CN205453290U

CN205453290U - 智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置

Info

Publication number: CN205453290U
Application number: CN201520961178.2U
Authority: CN
Inventors: 肖燕; 刘俊; 蔡晓鹏; 祝君剑; 薛军; 王超; 张汉雄; 周艳红; 金芳
Original assignee: Beijing Paike Shenghong Electronic Technology Co ltd; Gandongbei Power Supply Branch State Grid Jiangxi Electric Power Co; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Current assignee: Beijing Paike Shenghong Electronic Technology Co ltd; Gandongbei Power Supply Branch State Grid Jiangxi Electric Power Co; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-11-28
Filing date: 2015-11-28
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2025-11-28

Abstract

本实用新型公开了一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，涉及电力监测设备领域，该装置在服务器端按照IEC61850标准要求统一建立IEC61850模型，设有具有相同硬件平台的故障录波逻辑模块及PMU逻辑模块，按照IEC61850-6实现系统配置，并形成独立使用的配置工具，实现了电力系统故障情况下的数据记录，实现了对电力系统重要的变电站和发电厂进行同步相量测量，构建智能变电站继电保护工作状态实时动态监测系统，加强对电力系统动态安全稳定的监控，提高调度机构准确把握系统运行状态的能力。本装置可以广泛用于线路录波、主变录波，机组录波，及重要厂站同步相量测量等场合。

Description

智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置

技术领域

本实用新型涉及电力监控设备领域，特别涉及一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置。

背景技术

2007年中国正式采用IEC61850为电力行业标准，着手改变二次设备数据重复采集，缺乏数据集成和处理，缺乏信息交换和共享的现状。现有变电站内录波器，可以在IED设备间的数据集成和信息交换中为用户决策及时、准确提供保障，但只是在故障情况下向主站发送数据，不能对电力系统运行状态进行监测；同步相量测量（PhasorMeasurementUnit，简称PMU)可以实时监测到系统运行状态，但记录的数据也只是稳态量，且记录频率低，反映线路故障真实情况欠佳。目前尚未见有将具有相同的硬件平台的故障录波和PMU按照IEC61850标准进行统一建模，实现互联电网的动态过程实时监测与记录的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，将故障录波与PMU在IEC61850框架下集成在同一装置，以方便实现智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置采用客户-服务器架构，管理机为客户端，在服务器端按照IEC61850标准要求统一建立IEC61850模型，按照IEC61850-7建模，设有具有相同硬件平台的故障录波逻辑模块及PMU逻辑模块；所述服务器通过以太网和多个客户端同时通讯，服务器端的采集部分接收模拟信号或数字信号；所述客户端对与客户请求有关的模型进行映射；所述服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接，通讯协议符合IEC61850-8，映射为MMS服务，按照IEC61850-6实现系统配置，并形成独立使用的配置工具。

优选的，所述服务器端设有包括采集板、模拟信号输入板和数字信号输入板的采集信号复用电路。

优选的，所述服务器端设有包括GPS对时板的系统统一同步时钟电路。

优选的，所述故障录波逻辑模块包括按照IEC61850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节占：一个LPHD物理装置信息逻辑节点，—个LLNO逻辑节点，—个RDRE扰动记录功能逻辑节点，至少一个RADR扰动记录模拟量通道逻辑节点，每一个模拟量通道对应一个，至少一个RBDR扰动记录状态量通道逻辑节点，每一个状态量通道对应一个，至少一个RFLO故障定位逻辑节点，每一条线路对应一个。

优选的，所述故障录波逻辑模块包括以下IEC61850扩展逻辑节点：一个扰动记录系统频率量逻辑节点，至少一个扰动记录系统电压量逻辑节点，每一个系统电压量对应一个，至少一个扰动记录电流量逻辑节点，每一个电流量对应一个，至少一个扰动记录变压器逻辑节点，每一台主变压器对应一个。

优选的，所述采集板，包括带有SDRAM、FLASH的DSP模块、FPGA-I采集控制模块和FPGA-2时间控制模块。

优选的，所述模拟信号输入板包括级联的模拟量检测模块、AD采样模块、FPGA-3，以及提供电源的电源检测模块；所述数字信号输入板包括网络处理器、光纤收发模块、PCI网卡、FPGA-4、FLASHBOOTROM、DDRRAM和RS232驱动器；所述客户端为任何PC机或工业计算机。

