CN215120824U - 芯片化通信管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种芯片化通信管理系统，包括综合测控保护装置和芯片化通信管理单元，芯片化通信管理单元包括对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡和无线通信板卡，对等通讯板卡连接综合测控保护装置，调度通讯板卡连接综合测控保护装置与工控板卡，工控板卡连接无线通信板卡，无线通信板卡用于连接调度中心服务器。通过板卡式设计对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡、无线通信板卡集成在芯片化通信管理单元，实现各部件的模块化、小型化设计，减少了装置的整体体积，也方便了工作人员对整体装置的操作与维护，交换设备换成内置的工业级以太网交换机模块，更好的减少了通信装置的体积。

Description

芯片化通信管理系统

技术领域

本申请涉及通信设备技术领域，特别是涉及一种芯片化通信管理系统。

背景技术

随着配电自动化技术及智能化电网的发展，配网模型日趋完善，不仅能远程实现对数据自动采集，还能进行设备和负荷管理、故障自动隔离及供电自动恢复，以实时的数据支撑对用电情况进行合理调控。可靠性高的通信管理单元与上级调度自动化系统和配电GIS(Gas Insulated Switchgear)应用进行互联必不可少。另外目前，开闭所、环网柜、配电室及一二次融合智能开关柜等配电设施也越来越趋于小型化、智能化、网络化。

在传统的与上级调度的通信设备中，智能开关柜配置综合测控保护装置，PT(Potential Transformer)柜中配置综合测控通信单元，需加装一面通信屏来集成两台交换机和一台ODF(Optical Distribution Frame)单元才能完成通信功能，另外在可能不具备与调度光纤通信的条件下，还需增加无线数传模块进行无线通信传输与数据加密，导致整体设备体积大、占空间且难以维护。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种模块化、小型化的通信管理系统以解决现有设备体积大、占空间维护困难的问题。

一种芯片化通信管理系统，包括综合测控保护装置和芯片化通信管理单元，芯片化通信管理单元包括对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡和无线通信板卡，对等通讯板卡连接综合测控保护装置，调度通讯板卡连接综合测控保护装置与工控板卡，工控板卡连接无线通信板卡，无线通信板卡用于连接调度中心服务器。

在一个实施例中，对等通讯板卡包括对等交换机模块、对等通信以太网接口和对等通信光口，对等通信以太网接口连接对等交换机模块与综合测控保护装置，对等通信光口连接对等交换机模块。

在一个实施例中，调度通讯板卡包括调度交换机模块、调度通信以太网接口和调度通信光口，调度通信以太网接口连接调度交换机模块、综合测控保护装置和工控板卡，调度通信光口连接调度交换机模块。

在一个实施例中，无线通信板卡包括无线数传模块和网络加密模块，无线数传模块连接工控板卡和调度中心服务器，网络加密模块连接无线数传模块。

在一个实施例中，工控板卡包括核心处理器，核心处理器连接调度通讯板卡和无线通信板卡。

在一个实施例中，工控板卡还包括通信单元，通信单元连接核心处理器和外部终端。

在一个实施例中，芯片化通信管理单元还包括电源及I/O板卡，电源及I/O 板卡包括电源模块和公共开关量采集模块，电源模块连接外部电源、对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡和无线通信板卡，公共开关量采集模块连接工控板卡、外部公共开关及传感器。

在一个实施例中，对等通讯板卡、调度通讯板卡、无线通信板卡和电源及I/O 板卡采用欧式插座依次排列集成于芯片化通信管理单元。

在一个实施例中，芯片化通信管理单元还包括连接工控板卡的通信接口，通信接口用于连接环境传感器。

在一个实施例中，芯片化通信管理单元还包括连接工控板卡的显示屏。

上述芯片化通信管理系统，对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡和无线通信板卡采用板卡式设计和欧式插座的方式集成在芯片化通信管理单元，实现各部件的模块化、小型化设计，减少了装置的整体体积，也方便了工作人员对整体装置的操作与维护，交换设备换成内置的工业级以太网交换机模块，更好的减少了通信装置的体积，提供多路以太网接口、串口和开关量采集，可扩展性和配置灵活性大大增强，还内置了无线数传模块与调度中心服务器连接，提高了无线通信的稳定性，降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为芯片化通信管理系统结构图；

