CN203057174U - 一种智能变电站动态数据记录装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能变电站动态数据记录装置，其包括：接收来自智能变电站信号的若干个扩展单元、对扩展单元的输出进行综合分析的若干个记录分析单元、和接收记录分析单元的输出并提供人机操作功能的管理单元。本实用新型实现了对一次系统信号和二次报文信号的综合信号进行综合分析，给运行、维护、调试和事故检修带来极大的便利，缩短了故障排除时间，提高了智能变电站的供电质量。

Description

一种智能变电站动态数据记录装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统信号数据监测及记录，具体涉及一种智能变电站动态数据记录装置。

背景技术

公告号为CN201966689的中国实用新型专利公开了一种用于智能变电站的网络报文监测及故障录波一体化装置，包括信号接入单元、信号处理分析单元和信息输出单元；所述信号接入单元用于接收智能变电站的含有一次系统信号和二次报文信号的综合信号并传送给所述的信号处理分析单元；所述信号处理分析单元用于对所述智能变电站的综合信号进行分析；所述信息输出单元用于将经过信号处理分析单元对综合信号分析后的包括告警信号在内的综合信号分析结果进行输出。该实用新型的信号接收单元包括100M的光以太网接入电路、IEC60044-8报文数据接入电路和对时信号接入电路；信号处理分析单元包括两个CPU系统，第一CPU系统通过FPGA与信号接收单元连接并完成综合信号的解析、标记、告警、存储、功能配置文件处理和通信处理，而第二CPU系统与第一CPU系统通过以太网连接并完成暂态录波启动判据计算、暂态录波数据存储和转换COMTRADE格式以及故障测距；同时第一CPU系统和第二CPU系统均通过FPGA与信息输出单元连接并将数据处理结果发送给信息输出单元。

该实用新型专利存在如下问题：

1）信号接收单元只能接收100M光以太网，如果是1000M光以太网将无法接入，同时对于目前智能变电站点对点接入方式，有可能需要32个甚至更多的光口接入，而信号接收单元的端口数将无法满足现场实际的应用需要，只能采用扩充装置的方式进行配置，势必造成工程成本的提升。

2）信号处理分析单元中的第一CPU系统通过FPGA与信号接收单元连接，接收综合信号并处理，FPGA只是用于对信号报文进行解码和逻辑处理，实际报文接收能力还是依靠第一CPU系统的性能决定，在多端口网络报文的并发的情况下，势必造成信号报文的丢失，这样，后续的信号处理分析将毫无意义，或者说，该实用新型专利的信号处理能力无法达到国家标准的要求。

3）信号处理分析单元实际上是2套CPU系统协同工作，工作环节增加了，在处理结果的实时性上大大降低，并增加了软件逻辑的复杂度，也造成了系统稳定性的降低。

4）信号处理分析单元中采用常规的SATA硬盘进行数据存储，4块硬盘的容量远远无法满足国家标准的要求。而且磁盘的读写速度也会成为整个系统性能的瓶颈。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种智能变电站动态数据记录装置。

本实用新型的技术方案是：一种智能变电站动态数据记录装置，其包括：接收来自智能变电站信号的若干个扩展单元、对扩展单元的输出进行综合分析的若干个记录分析单元、和接收所述记录分析单元的输出并提供人机操作功能的管理单元。

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

所述扩展单元包括接收智能变电站信号的100M光以太网接入电路、支持电信号或光信号并接收北斗或GPS的IRIG-B码对时信号的对时信号接入电路、接收100M光以太网接入电路和对时信号接入电路的输出信号的FPGA扩展电路、以及与记录分析单元相连的1000M光以太网发送电路。

所述记录分析单元包括支持电信号和光信号的100M以太网接入电路、支持电信号或光信号并接收北斗或GPS的IRIG-B码对时信号的对时信号接入电路、1000M光以太网接入电路、核心处理系统、1000M电以太网发送电路、用于硬接点信号输入输出的DIO电路、和用于指示灯显示的LED电路，而所述管理单元通过1000M电以太网接入电路与多个记录分析单元的1000M电以太网发送电路相连接。

