规约的光数字信号，并将其高速、稳定、实时地转化为符合IEC61850-9标准规定的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE、国网IEC61850-9-2等网络数字报文信号，供给光数字化保护、控制、计量、测量及测试设备使用，协议转换系统具有智能识别输入信号波特率、采样率、链路层长度及校验字节数的功能，具有高速、稳定、实时的转换性能，广泛适用于智能变电站及换流站测量系统及数字化设备测试校验。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高压直流测量用自适应协议转换系统，包括光电转换模块，所述光电转换模块包括光信号接收器所述光信号接收器连接有高速运放模块，所述光电转换模块连接有协议转换单元，所述协议转换单元包括与高速运放模块相连接的可编辑逻辑器件，所述可编辑逻辑器件连接有微型控制器和人机交互模块，所述协议转换单元连接有通信接口模块，所述通信接口模块包括与可编辑逻辑器件相连接的通信管理芯片，所述通信管理芯片连接有交换机模块，所述交换机模块连接有网络接口模块。
进一步的，所述高速运放模块由两级高速运放电路组成，第一级运放电路用于对微小电压信号进行N倍的放大，第二级运放电路为比较器结构，用于对放大后的信号转成满足要求的TTL电平信号。
进一步的，光电转换模块连接有光耦合器，光耦合器可以通过光耦隔离的方式将数字电路和光信号接收电路分开，有效避免数字电路对光信号接收器输出的微小电压信号产生干扰，从而有效保障光信号接收回路的稳定，提高光信号接收回路的光分辨率。
进一步的，所述可编辑逻辑器件连接有GPS及外部同步对时模块和内置时钟源，GPS及外部同步对时模块和内置时钟源相互配合，可以通过GPS完成时钟同步对时，也可以通过外部1PPS秒脉冲输入或IRIG-B码输入实现同步对时。
进一步的，所述通信管理芯片用于定义数据传送与接收所需要的网络传输参数，并通过交换机模块和网络接口模块提供外部信号接口。
进一步的，所述网络传输参数包括电与光信号参数、线路状态参数、时钟基准参数、数据编码参数和电路参数。
进一步的，所述网络接口模块的为ST/SC双光纤以太网接口或双RJ45以太网接口，具有较快的传输速度合较高的传输稳定性。
一种高压直流测量用自适应协议转换系统的使用方法包括以下步骤：
S1、连接测试系统；
S2、启动协议转换系统，系统将依据采集数据对输入信号装置MAC地址、APP ID通道总数、通道映射、SVID、采样率、通信规约等进行自适应设置匹配，并通过人机交互模块手动选择设置拟输出的通信规约格式；
S3、光信号接收器接收到合并单元或直流电子式互感器的光数字信号后，接收器输出微小电压信号，第一级运放电路将微小电压信号进行N倍的放大，第二级比较器结构的运放电路将N倍放大后的电压信号转成满足特征要求的TTL电平数字信号；
S4、协议转换单元将上述光电转换模块采集到的IEC60044-8通信规约TTL 电平数字信号高速、实时提取出来，再依据S2选择设置的拟输出通信规约格式高速、实时地完成数据协议格式转换；
S5、通信接口模块的通信管理芯片将协议转换单元完成转换的数据完成网络打包并通过交换机模块、网络接口模块以以太网方式提供给外部信号接口，供直流控制保护、计量及校验测试设备使用。
进一步的，所述S1具体为，通过光纤将光信号接收器与直流电子式互感器或合并单元连接，通过光纤将网络接口模块与控制保护、计量及校检测试设备连接。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以接收IEC60044-8规定的标准FT3、国网FT3数据帧格式等多种IEC60044-8通信规约的光数字信号，并将其高速、稳定、实时地转化为符合IEC61850-9标准规定的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE、国网IEC61850-9-2 等网络数字报文信号，供给光数字化保护、控制、计量、测量及测试设备使用。
(2)本方案具有智能识别输入信号波特率、采样率、链路层长度及校验字节数的功能，具有高速、稳定、实时的转换性能，广泛适用于智能变电站及换流站测量系统及数字化设备测试校验。
(3)本方案设置有高稳定性的内置时钟源，同时还可以通过GPS及外部同步对时模块完成装置时钟同步。
(4)本方案的光信号接收器输出微小电压信号并通过高速运放模块进行放大和比较，最终将小电压信号转成满足要求的TTL电平数字信号。
(5)本方案的光电转换模块连接有光耦合器，光耦合器可以通过光耦隔离的方式将数字电路和光信号接收电路分开，有效避免数字电路对光信号接收器输出的微小电压信号产生干扰，从而有效保障光信号接收回路的稳定，提高光信号接收回路的光分辨率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光电转换模块结构示意图；
