CN203233236U - 数字式保护测控一体化装置 - Google Patents

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赵家庆
黄晋荣
陆玉军
陈颢
王伏亮
钱科军
谢夏寅
潘晓明
丁宏恩
杨洪
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Suzhou Power Supply Co Ltd of Jiangsu Electric Power Co
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种数字式保护测控一体化装置，主DSP板、扩展采样值输入板分别与数字式采样值接收处理模块相连，通讯COM板、扩展GOOSE板、液晶显示板分别与通讯接口处理模块相连，开关量输入板、开关量输出板分别与开关量接收处理模块、开关量输出控制模块相连，数字式采样值接收处理模块、通讯接口处理模块、开关量接收处理模块、开关量输出控制模块分别与嵌入式系统CPU通讯连接，实现了一次设备的保护/测量电量的数字化采集、设备安全防护、一次设备状态量的采集以及开关刀闸等的控制，能够灵活接入智能变电站间隔层、站控层网络中，减少了站内设备数量，降低了变电站检修、维护成本，提高了智能变电站的可靠性和运行稳定性。

Description

数字式保护测控一体化装置
技术领域
本实用新型属于电力系统智能变电站技术领域，涉及一种数字式保护测控一体化装置。
背景技术
近年来，信息通信和自动化技术在电网监控和运行管理中得到了越来越广泛的应用，信息技术与传统电力技术的有机融合，极大地提升了电网的智能化水平。为加快坚强智能电网建设，国家电网公司相继推出了《智能变电站技术导则》、《智能变电站继电保护技术规范》、《变电站智能化改造技术规范》等一系列智能变电站建设和实施的技术相关标准，为提高变电设备的自动化水平，实现变电站数字化、智能化，提供了良好的技术支持和理论依据。
根据IEC 61850《变电站通信网络和系统》系列标准和国家电网公司智能电网建设相关标准，智能化变电站可分为“过程层”、“间隔层”、“站控层”三个层次结构，主要有以下几个特征：全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。
传统变电站电压电流等电量、开关位置信号、一次设备运行状态等信号，均以传统信号电缆的形式与保护测控装置接口，二次设备之间传输信号也以信号电缆连接为主，二次系统的安全性取决于站内设备抗电磁干扰的能力。智能变电站内，所有电量信号和开关量信息均采用光纤网络进行传输，无传统电缆的二次负载、回路压降、开路短路等各种问题，采样精度也得到了提升，既可提高信号传输的实时性，又可以提高系统的抗干扰能力。
因此，相对应的，智能变电站内采用合并单元和智能单元装置进行电量和开关量等信号的数字化采集，保护测控装置的传统CTPT模拟量/开关量接口也必须随之更换为数字式以太网接口，以满足智能变电站保护测控装置功能的数字式接入需求，这样，对于保护测控装置的接口要求以及功能设计上有了极大的改变和提升。
保护测控装置与综自后台或总控单元的通讯由传统的CAN口、103规约变更为统一的基于IEC 61850的MMS规约。装置应严格按照IEC 61850标准进行数据建模，满足标准中规定的互操作性的要求。
采用数字化传输后，如果仍然采用保护、测控功能分开的装置，站内二次设备数量较多，易导致变电站的网络结构复杂，前期变电站建设、安装调试不便，后期检修、维护的成本也高，运行安全性和可靠性相对较低。
实用新型内容
为解决以上问题，本实用新型提供一种面向智能变电站的数字式保护测控一体化装置，以同时实现对一次设备的保护/测量电量的数字化采集以及一次设备安全防护功能，实现对智能变电站一次设备状态量的智能采集以及开关刀闸等的智能控制，减少了站内设备数量，简化了站内网络结构配置，提高智能变电站可靠性和安全运行水平。
为实现上述发明目的，本实用新型采取的技术方案是:
