CN113572266A - 一种母差位置指示装置和母差位置指示系统 - Google Patents

一种母差位置指示装置和母差位置指示系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种母差位置指示装置和母差位置指示系统，包括电源模块、光网口模块、光串口模块、FPGA模块、CPU模块、存储模块和人机交互模块，FPGA模块通过光网口模块接收智能变电站A1网和A2网的携带有刀闸信息的报文，通过光串口模块接收光B码对时信号，使得FPGA模块的时钟与智能变电站保持一致，FPGA模块对报文进行处理，提取出目标GOOSE报文数据并添加时标数据，将目标GOOSE报文数据和时标数据打包后发送给CPU模块，由CPU模块判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，并将判断结果在人机交互模块中进行展示，同时避免了通过电气回路连接方式指示刀闸位置和通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置的方式存在的问题。

Description

一种母差位置指示装置和母差位置指示系统
技术领域
本发明涉及智能变电站运维设备技术领域，尤其涉及一种母差位置指示装置和母差位置指示系统。
背景技术
在电网中，设备的正常停复电要检查一次设备位置、相关保护及操作箱的有关灯位、监控后台的相关信号，如母线单间隔停送电或母线倒闸操作过程中，应查看一次隔离开关位置与母差保护、间隔保护、监控后台的隔离开关位置及监控后台光字牌、报文信号一致。
传统的变电站刀闸位置指示装置是通过电气回路配合指示灯完成的，然而随着智能变电站的发展，智能变电站过程层网络的信息传递主要是通过光信号进行传递的，因此，传统的通过电气回路连接的刀闸位置指示装置已不能适用于现有的智能变电站刀闸位置指示，而当前智能变电站中使用的母线保护装置不具备刀闸位置指示功能，工作人员只能通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置。但遇到光纤回路异常和通讯中断等原因，可能会造成刀闸位置不对应或缺失，没有得到及时显示正确的位置，从而无法得知母线保护中线路母线侧刀闸的实际位置。当线路开关靠母线侧发生故障时，若母线保护中线路母线侧刀闸位置获取错误，将会导致母线保护误动作，扩大事故范围，严重威胁电力系统的安全稳定运行。
发明内容
本发明提供了一种母差位置指示装置和母差位置指示系统，用于解决传统的通过电气回路连接的刀闸位置指示装置不适用于现有的通过光信号进行信息传递的智能变电站，而通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置的方式，存在因光纤回路异常和通讯中断等原因，造成刀闸位置不对应的风险的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种母差位置指示装置，包括电源模块、光网口模块、光串口模块、FPGA模块、CPU模块、存储模块和人机交互模块；
电源模块分别与CPU模块和FPGA模块连接；
光网口模块和光串口模块分别与FPGA模块连接，FPGA模块与CPU模块连接，CPU模块连接人机交互模块和存储模块；
光网口模块用于接收交换机发送过来的智能变电站A1网和A2网的携带有刀闸信息的报文，将每一帧报文传递给FPGA模块；
光串口模块用于接收光B码对时信号，将光B码对时信号传输给FPGA模块处理，使得FPGA的时钟与智能变电站保持一致；
存储模块用于存储接收的打时标报文和CPU模块的通信数据缓存；
FPGA模块用于接收光网口模块的报文和光串口模块发送的光B码对时信号，对报文进行逐条过滤处理获得目标GOOSE报文数据，对光B码对时信号进行时标添加处理，将目标报文数据和时标数据打包发给CPU模块；
CPU模块用于根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，若是，将A1网和A2网的当前刀闸位置信息在人机交互模块中进行展示并将当前刀闸位置信息对应的打时标报文存储在存储模块中，否则，在人机交互模块中弹出告警信号。
可选地，FPGA模块对报文进行逐条过滤处理获得目标GOOSE报文数据，包括：
FPGA模块逐条对GOOSE报文的MAC地址和以太网类型值进行判别，过滤出MAC地址在预置取值范围内且以太网类型值为88B8的目标GOOSE报文数据。
可选地，CPU模块根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，包括：
CPU模块对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据的时标Event TimeStamp、状态序号StNum和顺序号SqNum进行识别比对，当对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据的时标EventTimeStamp、状态序号StNum和顺序号SqNum完全一致时，对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息进行比对，判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致。