所述核心处理系统包括FPGA逻辑处理模块、CPU、内存、外部存储卡电路、压缩系统和SATA电路。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型通过FPGA实现了数据接收的协处理模块，既保证了装置具有很高的数据接入能力，又降低了CPU在数据接收过程中的资源消耗；同时，采用硬件压缩技术实现了数据的实时压缩，既提高了数据存储的容量和带宽，又降低了CPU在存储过程中的资源消耗，从而为CPU进行分析计算提供了更多的资源，大大提升了装置的处理性能。

本实用新型可以在线运行于智能变电站的现场中，可实时监测和预警智能变电站中二次网络的运行工况，记录二次网络中传递的实时数据，实现网络故障的诊断和定位；检测一次系统异常，记录一次系统波形数据，实现故障测距和故障复位。应用本实用新型的装置完全满足于国家对动态数据记录装置的性能和功能的要求，既替代了单一的网络记录分析或故障录波器，又方便智能变电站二次系统信息和一次系统信息的整合和综合分析，为智能变电站的故障诊断和定位提供了更便利和更专业的手段。

本实用新型是用于智能变电站动态数据记录的装置，既可以从合并单元（MU）和智能终端上直接点对点接入，也可以经过交换机集中组网接入；装置对所有流经其信号接入端口的信息进行实时捕捉、分析、标记、压缩和存储；通过从CID,SCD文件导入被测装置的配置信息，或人工输入被测装置的配置信息，然后以虚接线的方式设定被测信息与一次元件的关系，并整定暂态录波参数即可实现暂态录波功能。这样，该装置就实现了利用一个信号源，同时完成对二次网络健康状态的检测诊断告警和对一次系统故障的检测录波和告警；记录的数据具有统一的时间标签，具有内置的关联性，可以方便的完成一次和二次关联数据的自动整合、综合分析，快速定位故障。

在信号接入后，本实用新型提供如下功能：

1）支持智能变电站中IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC60044-8电压电流信号的接入；支持IEEE1588高精度时钟信号接入；

2）可实时检测和预警智能变电站二次网络系统的异常和故障，包括丢包、错序、重复、延迟、中断、编码无效、采样异常、同步异常、配置无效等。

3）可实时检测电力一次系统运行故障，包括短路、电压越限、电流越限，序量越限、频率越限等；可实时检测变电站中保护装置、智能开关等智能IED设备的运行状态，包括保护动作行为分析、智能开关位置、智能IED设备的自检信息。

4）可检测IEEE1588时钟运行状态，以及时钟异常对合并单元（MU）和保护装置的影响情况。

5）对监测的数据进行实时标记存储，可用于事后离线分析，分析功能包括网络状态分析，报文分析、网络异常定位、波形分析、保护动作行为分析、故障测距等。

6）可仿真回收装置记录下来的故障时段数据，还原故障现场。

本实用新型实现将一次系统的故障和二次网络系统的故障相结合进行综合分析，能够适应通过交换机镜像口接入方式和点对点接入方式进行信号数据接入，能够满足至少600Mbps网络数据的接入流量，通过高性能的硬件平台完成后续信号处理分析和故障录波计算功能，能够完成数据的快速和大容量的存储。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的功能方块图。

图2为本实用新型的接口布置图。

具体实施方式

实施例：参考图1-2所示，本实用新型提供了一种智能变电站动态数据记录装置的具体实施例，其包括接收来自智能变电站信号的若干个扩展单元1、对扩展单元1的输出进行综合分析的若干个记录分析单元2、和接收所述记录分析单元2的输出并提供人机操作功能的管理单元3。其中扩展单元1用于扩展网口数量，适用于点对点接入方式的变电站，接收智能变电站含有一次系统信号和二次报文信号的综合信号并通过1000M光以太网传送给记录分析单元2；记录分析单元2用于接收扩展单元1发送过来的综合信号，也可以通过自身的接口电路接收智能变电站的综合信号，并对综合信号进行综合分析，完成数据的存储；管理单元3接收记录分析单元2对综合信号进行综合分析后包括告警信号在内的分析结果，并提供友好的人机操作功能。扩展单元1的个数大于记录分析单元2的个数。扩展单元1与若干个合并单元10相连。