采用以上技术方案的有益效果是：该智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置根据IEC61850标准将故障录波和同步相量测量分别建模为不同的逻辑设备，既实现了电力系统故障情况下的数据记录，也实现了对电力系统重要的变电站和发电厂进行同步相量测量，进而构建智能变电站继电保护工作状态实时动态监测系统，以加强对电力系统动态安全稳定的监控，提高调度机构准确把握系统运行状态的能力。本发明装置可以广泛用于线路录波、主变录波，机组录波，及重要厂站同步相量测量等各种应用场合。在工程应用时只需根据需要对软件进行简单的配置即可，无需任何复杂的操作，工程应用非常方便灵活。可以产生高精度同步时钟，对时精度小于1μs,守时精度小于10ms/24h；具备灵活可靠的组网及数据远传方式，采用标准IEC61850-8或103规约。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1是本实用新型一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置的结构原理图；

图2是图1中的采集板的原理框图；

图3是图1中的模拟信号输入板的原理框图；

图4是图1中的数字信号输入板的原理框图；

图5是图1中的GPS对时板的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置的优选实施方式。

图1至图5出示本实用新型一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置的具体实施方式：该智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置采用客户-服务器架构，管理机为客户端，在服务器端按照IEC61850标准要求统一建立IEC61850模型，按照IEC61850-7建模，设有具有相同硬件平台的故障录波逻辑模块及PMU逻辑模块，故障录波逻辑模块根据计算结果进行启动判断，如有启动则生成故障文件，记录暂态故障、动态数据，完成对录波数据的离线分析；PMU逻辑模块实现系统电压、电流相量相角和频率、功率在线测量以及同步相量测量，并对测量结果标记GPS时钟；所述服务器通过以太网和多个客户端同时通讯，服务器端的采集部分接收模拟信号或数字信号，进行实时运算；所述客户端对与客户请求有关的模型进行映射；所述服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接，通讯协议符合IEC61850-8，映射为MMS服务，按照IEC61850-6实现系统配置，并形成独立使用的配置工具。

故障录波逻辑模块，其组成包括按照IEC61850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节占.1)一个LPHD物理装置信息逻辑节点，用于描述本装置的物理信息；2)—个LLNO逻辑节点，用于访问故障录波逻辑设备的公用信息；3)—个RDRE扰动记录功能逻辑节点，用于描述故障录波功能；4)至少一个RADR扰动记录模拟量通道逻辑节点，每一个模拟量通道对应一个，所述逻辑节点用于描述故障记录的模拟量通道；5)至少一个RBDR扰动记录状态量通道逻辑节点，每一个状态量通道对应一个，用于描述故障记录的状态量通道；6)至少一个RFLO故障定位逻辑节点，每一条线路对应一个，用于在发生故障情况下定位线路故障的故障点。故障录波逻辑模块，其组成还包括以下IEC61850扩展逻辑节点：1)一个扰动记录系统频率量逻辑节点，用于发生系统频率发生越上限、越下限、突变故障时的处理；2)至少一个扰动记录系统电压量逻辑节点，每一个系统电压量对应一个，用于发生系统电压异常故障时的处理；3)至少一个扰动记录电流量逻辑节点，每一个电流量对应一个，用于发生系统电流异常故障时的处理；4)至少一个扰动记录变压器逻辑节点，每一台主变压器对应一个，用于发生变压异常故障时的处理。服务器的外部输入信号为GPS时钟和电压、电流信号，信号输入方式包括：1)模拟信号：经互感器传变过来的传统采样电压、电流模拟信号，及由并行电缆以空接点的形式接入的开关量信号；2)IEC61850-9-1数字信号和GOOSE信号：符合IEC61850-9-1串行单向多路点对点的数字信号和GOOSE信息网的GOOSE信号；3)IEC61850-9-2数字信号和GOOSE信号：符合IEC61850-9-2的数字信号和GOOSE报文，由过程总线综合传输。采集板包括带有SDRAM、FLASH的DSP模块、FPGA-I采集控制模块和FPGA-2时间控制模块。模拟信号输入板包括级联的模拟量检测模块、AD采样模块、FPGA-3，以及提供电源的电源检测模块；所述数字信号输入板包括网络处理器、光纤收发模块、PCI网卡、FPGA-4、FLASHBOOTROM、DDRRAM和RS232驱动器；所述客户端为任何PC机或工业计算机。