可选地，CPU模块根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，之前还包括：
CPU模块对FPGA发送的目标GOOSE报文数据进行二次过滤处理，提取目标GOOSE报文数据中APPID类型为00的目标GOOSE报文数据。
可选地，CPU模块将A1网和A2网的当前刀闸位置信息在人机交互模块中进行展示，包括：
CPU模块将A1网和A2网的隔离刀闸和断路器的虚端子信息经过图像处理后，反馈给人机交互模块，使得人机交互模块对A1网和A2网的当前刀闸位置信息进行可视化展示。
可选地，存储模块存储的打时标报文达到预置条数后，新增的打时标报文自动按时间顺序覆盖前面的打时标报文。
可选地，人机交互模块以主接线图和主接线分支图的方式展示A1网和A2网的当前刀闸位置信息，主接线图和主接线分支图支持切换显示。
可选地，在人机交互模块中弹出告警信号时，在告警界面显示异常的刀闸通道信息。
本发明第二方面提供了一种母差位置指示系统，包括第一方面任一种母差位置指示装置，还包括：交换机、智能终端和智能变电站；
智能变电站与智能终端连接，智能终端与交换机连接，交换机与母差位置指示装置连接。
可选地，还包括母线保护装置，母线保护装置与交换机连接。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种母差位置指示装置，包括电源模块、光网口模块、光串口模块、FPGA模块、CPU模块、存储模块和人机交互模块，FPGA模块通过光网口模块接收智能变电站A1网和A2网的携带有刀闸信息的报文，通过光串口模块接收光B码对时信号，使得FPGA模块的时钟与智能变电站保持一致，FPGA模块对报文进行处理，提取出目标GOOSE报文数据并添加时标数据，将目标GOOSE报文数据和时标数据打包后发送给CPU模块，由CPU模块判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，并将判断结果在人机交互模块中进行展示，同时避免了通过电气回路连接方式指示刀闸位置和通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置的方式存在的问题，解决了传统的通过电气回路连接的刀闸位置指示装置不适用于现有的通过光信号进行信息传递的智能变电站，而通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置的方式，存在因光纤回路异常和通讯中断等原因，造成刀闸位置不对应的风险的技术问题。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种母差位置指示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的用于显示刀闸位置的主接线图示例图；
图3为本发明实施例中提供的用于显示刀闸位置的主接线分支图示例图；
图4本发明实施例中提供的一种母差位置指示系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
实施例1
为了便于理解，请参阅图1，本发明提供的一种母差位置指示装置的一个实施例，包括电源模块、光网口模块、光串口模块、FPGA模块、CPU模块、存储模块和人机交互模块；
电源模块分别与CPU模块和FPGA模块连接；
光网口模块和光串口模块分别与FPGA模块连接，FPGA模块与CPU模块连接，CPU模块连接人机交互模块和存储模块；
光网口模块用于接收交换机发送过来的智能变电站A1网和A2网的携带有刀闸信息的报文，将每一帧报文传递给FPGA模块；
光串口模块用于接收光B码对时信号，将光B码对时信号传输给FPGA模块处理，使得FPGA的时钟与智能变电站保持一致；
存储模块用于存储接收的打时标报文和CPU模块的通信数据缓存；
FPGA模块用于接收光网口模块的报文和光串口模块发送的光B码对时信号，对报文进行逐条过滤处理获得目标GOOSE报文数据，对光B码对时信号进行时标添加处理，将目标报文数据和时标数据打包发给CPU模块；
CPU模块用于根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，若是，将A1网和A2网的当前刀闸位置信息在人机交互模块中进行展示并将当前刀闸位置信息对应的打时标报文存储在存储模块中，否则，在人机交互模块中弹出告警信号。
需要说明的是，电源模块用于将220V交流电压通过AC/DC转换，生成多组直流电源，为本发明中的母差位置指示装置的内部硬件电路模块（例如CPU模块和FPGA模块）提供DC工作电压。人机交互模块可以采用高清LCD显示屏和机械按键的结合，与CPU模块连接，用于显示CPU模块输出的信息，显示屏的显示界面可以由机械按键实现快捷切换。存储模块用于实现大数据量的通信数据的缓存，包括打时标报文的存储和CPU模块的通信数据缓存。