一种数字式保护测控一体化装置，包括主DSP板、扩展采样值输入板、开关量输入板、开关量输出板、通讯COM板、扩展GOOSE板、电源板、液晶显示板。主DSP板、扩展采样值输入板分别与数字式采样值接收处理模块相连，通讯COM板、扩展GOOSE板、液晶显示板分别与通讯接口处理模块相连，开关量输入板与开关量接收处理模块相连，开关量输出板与开关量输出控制模块相连，数字式采样值接收处理模块、通讯接口处理模块、开关量接收处理模块、开关量输出控制模块分别与嵌入式系统通讯连接，实现保护测控功能集成。
所述数字式采样值接收处理模块，包括主DSP板、扩展采样值输入板，所述数字式采样值接收处理模块通过背板高速总线与嵌入式系统CPU通讯，通过主DSP板、扩展采样值输入板采集接入外部来的通常为过程层传输的SV采样值（IEC 61850-9-1或9-2）数据，将采样值数据计算转换后存储在缓存数据窗单元中。
所述通讯接口处理模块，包括通讯COM板、扩展GOOSE板、液晶显示板，所述通讯COM板和扩展GOOSE板通过背板高速总线与嵌入式系统CPU相连，接收外部来的GOOSE信号，并发出相应的保护跳合闸、遥控分合闸等GOOSE命令；以IEC 61850标准的MMS协议与站控层网络上的SCADA系统进行通讯，实现遥信、遥测等信息的通讯上传；通讯接口处理模块与液晶显示板间采用高速SPI接口通讯，实现保护、测量、告警等相关信息的显示，并完成功能按键的人机交互响应。
所述开关量接收处理模块，通过背板高速总线与嵌入式系统CPU相连，将开关量信号转化为数字量存储在相应的缓存单元中，并传送至系统CPU中进行保护测控功能的处理。
所述开关量输出控制模块，通过背板高速总线与嵌入式系统CPU相连，接收系统CPU发送来的控制命令，将其转化为继电器节点输出。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的数字式保护测控一体化装置，以实现对智能变电站中一次设备的电量的数字化采集和安全防护功能，同时了实现对智能变电站一次设备状态量的智能采集以及开关刀闸等的智能控制，并能够顺利接入智能变电站站控层网络以及过程层SV采样值和GOOSE网络中，有效减少了站内设备数量，提高了设备集成度，降低了变电站建设及后期检修、维护成本，提高智能变电站可靠性和安全运行水平。
附图说明
图1是数字式保护测控一体化装置系统架构图；
图2是数字式保护测控一体化装置背板图；
图3是数字式保护测控一体化装置通讯方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作具体的介绍。
图1是本实用新型数字式保护测控一体化装置系统架构图。
如图1所示，数字式保护测控一体化装置包括数字式采样值接收处理模块、通讯接口处理模块、开关量接收处理模块、开关量输出控制模块，数字式采样值接收处理模块通过主DSP板或扩展采样值输入板采集过程层点对点或交换机网络来的SV采样值（电压电流等）电量信号，开关量接收处理模块通过开关量输入板采集硬接点开关量状态信息；开关量输出控制模块接收CPU传送过来的保护跳合闸、遥控分合闸等命令信号，通过开关量输出板转换执行为遥控硬节点输出；通讯接口处理模块具有多路以太网通讯接口，可通过站控层以太网网络与SCADA系统进行通讯，也可通过过程层以太网网络，用光纤点对点或者光纤交换机网络方式与智能终端、其它保护测控装置等二次设备间进行GOOSE遥信等数据交互。
图2是本实用新型数字式保护测控一体化装置背板图。
如图2所示，本实用新型数字式保护测控一体化装置包括如下板件：
电源板（POWER板），电源输入为宽范围交直流110~220V。
主DSP板（DSP板），通过板上2路数字式以太网光纤接口，接收外部来的采样值点对点（支持IEC 61850-9-1、9-2协议）、采样值组网（支持IEC 61850-9-2协议）数据，根据规约标准规定转换为二次标准信号传入嵌入式系统CPU中进行下一步采集计算。
扩展采样值输入板（扩展SMP板），通过板上4路数字式以太网光纤接口，接收外部来的采样值点对点（支持IEC 61850-9-1、9-2协议）、采样值组网（支持IEC 61850-9-2协议）数据，根据规约标准规定转换为二次标准信号传入嵌入式系统CPU中进行下一步计算。此板可现场根据需要进行配置。