图3为本发明的使用方法流程图；
图4为现有的高压直流测量系统典型通信结构图。
图中标号说明：
10光电转换模块、101光信号接收器、102高速运放模块、20协议转换单元、 201可编辑逻辑器件、202微型控制器、203人机交互模块、204GPS及外部同步对时模块、205内置时钟源、30通信接口模块、301通信管理芯片、302交换机模块、303网络接口模块。
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、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-4，一种高压直流测量用自适应协议转换系统，包括光电转换模块10，请参阅图2，光电转换模块10包括光信号接收器101，光信号接收器101 采用具有低功耗、高宽特性的光信号接收器，其具有较高的传输速率，光信号接收器101连接有高速运放模块102，请参阅图1-2，光电转换模块10连接有协议转换单元20，协议转换单元20包括与高速运放模块102相连接的可编辑逻辑器件201，请参阅图1，可编辑逻辑器件201连接有微型控制器202和人机交互模块203，可编辑逻辑器件201和微型控制器202组成数据运算核心系统，实现 IEC60044-8规约数据到IEC61850-9采样值数据的换算，数据波特率(编码后时钟频率)及采样率等可依据采集数据自适应，人机交互模块203基于ARM架构，软件采用适用于便携式设备的Linux式操作系统，提供良好的互动能力和操作体验，可对MAC地址、APP ID通道总数、通道映射、SVID、采样率等进行查询设置并显示，协议转换单元20连接有通信接口模块30，通信接口模块30包括与可编辑逻辑器件201相连接的通信管理芯片301，通信管理芯片301连接有交换机模块302，交换机模块302连接有网络接口模块303。
请参阅图2，高速运放模块102由两级高速运放电路组成，第一级运放电路用于对微小电压信号进行N倍的放大，第二级运放电路为比较器结构，用于对放大后的信号转成满足要求的TTL电平信号，光电转换模块10连接有光耦合器，光耦合器可以通过光耦隔离的方式将数字电路和光信号接收电路分开，有效避免数字电路对光信号接收器101输出的微小电压信号产生干扰，从而有效保障光信号接收回路的稳定，提高光信号接收回路的光分辨率，可编辑逻辑器件201连接有GPS及外部同步对时模块204和内置时钟源205，GPS及外部同步对时模块204 和内置时钟源205相互配合，可以通过GPS完成时钟同步对时，也可以通过外部 1PPS秒脉冲输入或IRIG-B码输入实现同步对时。
请参阅图1，通信管理芯片301用于定义数据传送与接收所需要的网络传输参数，并通过交换机模块302和网络接口模块303提供外部信号接口，网络传输参数包括电与光信号参数、线路状态参数、时钟基准参数、数据编码参数和电路参数，网络接口模块303的为ST/SC双光纤以太网接口或双RJ45以太网接口，具有较快的传输速度合较高的传输稳定性。
请参阅图1-4，一种高压直流测量用自适应协议转换系统的使用方法包括以下步骤：
S1、连接测试系统：通过光纤将光信号接收器101与直流电子式互感器或合并单元连接，通过光纤将网络接口模块303与控制保护、计量及校检测试设备连接。
S2、启动协议转换系统，系统将依据采集数据对输入信号装置MAC地址、APP ID通道总数、通道映射、SVID、采样率、通信规约等进行自适应设置匹配，并通过人机交互模块203手动选择设置拟输出的通信规约格式；
S3、光信号接收器101接收到合并单元或直流电子式互感器的光数字信号后，接收器输出微小电压信号，第一级运放电路将微小电压信号进行N倍的放大，第二级比较器结构的运放电路将N倍放大后的电压信号转成满足特征要求的TTL电平数字信号；
S4、协议转换单元20将上述光电转换模块10采集到的IEC60044-8通信规约TTL电平数字信号高速、实时提取出来，再依据S2选择设置的拟输出通信规约格式高速、实时地完成数据协议格式转换；
S5、通信接口模块30的通信管理芯片301将协议转换单元20完成转换的数据完成网络打包并通过交换机模块302、网络接口模块303以以太网方式提供给外部信号接口，供直流控制保护、计量及校验测试设备使用。