每个扩展单元1包括100M光以太网接入电路101、支持电信号或光信号的对时信号接入电路102、接收100M光以太网接入电路101和对时信号接入电路102的输出信号的FPGA扩展电路103、以及1000M光以太网发送电路104。其中100M光以太网接入电路101用于接收二次报文信号的SV（9-1,9-2）采样值报文和IEEE1588高精度时钟报文；对时信号接入电路102用于接收北斗或GPS的IRIG-B码对时信号；1000M光以太网发送电路104与记录分析单元2的1000M光以太网接入电路204相连接，用于将标定好精确时标的综合信号发送给记录分析单元2；FPGA扩展电路103用于与接入电路连接，接收综合信号，并对接收到的综合信号进行精确时钟标定。

每个记录分析单元2包括支持电信号和光信号的100M以太网接入电路201、支持电信号和光信号的对时信号接入电路202、1000M光以太网接入电路204、核心处理系统、1000M电以太网发送电路212、DIO电路203和LED电路211；支持电信号和光信号的100M以太网接入电路201用于接收二次报文信号的SV(9-1,9-2)采样值报文、GOOSE开关量报文、1588高精度时钟报文及MMS通信报文；对时信号接入电路202用于接收北斗或GPS的IRIG-B码对时信号；1000M光以太网接入电路204用于连接扩展单元1或直接连接交换机的1000M光镜像口；核心处理系统与各个接入电路相连接，用于对接收到的综合信号进行时钟标定、分析、告警、压缩、存储和管理，并根据解析出来的应用数据进行相应的暂态录波启动判据计算、暂态录波数据存储、转换成COMTRADE格式及故障测距；1000M电以太网发送电路212与管理单元的1000M电以太网接入电路301相连接，用于将对综合信号的综合分析结果发送给管理单元3；DIO电路203用于硬接点信号的输入输出，可用于告警信号的硬接点输出；LED电路211用于指示灯显示。记录分析单元2的100M以太网接入电路201与合并单元10相连，以获取SV(9-1,9-2)采样值报文；且100M以太网接入电路201与智能终端20相连，以获取GOOSE开关量报文，同时100M以太网接入电路201与保护装置30相连，以获取MMS通信报文。

核心处理系统包括FPGA逻辑处理模块205、CPU 208、内存206、外部存储卡电路207、压缩系统209和SATA电路210；FPGA逻辑处理模块205用于与接入电路连接，对综合信号进行精确时钟标定，采用两片内存对报文信号进行交替缓存，通过高速内部总线（PCIE）采用DMA方式上送CPU 208；CPU208用于对综合信号进行在线分析、告警及与管理单元之间的通信，同时完成应用数据的暂态录波启动判据计算、暂态录波数据存储、转换成COMTRADE格式及故障测距；内存206用于对程序以及处理数据进行缓存；外部存储卡电路207用于存储系统和程序执行代码，优选为CF卡；压缩系统209与CPU 208配合完成数据的实时压缩；所述SATA电路210用于硬盘控制以实现海量数据的存储。

管理单元3通过1000M电以太网接入电路301与多个记录分析单元相连接，实现了对这些记录分析单元的数据查询、信息配置和管理。

工作时，进行如下步骤：

首先扩展单元1进行网络数据捕捉，精确时钟标定，时钟同步频率同步；

然后记录分析单元2进行解码、检查、在线分析、存储、告警、暂态录波启动判据算法；

接着管理单元进行系统配置、实时挂牌告警、状态监视、报文监视、波形监视、数据检索和提取、故障测距、简报

最后进行离线分析，并包括报文分类、异常报文定位、分析简报、原始数据分析、SV分析、GOOSE分析、MMS分析、PTP分析、保护动作行为分析、故障测距、现场仿真回放等，其中SV分析包括报文结构、波形、时间均匀度等内容，GOOSE分析包括报文结构、波形、事件等内容，MMS分析包括报文结构、过程、事件等内容，PTP分析包括报文结构、过程等内容。

本实用新型通过FPGA实现了数据接收的协处理模块，既保证了装置具有很高的数据接入能力，又降低了CPU在数据接收过程中的资源消耗；同时，采用硬件压缩技术实现了数据的实时压缩，既提高了数据存储的容量和带宽，又降低了CPU在存储过程中的资源消耗，从而为CPU进行分析计算提供了更多的资源，大大提升了装置的处理性能。