开关量输入板（DI板），采用无源节点，将直流110V/220V遥信信号转换为标准小电压信号，通过光耦隔离，送入CPU中进行处理。
开关量输出板（DO板），将主CPU板发送过来的分合闸控制命令，通过光耦隔离转换为相应的脉冲输出，再通过继电器转换为无源节点信号输出。
通讯COM板（COM板），通过板上2路以太网光纤接口，接收外部来的GOOSE保护跳合闸、遥控分合闸命令，将信号输出至嵌入式CPU中进行综合处理；接收嵌入式CPU传来的跳闸、控制、告警等信号，将其转为GOOSE信号通过光纤以太网接口发送出去；通过板上2路站控层以太网网络接口ETH3、ETH4，与SCADA系统、远动通信单元等进行通讯，传输遥信、遥测等站内“四遥”信息；与液晶显示板间进行通讯，实现保护、测量、告警等相关信息的显示，并完成功能按键的人机交互响应。
扩展GOOSE板（GOOSE板）, 通过板上4路以太网光纤接口，接收外部来的GOOSE保护跳合闸、遥控分合闸命令，将信号输出至嵌入式CPU中进行综合处理；接收嵌入式CPU传来的跳闸、控制、告警等信号，将其转为GOOSE信号通过光纤以太网接口发送出去。此板可现场根据需要配置。
图3是本实用新型数字式保护测控一体化装置内部通讯方式示意图。
如图3所示，嵌入式系统CPU通过高速HLVDS数据总线与采样值接收处理模块通讯，采样值接收处理模块采用光纤以太网接口通讯，通过主DSP板和扩展采样值板采集过程层点对点或组网传输的SV采样值数据；嵌入式系统CPU通过高速HLVDS数据总线方式与开关量接收处理模块通讯，采集硬接点开关量状态信息；嵌入式系统CPU通过高速HLVDS控制总线方式与开关量接收处理模块通讯，接收执行CPU传送过来的遥控输出信号；嵌入式系统CPU通过高速HLVDS数据控制总线方式与通讯接口处理模块通讯，通过站控层以太网网络与SCADA系统进行通讯，通过通讯COM板和扩展GOOSE板上的过程层光纤以太网接口与智能终端或其它二次设备间进行GOOSE遥信等数据交互；通讯接口处理模块与液晶显示板间采用高速SPI接口通讯，实现相关信息的显示和人机交互功能。
上述实例不以任何形式限定本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数字式保护测控一体化装置，其特征在于：包括主DSP板、扩展采样值输入板、开关量输入板、开关量输出板、通讯COM板、扩展GOOSE板、电源板、液晶显示板；主DSP板、扩展采样值输入板分别与数字式采样值接收处理模块相连，通讯COM板、扩展GOOSE板、液晶显示板分别与通讯接口处理模块相连，开关量输入板与开关量接收处理模块相连，开关量输出板与开关量输出控制模块相连，数字式采样值接收处理模块、通讯接口处理模块、开关量接收处理模块、开关量输出控制模块分别与嵌入式系统通讯连接。
2.根据权利要求1所述的数字式保护测控一体化装置，其特征在于：所述数字式采样值接收处理模块，包括主DSP板、扩展采样值输入板，所述数字式采样值接收处理模块通过高速总线与嵌入式系统CPU通讯，通过主DSP板、扩展采样值输入板采集过程层传输的SV采样值数据，将采样值数据计算转换后存储在缓存数据单元中。
3.根据权利要求1所述的数字式保护测控一体化装置，其特征在于：所述通讯接口处理模块，包括通讯COM板、扩展GOOSE板、液晶显示板，所述通讯COM板和扩展GOOSE板通过背板高速总线与嵌入式系统CPU相连；通讯接口处理模块与液晶显示板间采用高速SPI接口通讯。
4.根据权利要求1所述的数字式保护测控一体化装置，其特征在于：所述开关量接收处理模块，通过背板高速总线与嵌入式系统CPU相连，将开关量信号转化为数字量存储在相应的缓存单元中，并传送至系统CPU中进行保护测控处理。
5.根据权利要求1所述的数字式保护测控一体化装置，其特征在于：所述开关量输出控制模块，通过背板高速总线与嵌入式系统CPU相连，接收系统CPU发送来的控制命令，将其转化为继电器节点输出。
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