CN203590247U - 智能电网网络报文采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能电网网络报文采集装置，包括一个以上数据采集接口、一个以上千兆网络接口和数据处理器，数据采集接口和千兆网络接口分别连接到数据处理器；还包括连接到数据处理器的逻辑控制器，以及连接到逻辑控制器的单片机；逻辑控制器还分别连接有IRIG-B码输入接口、告警接口和显示单元。还设置了分别连接到逻辑控制器的PPS信号输出接口、TOD报文输出接口和IRIG-B码输出接口以及PTP对时模块。本实用新型实现了对智能电网过程层/间隔层/站控层和GOOSE网络的智能电子设备的数据采集、时戳、过滤和汇聚，解决了采集点多、数据量大、干扰多导致网络分析仪、网络记录装置接收数据困难及存储量大的问题，取得了有益的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能电网数据采集技术领域，具体而言是一种智能电网网络报文采集装置。
背景技术
智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标；电网智能化的解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。电网智能化的六大方面：智能化变电站、发电、智能输电、智能配电网、智能用电和智能调度。
智能电网中主流自动化系统均以网络化通信方式实现设备与系统、系统与系统之间的互联，网络通信过程的记录对于掌握智能电网设备与系统、系统与系统的运行状况及其交互过程，实现自动化系统网络的故障早期预警、事故后故障分析定位及测试等功能具有重要意义。
智能电网的自动化系统由各种智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)组成，设备之间通过通信网络实现信息共享，减少了传统电网中的各种信号电缆，系统结构简化。这样既保证了系统的可靠性又提高了经济性。智能电网自动化系统之间的交互也以网络方式为主，其交互程度随着基础数据采集平台的建立大为加强。智能电网数据网络传输方式的建立在提高电力系统通信能力的同时也提高了通信的复杂度，同时通信协议也由传统的串口协议升级为包括 TCP/IP、MMS、IEC61850、IEC61970 等协议，这给系统调试和维护带来了很大的变化。当前智能电网，如智能变电站中面临通信过程检验手段不足的问题，尤其是缺乏完善的网络通信信息记录、分析、诊断、告警的产品。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种智能电网网络报文采集装置，以解决智能电网通信中，数据量大，干扰多，网络采集点多导致网络分析仪、网络记录装置接收数据困难，存储量大和网络包时戳精度的问题。
实现本实用新型目的的技术方案是：一种智能电网网络报文采集装置，包括一个以上数据采集接口、一个以上千兆网络接口和数据处理器，数据采集接口和千兆网络接口分别连接到数据处理器；还包括连接到数据处理器的逻辑控制器，以及连接到逻辑控制器的单片机；逻辑控制器还分别连接有IRIG-B码输入接口、告警接口和显示单元。其中，数据采集接口采用百兆光接口或百兆电接口，也可以采用千兆光接口或千兆电接口；IRIG-B码输入接口根据需要选用光IRIG-B码输入接口或电IRIG-B码输入接口。数据采集接口采用的芯片型号是DP83620，千兆网络接口采用的芯片型号是ET1101，数据处理器采用型号为XC6LX100T的FPGA构成，逻辑控制器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成，单片机的型号为STC89LE58RD。
上述技术方案中，还设置了分别连接到逻辑控制器的PPS（pulse per second，秒脉冲）信号输出接口、TOD（Time of Day，日时间）报文输出接口和IRIG-B码输出接口，用来为其它设备提供对时信号。其中，IRIG-B码输出接口也可以根据需要采用光IRIG-B码输出接口或电IRIG-B码输出接口。
为满足IEC 61850对IEEE 1588（也称PTP）网络对时的要求，还设置了PTP （Precision Time Protocol，网络测控系统精确时钟同步协议）对时模块。PTP对时模块包括DM9000网络接口、CPU和接口处理器；DM9000网络接口连接到CPU，接口处理器的输入端连接到CPU，输出端分别连接到单片机和逻辑控制器。其中，CPU的型号是AT91RM9200，接口处理器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成。
本实用新型的优点在于：1、处理能力强，能够处理800Mbit/s的数据流量；2、采集性能高，每个采集接口能独立采集100Mbit/s的数据；3、对时精确度高，能达到1us；4、守时精度高，24小时守时偏差小于50ms。
本实用新型实现了对智能电网过程层/间隔层/站控层和GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件）网络的智能电子设备的数据采集、时戳、过滤和汇聚，解决了采集点多、数据量大、干扰多导致网络分析仪、网络记录装置接收数据困难及存储量大的问题，取得了有益的技术效果。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的系统结构图。
图2是本实用新型的PTP对时模块的一个实施例的结构图。
具体实施方式