FPGA模块用于接收光网口模块的报文和光串口模块发送的光B码对时信号，在接收到光网口模块的报文之后（光网口模块包括双光网口，一个光网口接收A1网的报文，另一个光网口接收A2网的报文），FPGA模块对报文进行过滤处理，仅提取母线保护的GOOSE报文数据，其他报文数据不进行处理，然后在GOOSE报文数据的头添加时标信息，还可以添加帧计数值、速率和类型等信息。然后FPGA将打时标的GOOSE报文数据打包发给CPU模块进行处理。CPU模块接收到FPGA模块发送的GOOSE报文数据之后，比对A1网和A2网的GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息，若A1网和A2网的GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息是一致的，说明A1网和A2网的母线保护侧母线刀闸位置信息正确，不存在异常情况，此时，在CPU模块将GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息发送给人机交互模块进行展示，并记录在存储模块中，人机交互模块可以对当前刀闸位置信息的更新记录以表格的形式进行可视化展示，便于操作人员查询和对照刀闸信息。若A1网和A2网的GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息不一致，则说明A1网和A2网的当前刀闸位置存在异常，需要进行告警提示，在人机交互模块中弹出告警信号，便于操作人员及时发现和处理异常。
相比于传统的电气回路连接的位置指示装置，本发明提供的母差位置指示装置，在进行长距离传输时，光纤传输系统的信号保真度和画面清晰度比电线或电缆传输系统传输的系统要高得多，光纤不受电磁辐射与雷击等任何电气干扰的影响，且光回路不存在接地回路问题，可以实现回路自检，验证回路接收的正确性。
光网口模块中的光网口连接单芯光纤，仅具备接收功能，因此在链路上可只连接接收口Rx单根光纤，以此杜绝母差位置指示装置向交换机发送报文的情况，因此本发明实施例中的FPGA模块只接收并解析交换机传递过来的GOOSE报文，不对外发送SV或GOOSE报文，以免影响过程层网络报文数据。
本发明实施例中提供的一种母差位置指示装置，包括电源模块、光网口模块、光串口模块、FPGA模块、CPU模块、存储模块和人机交互模块，FPGA模块通过光网口模块接收智能变电站A1网和A2网的携带有刀闸信息的报文，通过光串口模块接收光B码对时信号，使得FPGA模块的时钟与智能变电站保持一致，FPGA模块对报文进行处理，提取出目标GOOSE报文数据并添加时标数据，将目标GOOSE报文数据和时标数据打包后发送给CPU模块，由CPU模块判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，并将判断结果在人机交互模块中进行展示，同时避免了通过电气回路连接方式指示刀闸位置和通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置的方式存在的问题，解决了传统的通过电气回路连接的刀闸位置指示装置不适用于现有的通过光信号进行信息传递的智能变电站，而通过监控后台、高压场地的智能终端面板查看线路母线侧刀闸位置的方式，存在因光纤回路异常和通讯中断等原因，造成刀闸位置不对应的风险的技术问题。
由于交换机时刻接收大量的报文数据，为了快速找到母线保护的GOOSE报文，在一个实施例中，FPGA模块对报文进行逐条过滤处理获得目标GOOSE报文数据，包括：FPGA模块逐条对GOOSE报文的MAC地址和以太网类型值进行判别，过滤出MAC地址在预置取值范围内且以太网类型值为88B8的目标GOOSE报文数据。智能变电站的报文类型值范围如表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
FPGA模块通过光网口模块将交换机传递过来的A1网和A2网的每一帧报文逐条处理，FPGA模块对接收的报文的MAC地址（目的地址）和以太网类型值进行判别过滤，若报文地址在01-0C-CD-01-00-00到01-0C-CD-01-FF-FF内，且以太网类型值为88B8，则该条报文为GOOSE报文，提取该报文转送给CPU模块进行处理，否则视为其他类型的报文，不转发给CPU模块。
在一个实施例中，为进一步快速地提取GOOSE报文，CPU模块在接收到FPGA模块的报文数据之后，还可以进行二次筛选过滤，CPU模块对FPGA发送的目标GOOSE报文数据进行二次过滤处理，提取目标GOOSE报文数据中APPID类型为00的目标GOOSE报文数据。然后再对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据的时标Event TimeStamp、状态序号StNum和顺序号SqNum进行识别比对，当对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据的时标Event TimeStamp、状态序号StNum和顺序号SqNum完全一致时，对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息进行比对，判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致。当A1网和A2网的当前刀闸位置信息一致时，CPU模块将A1网和A2网的隔离刀闸和断路器的虚端子信息经过图像处理后，反馈给人机交互模块，使得人机交互模块对A1网和A2网的当前刀闸位置信息进行可视化展示，同时将当前刀闸位置信息对应的打时标报文存储在存储模块中。人机交互模块以主接线图和主接线分支图的方式展示A1网和A2网的当前刀闸位置信息，主接线图和主接线分支图支持切换显示，即可根据实际显示需要，通过人机交互模块切换显示主接线图和主接线分支图，图2为主接线图的显示示例，图3为主接线分支图的显示示例。当A1网和A2网的当前刀闸位置信息不一致时，在人机交互模块中弹出告警信号，同时，在告警界面显示异常的刀闸通道信息，便于操作人员快速定位异常位置和处理异常。