图1是本发明具体实施方式的系统结构图，图中给出两种信号输入方式：合并单元+GOOSE网，或是传统PT/CT传变的信号+开关量硬节点。

本具体实施方式在服务器端按照IEC61850标准要求统一建立IEC61850模型，设有具有相同硬件平台的故障录波逻辑模块及PMU逻辑模块，故障录波逻辑模块根据计算结果进行启动判断，如有启动则生成故障文件，记录暂态故障、动态数据，完成对录波数据的离线分析；PMU逻辑模块实现系统电压、电流相量相角和频率、功率在线测量以及同步相量测量，并对测量结果标记GPS时钟。既记录电力系统故障数据，也在无故障情况下连续测量与记录电力系统变电站和发电厂的同步相量，符合电力系统实时监测与暂态记录和动态记录在IEC61850框架下的一体化要求。

服务器通过以太网和多个客户端同时通讯，服务器端的采集部分接收模拟信号或数字信号，进行实时运算。客户端对与客户请求有关的模型进行映射。服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接，通讯协议符合IEC61850-8，映射为MMS服务，按照IEC61850-6实现系统配置，并形成独立使用的配置工具。

服务器端设有包括采集板、模拟信号输入板和数字信号输入板的采集信号复用电路。服务器端还设有包括GPS对时板的系统统一同步时钟电路。

如图2所示的采集板，包括带有SDRAM、FLASH的DSP模块、FPGA-I采集控制模块和FPGA-2时间控制模块。FPGA-I采集控制模块控制开关量、模拟量的采集；实现采样点打时标、启动计算、标识事件和测量同步相量；并通过HPI总线传输数据到监控板；FPGA-I采集控制模块直接连接背板采集总线，对所有模拟量及开关量进行同步采样，并将采集数据加上时标保存在内部缓冲区中，当内部缓冲区置满后向DSP发出中断，通知DSP取走采集数据。FPGA-2时间控制模块对接收到的时间信号进行解码，并对收到的时间滤波和守时，将处理后的时间通过8位数据总线发给FPGA-I采集控制模块。

如图3所示的模拟信号输入板，包括级联的模拟量检测模块、AD采样模块、FPGA-3，以及提供电源的电源检测模块。模拟量检测模块接收到32路的模拟信号以后，通过采样开关采取当前模拟信号，由采样保持器对信号进行保持，FPGA-3控制AD采样模块将每一路模拟信号转换为16位的数字信号，并将采集数据汇总后，通过16位数据总线上传给的FPGA-3进行处理。

如图4所示的数字信号输入板，包括网络处理器、光纤收发模块、PCI网卡、FPGA-4、FLASHBOOTROM、DDRRAM和RS232驱动器。采集板通过背板并行总线将符合IEC61850-9-1、IEC61850-9-2数字信号和GOOSE信号的配置数据写入FPGA-4内部的双口RAM中，数字信号输入板检测到配置数据有效后，根据配置信息指示由网络处理器集成的两个网络接口和PCI总线扩展的两个网络接口同时接收两路符合IEC61850-9-1、IEC61850-9-2数字信号和GOOSE信号一GOOSE报文和合并单元数据，再根据配置数据从报文中提取出系统需要的数据后进行整理，将数据放入双口RAM缓冲区，等待采集板读取。采集板读取后会设置相应的双口RAM单元反馈数字信号输入板已取走数据，由FPGA-4的CPU释放双口RAM缓冲区。即使有一路信号出错时，由于是同时接收两路，数据采集依然可以正确运行。

如图5所示的GPS对时板包括FPGA-5、CPU，提供系统统一的同步时钟。用于接收1PPS、miG-B、串行时间报文，利用输入时间信号驯服本地时钟，生成高精度的IPPSJRIG-B(DC)UOkHz基准时钟信号、IMHz基准时钟信号。卫星信号消失后，能够精确守时；卫星信号恢复后，能够自动切换到GPS对时方式。利用输入时间信号驯服本地时钟，再通过FPGA-5的逻辑运算输出高精度的时间频率信号。