本实用新型可以在线运行于智能变电站的现场中，可实时监测和预警智能变电站中二次网络的运行工况，记录二次网络中传递的实时数据，实现网络故障的诊断和定位；检测一次系统异常，记录一次系统波形数据，实现故障测距和故障复位。应用本实用新型的装置完全满足于国家对动态数据记录装置的性能和功能的要求，既替代了单一的网络记录分析或故障录波器，又方便智能变电站二次系统信息和一次系统信息的整合和综合分析，为智能变电站的故障诊断和定位提供了更便利和更专业的手段。

本实用新型的用于智能变电站动态数据记录的装置，既可以从合并单元（MU）和智能终端上直接点对点接入，也可以经过交换机集中组网接入；装置对所有流经其信号接入端口的信息进行实时捕捉、分析、标记、压缩和存储；通过从CID,SCD文件导入被测装置的配置信息，或人工输入被测装置的配置信息，然后以虚接线的方式设定被测信息与一次元件的关系，并整定暂态录波参数即可实现暂态录波功能。这样，该装置就实现了利用一个信号源，同时完成对二次网络健康状态的检测诊断告警和对一次系统故障的检测录波和告警；记录的数据具有统一的时间标签，具有内置的关联性，可以方便的完成一次和二次关联数据的自动整合、综合分析，快速定位故障。

在信号接入后，本实用新型提供如下功能：

1）支持智能变电站中IEC61850-9-1、IEC61850-9-2、IEC60044-8电压电流信号的接入；支持IEEE1588高精度时钟信号接入；

2）可实时检测和预警智能变电站二次网络系统的异常和故障，包括丢包、错序、重复、延迟、中断、编码无效、采样异常、同步异常、配置无效等。

3）可实时检测电力一次系统运行故障，包括短路、电压越限、电流越限，序量越限、频率越限等；可实时检测变电站中保护装置、智能开关等智能IED设备的运行状态，包括保护动作行为分析、智能开关位置、智能IED设备的自检信息。

4）可检测IEEE1588时钟运行状态，以及时钟异常对合并单元（MU）和保护装置的影响情况。

5）对监测的数据进行实时标记存储，可用于事后离线分析，分析功能包括网络状态分析，报文分析、网络异常定位、波形分析、保护动作行为分析、故障测距等。

6）可仿真回收装置记录下来的故障时段数据，还原故障现场。

本实用新型实现将一次系统的故障和二次网络系统的故障相结合进行综合分析，能够适应通过交换机镜像口接入方式和点对点接入方式进行信号数据接入，能够满足至少600Mbps网络数据的接入流量，通过高性能的硬件平台完成后续信号处理分析和故障录波计算功能，能够完成数据的快速和大容量的存储。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能变电站动态数据记录装置，其特征在于其包括：接收来自智能变电站信号的若干个扩展单元（1）、对扩展单元（1）的输出进行综合分析的若干个记录分析单元（2）、和接收所述记录分析单元（2）的输出并提供人机操作功能的管理单元（3）。

2.根据权利要求1所述的一种智能变电站动态数据记录装置，其特征在于：所述扩展单元（1）包括接收智能变电站信号的100M光以太网接入电路（101）、支持电信号或光信号并接收北斗或GPS的IRIG-B码对时信号的对时信号接入电路（102）、接收100M光以太网接入电路（101）和对时信号接入电路（102）的输出信号的FPGA扩展电路（103）、以及与记录分析单元（2）相连的1000M光以太网发送电路（104）。

3.根据权利要求2所述的一种智能变电站动态数据记录装置，其特征在于：所述记录分析单元（2）包括支持电信号和光信号的100M以太网接入电路（201）、支持电信号或光信号并接收北斗或GPS的IRIG-B码对时信号的对时信号接入电路（202）、1000M光以太网接入电路（204）、核心处理系统、1000M电以太网发送电路（212）、用于硬接点信号输入输出的DIO电路（203）、和用于指示灯显示的LED电路（211），而所述管理单元（3）通过1000M电以太网接入电路（301）与多个记录分析单元的1000M电以太网发送电路（212）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能变电站动态数据记录装置，其特征在于：所述核心处理系统包括FPGA逻辑处理模块（205）、CPU（208）、内存（206）、外部存储卡电路（207）、压缩系统（209）和SATA电路（210）。

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