在一个实施例中，存储模块存储的打时标报文达到预置条数后（例如50条信息），新增的打时标报文自动按时间顺序覆盖前面的打时标报文，以避免占用过多的存储空间。
实施例2
为了便于理解，请参阅图4，本发明中提供了一种母差位置指示系统的实施例，包括实施例1中的母差位置指示装置，还包括：交换机、智能终端和智能变电站，智能变电站与智能终端连接，智能终端与交换机连接，交换机与母差位置指示装置连接。还可以包括母线保护装置，母线保护装置与交换机连接。
在将母差位置指示装置具体应用实施时，智能变电站将隔离刀闸和断路器的信息通过二次回路传输给智能终端，智能终端再将模拟信号转换成光数字报文传递给交换机，交换机再通过光纤传输给母线保护装置，同时将报文传递给母差位置指示装置，母线保护装置和母差位置指示装置可同时接收到交换机过来的信息，母差位置指示装置显示对应母线上的多条线路母线侧刀闸位置。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种母差位置指示装置，其特征在于，包括电源模块、光网口模块、光串口模块、FPGA模块、CPU模块、存储模块和人机交互模块；
电源模块分别与CPU模块和FPGA模块连接；
光网口模块和光串口模块分别与FPGA模块连接，FPGA模块与CPU模块连接，CPU模块连接人机交互模块和存储模块；
光网口模块用于接收交换机发送过来的智能变电站A1网和A2网的携带有刀闸信息的报文，将每一帧报文传递给FPGA模块；
光串口模块用于接收光B码对时信号，将光B码对时信号传输给FPGA模块处理，使得FPGA的时钟与智能变电站保持一致；
存储模块用于存储接收的打时标报文和CPU模块的通信数据缓存；
FPGA模块用于接收光网口模块的报文和光串口模块发送的光B码对时信号，对报文进行逐条过滤处理获得目标GOOSE报文数据，对光B码对时信号进行时标添加处理，将目标报文数据和时标数据打包发给CPU模块；
CPU模块用于根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，若是，将A1网和A2网的当前刀闸位置信息在人机交互模块中进行展示并将当前刀闸位置信息对应的打时标报文存储在存储模块中，否则，在人机交互模块中弹出告警信号。
2.根据权利要求1所述的母差位置指示装置，其特征在于，FPGA模块对报文进行逐条过滤处理获得目标GOOSE报文数据，包括：
FPGA模块逐条对GOOSE报文的MAC地址和以太网类型值进行判别，过滤出MAC地址在预置取值范围内且以太网类型值为88B8的目标GOOSE报文数据。
3.根据权利要求2所述的母差位置指示装置，其特征在于，CPU模块根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，包括：
CPU模块对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据的时标Event TimeStamp、状态序号StNum和顺序号SqNum进行识别比对，当对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据的时标EventTimeStamp、状态序号StNum和顺序号SqNum完全一致时，对A1网和A2网的目标GOOSE报文数据中的当前刀闸位置信息进行比对，判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致。
4.根据权利要求2或3所述的母差位置指示装置，其特征在于，CPU模块根据FPGA发送的目标GOOSE报文数据判断A1网和A2网的当前刀闸位置信息是否一致，之前还包括：
CPU模块对FPGA发送的目标GOOSE报文数据进行二次过滤处理，提取目标GOOSE报文数据中APPID类型为00的目标GOOSE报文数据。
5.根据权利要求1所述的母差位置指示装置，其特征在于，CPU模块将A1网和A2网的当前刀闸位置信息在人机交互模块中进行展示，包括：
CPU模块将A1网和A2网的隔离刀闸和断路器的虚端子信息经过图像处理后，反馈给人机交互模块，使得人机交互模块对A1网和A2网的当前刀闸位置信息进行可视化展示。
6.根据权利要求1所述的母差位置指示装置，其特征在于，存储模块存储的打时标报文达到预置条数后，新增的打时标报文自动按时间顺序覆盖前面的打时标报文。
7.根据权利要求1所述的母差位置指示装置，其特征在于，人机交互模块以主接线图和主接线分支图的方式展示A1网和A2网的当前刀闸位置信息，主接线图和主接线分支图支持切换显示。
8.根据权利要求1所述的母差位置指示装置，其特征在于，在人机交互模块中弹出告警信号时，在告警界面显示异常的刀闸通道信息。
9.一种母差位置指示系统，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的母差位置指示装置，还包括：交换机、智能终端和智能变电站；
智能变电站与智能终端连接，智能终端与交换机连接，交换机与母差位置指示装置连接。
10.根据权利要求9所述的母差位置指示系统，其特征在于，还包括母线保护装置，母线保护装置与交换机连接。
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