如图1所示，智能电网网络报文采集装置，包括16个数据采集接口、2个千兆网络接口和数据处理器，数据采集接口和千兆网络接口分别连接到数据处理器；还包括连接到数据处理器的逻辑控制器，以及连接到逻辑控制器的单片机；逻辑控制器还分别连接有IRIG-B码输入接口、告警接口和显示单元。其中， IRIG-B码输入接口可以根据需要采用光IRIG-B码输入接口或电IRIG-B码输入接口。数据采集接口通过百兆光/电网口或千兆光/电网口分别采集智能电网终端设备的数据，发送给数据处理器。数据处理器完成对数据的组包，打时戳（精准时标），数据压缩，数据包过滤，错误处理的功能。千兆网络接口将数据处理器处理后的报文数据发送给其他装置（例如网络数据分析终端或网络存储器），也可以接收其他装置的数据，完成对外的通信。IRIG-B码输入接口接收外部时间信号，由逻辑控制器和单片机配合完成完成接收外部时间更新自身时间的功能。逻辑控制器和单片机还负责处理告警信号和显示信号，通过告警接口输出自检告警信号和失电告警信号，通过显示单元完成时间显示、数据采集接口采集端口连接指示、千兆网络接口连接指示、对时信号连接和同步指示以及系统工作状态指示。数据采集接口采用的芯片型号是DP83620，千兆网络接口采用的芯片型号是ET1101，数据处理器采用型号为XC6LX100T的FPGA（Field－Programable Gate Array，现场可编程门阵列）构成，逻辑控制器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成，单片机的型号为STC89LE58RD。
为了给其它网络设备提供对时信号，本装置还设置了分别连接到逻辑控制器的PPS信号输出接口、TOD报文输出接口和IRIG-B码输出接口。IRIG-B码输出接口可以根据需要采用光IRIG-B码输出接口或电IRIG-B码输出接口。
为达到精确对时，还设置了PTP 对时模块供选用。PTP对时模块包括DM9000网络接口、CPU和接口处理器；DM9000网络接口连接到CPU，接口处理器的输入端连接到CPU，输出端分别连接到单片机和逻辑控制器。其中，DM9000用于接收PTP时间报文，传送给CPU；CPU用于实现PTP协议；接口处理器将CPU处理的时间结果转换为IRIG-B信号或TOD报文，分别传送到逻辑控制器或单片机。CPU的型号是AT91RM9200，接口处理器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成。
装置的功能和参数：
装置功能：
报文记录/故障录波/PMU/站域保护/站域测控/网络流量监测/智能站仿真培训系统等应用：将100M网口收到的网络包打上精确时戳（时间分辨率为1us）、标明100M网口号，然后转发至指定的千兆网口；转发前可以将小包“组装”成大包（如1518字节的标准帧或者9014字节以内的巨帧）以降低接收方（如嵌入式工控机）的系统负担，转发前还可以根据需要进行必要的“预处理”（如网络包过滤、解析、数据组织等）；
视频监控应用：将100M网口收到的网络包直接转发至指定的千兆网口，支持千兆网口往100M网口下发网络包（一般用于云台控制、智能摄像头的参数设置等）；可通过网络为智能摄像头和视频处理程序提供高精度的时间同步/统一服务；
其他应用：通过调整FPGA逻辑程序，可以作为定制功能的网络交换机、智能站合并单元等使用；
工作电源：90～300VDC/120～265VAC交直流通用；双电源冗余热备用可选；
告警输出：2路继电器，触点容量30VDC3A或250VAC3A；电源消失告警和装置异常告警各1路。
Claims (9)
1.一种智能电网网络报文采集装置，其特征在于，包括一个以上数据采集接口、一个以上千兆网络接口和数据处理器，所述数据采集接口和千兆网络接口分别连接到数据处理器；还包括连接到数据处理器的逻辑控制器，以及连接到逻辑控制器的单片机；所述逻辑控制器还分别连接有IRIG-B码输入接口、告警接口和显示单元。
2.根据权利要求1所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，所述数据采集接口为百兆光接口或百兆电接口。
3.根据权利要求1所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，所述数据采集接口为千兆光接口或千兆电接口。
4.根据权利要求1所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，所述IRIG-B码输入接口为光IRIG-B码输入接口或电IRIG-B码输入接口。
5.根据权利要求1所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，还包括分别连接到逻辑控制器的PPS信号输出接口、TOD报文输出接口和IRIG-B码输出接口。
6.根据权利要求5所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，所述IRIG-B码输出接口为光IRIG-B码输出接口或电IRIG-B码输出接口。
7.根据权利要求1所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，所述数据采集接口采用的芯片型号是DP83620，所述千兆网络接口采用的芯片型号是ET1101，所述数据处理器采用型号为XC6LX100T的FPGA构成，所述逻辑控制器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成，所述单片机的型号为STC89LE58RD。
8.根据权利要求1所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，还包括PTP对时模块；所述PTP对时模块包括DM9000网络接口、CPU和接口处理器；所述DM9000网络接口连接到CPU，所述接口处理器的输入端连接到CPU，输出端分别连接到单片机和逻辑控制器。
9.根据权利要求8所述的智能电网网络报文采集装置，其特征在于，所述CPU的型号是AT91RM9200，所述接口处理器采用型号为XC3S350AN的FPGA构成。
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