FPGA-5采用Altera公司的EP2C8，利用数字锁相环和补偿算法来产生精确的1PPS.IRIG-B(DC)UOkHz基准时钟信号、IMHz基准时钟信号，并且通过SPI总线和CPU算法模块进行数据交换。CPU采用流明诺瑞的LM3S1601，用来接收外部串行报文信号和FPGA-5交换的数据，CPU驯服算法模块根据FPGA-5测量得到的相位偏差，控制OCXO得到一个高精度的标准IOMHz频率，然后FPGA-5中的PLL将IOMHz标准频率倍频到IOOMHz，这样FPGA-5内部可以产生分辨率为IOns频率基准。FPGA-5利用这个频率基准可以生成高精度的1PPS、IRIG-B(DC)UOkHz基准时钟信号、IMHz基准时钟信号。

监控板包括PC104Plus处理器模块，配置双网口，支持CF卡、硬盘，使用PCI到HPI的专用桥接芯片完成HPI访问。通过ISA总线通过CPLD译码，扩展8路继电器输出。PC104plus处理器模块通过PCI总线访问DSP的HPI接口，PCI总线与HPI总线之间的桥接芯片选用PCI2040。用于接受采集板传来的数据，完成录波格式转换、录波数据保存和启动原因分析；并与管理机通讯，通讯协议为用户定义的私有协议或IEC61850-8-1；同时实现记录动态数据、标识PMU事件、查找动态数据及PMU数据与管理机实时通信功能。

客户端采用嵌入式计算机EmC0RE_i85M(600M)，主要配置如下=Intel型CPU，主频可达600MHz；256MBDDRSDRAM；3个独立的100M以太网卡；支持PCI，PC/104,PC/104+等总线；支持6个232串口。用于实现ACSI处理、实时监测、离线分析、定值设定、运行控制、录波文件管理、事件检索及PMU数据及录波数据与主站实时通信。

以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置采用客户-服务器架构，管理机为客户端，在服务器端按照IEC61850标准要求统一建立IEC61850模型，按照IEC61850-7建模，设有具有相同硬件平台的故障录波逻辑模块及PMU逻辑模块；所述服务器通过以太网和多个客户端同时通讯，服务器端的采集部分接收模拟信号或数字信号；所述客户端对与客户请求有关的模型进行映射；所述服务器端和所述客户端都能与保护信息子站连接，通讯协议符合IEC61850-8，映射为MMS服务，按照IEC61850-6实现系统配置，并形成独立使用的配置工具。

2.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述服务器端设有包括采集板、模拟信号输入板和数字信号输入板的采集信号复用电路。

3.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述服务器端设有包括GPS对时板的系统统一同步时钟电路。

4.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述故障录波逻辑模块包括按照IEC61850-7-4标准定义的以下兼容逻辑节占：一个LPHD物理装置信息逻辑节点，—个LLNO逻辑节点，—个RDRE扰动记录功能逻辑节点，至少一个RADR扰动记录模拟量通道逻辑节点，每一个模拟量通道对应一个，至少一个RBDR扰动记录状态量通道逻辑节点，每一个状态量通道对应一个，至少一个RFLO故障定位逻辑节点，每一条线路对应一个。

5.根据权利要求4所述的智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述故障录波逻辑模块包括以下IEC61850扩展逻辑节点：一个扰动记录系统频率量逻辑节点，至少一个扰动记录系统电压量逻辑节点，每一个系统电压量对应一个，至少一个扰动记录电流量逻辑节点，每一个电流量对应一个，至少一个扰动记录变压器逻辑节点，每一台主变压器对应一个。

6.根据权利要求2所述的智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述采集板，包括带有SDRAM、FLASH的DSP模块、FPGA-I采集控制模块和FPGA-2时间控制模块。

7.根据权利要求1所述的智能变电站继电保护工作状态实时动态监测与记录装置，其特征在于：所述模拟信号输入板包括级联的模拟量检测模块、AD采样模块、FPGA-3，以及提供电源的电源检测模块；所述数字信号输入板包括网络处理器、光纤收发模块、PCI网卡、FPGA-4、FLASHBOOTROM、DDRRAM和RS232驱动器；所述客户端为任何PC机或工业计算机。