本方案可以接收IEC60044-8规定的标准FT3、国网FT3数据帧格式等多种IEC60044-8通信规约的光数字信号，并将其高速、稳定、实时地转化为符合 IEC61850-9标准规定的IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE、国网IEC61850-9-2等网络数字报文信号，供给光数字化保护、控制、计量、测量及测试设备使用，协议转换系统具有智能识别输入信号波特率、采样率、链路层长度及校验字节数的功能，具有高速、稳定、实时的转换性能，广泛适用于智能变电站及换流站测量系统及数字化设备测试校验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高压直流测量用自适应协议转换系统，包括光电转换模块(10)，其特征在于：所述光电转换模块(10)包括光信号接收器(101)，所述光信号接收器(101)连接有高速运放模块(102)，所述光电转换模块(10)连接有协议转换单元(20)，所述协议转换单元(20)包括与高速运放模块(102)相连接的可编辑逻辑器件(201)，所述可编辑逻辑器件(201)连接有微型控制器(202)和人机交互模块(203)，所述协议转换单元(20)连接有通信接口模块(30)，所述通信接口模块(30)包括与可编辑逻辑器件(201)相连接的通信管理芯片(301)，所述通信管理芯片(301)连接有交换机模块(302)，所述交换机模块(302)连接有网络接口模块(303)。
2.根据权利要求1所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统，其特征在于：所述高速运放模块(102)由两级高速运放电路组成，第一级运放电路用于对微小电压信号进行N倍的放大，第二级运放电路为比较器结构，用于对放大后的信号转成满足要求的TTL电平信号。
3.根据权利要求1所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统，其特征在于：所述光电转换模块(10)连接有光耦合器。
4.根据权利要求1所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统，其特征在于：所述可编辑逻辑器件(201)连接有GPS及外部同步对时模块(204)和内置时钟源(205)。
5.根据权利要求4所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统，其特征在于：所述通信管理芯片(301)用于定义数据传送与接收所需要的网络传输参数，并通过交换机模块(302)和网络接口模块(303)提供外部信号接口。
6.根据权利要求5所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统，其特征在于：所述网络传输参数包括电与光信号参数、线路状态参数、时钟基准参数、数据编码参数和电路参数。
7.根据权利要求1所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统，其特征在于：所述网络接口模块(303)的为ST/SC双光纤以太网接口或双RJ45以太网接口。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述高压直流测量用自适应协议转换系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、连接测试系统；
S2、启动协议转换系统，系统将依据采集数据对输入信号装置MAC地址、APP ID通道总数、通道映射、SVID、采样率、通信规约等进行自适应设置匹配，并通过人机交互模块(203)手动选择设置拟输出的通信规约格式；
S3、光信号接收器(101)接收到合并单元或直流电子式互感器的光数字信号后，接收器输出微小电压信号，第一级运放电路将微小电压信号进行N倍的放大，第二级比较器结构的运放电路将N倍放大后的电压信号转成满足特征要求的TTL电平数字信号；
S4、协议转换单元(20)将上述光电转换模块(10)采集到的IEC60044-8通信规约TTL电平数字信号高速、实时提取出来，再依据S2选择设置的拟输出通信规约格式高速、实时地完成数据协议格式转换；
S5、通信接口模块(30)的通信管理芯片(301)将协议转换单元(20)完成转换的数据完成网络打包并通过交换机模块(302)、网络接口模块(303)以以太网方式提供给外部信号接口，供直流控制保护、计量及校验测试设备使用。
9.根据权利要求8所述的一种高压直流测量用自适应协议转换系统的使用方法，其特征在于：所述S1具体为，通过光纤将光信号接收器(101)与直流电子式互感器或合并单元连接，通过光纤将网络接口模块(303)与控制保护、计量及校检测试设备连接。
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