图2为芯片化通信管理单元输出接口的板式图；

图3为芯片化通信管理系统网络拓扑图。

附图标记说明：100、综合测控保护装置；120、芯片化通信管理单元；200、调度中心服务器；121、对等通讯板卡；122、调度通讯板卡；123、工控板卡； 124、无线通信板卡；125、电源及I/O板卡。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一接口称为第二接口，且类似地，可将第二接口称为第一接口。第一接口和第二接口两者都是某器件的接口，但其不是同一接口。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，提供了一种芯片化通信管理系统，适用于对电力供配电系统进行通信管理。如图1所示，包括综合测控保护装置100和芯片化通信管理单元120，芯片化通信管理单元120包括对等通讯板卡121、调度通讯板卡122、工控板卡123和无线通信板卡124，对等通讯板卡121连接综合测控保护装置 100，调度通讯板卡122连接综合测控保护装置100与工控板卡123，工控板卡 123连接无线通信板卡124，无线通信板卡124用于连接调度中心服务器200。

具体的，为便于理解，以下均以芯片化通信管理系统用于配电站的自动化系统中为例进行解释说明。其中，综合测控保护装置100适用于110kV及以下电压等级的不同接地方式的配电系统，设置于智能开关柜中，它能对馈线、电容器、电抗器、电动机、变压器提供保护、控制和监视功能。芯片化通信管理单元120 将汇集综合测控保护装置100的四遥数据，并传输至调度中心服务器200。四遥数据的具体内容并不唯一，可包括：远程测量的遥测数据，被动获得远程信号，测量其数值并传送运行参数，包括各种电气量和负荷潮流等，例如变压器的有功和无功功率采集、母线电压和线路电流采集等。远程信号的遥信数据，采集并传送各种保护开关量信息，例如，遥信功能通常用于测量开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号和通信设备运行状况的信号等。远程控制的遥控数据，即从调度或监控中心的远方发出命令以实现远方控制操作和切换。例如分合闸、断路器的合分等。远程调节的遥调数据，即接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，例如有载调压变压器抽头的升、降调节和其他用一组继电器控制具有分级升降功能的场合。以上数据可根据配电站具体需求进行通信传输，本实施例不以此为限定。

芯片化通信管理单元120采用板卡式设计，将对等通讯板卡121、调度通讯板卡122、工控板卡123和无线通信板卡124进行集成，各板卡与主板之间的连接方式并不唯一，在一个实施例中，对等通讯板卡121、调度通讯板卡122、工控板卡123和无线通信板卡124之间采用欧式插座连接集成于芯片化通信管理单元120。同样的，各板卡之间的排列方式也并不唯一，基于散热性能和易维护等考虑，在一个实施例中，对等通讯板卡121、调度通讯板卡122、工控板卡123 和无线通信板卡124依次排列集成于芯片化通信管理单元120上，本实施例不以此为限定。

具体的，芯片化通信管理单元120中的对等通讯板卡121与综合测控保护装置100连接，对等通讯板卡121提供分布式对等通信网络，进行局部信息建模信息交互，让线路上的开关控制器之间互相通信，收集相邻开关的故障信息，综合比较后确定出发生故障的区段，跳开该区段两端的开关，完成故障隔离动作，即通过配电终端之间的故障处理逻辑，实现故障隔离和非故障区域恢复供电，并将故障处理的结果上报给配电主站，实现FA智能分布式馈线自动化功能。

另外，芯片化通信管理单元120中的调度通讯板卡122与综合测控保护装置100连接，用于将该配电站中的综合测控保护装置100的监控采集的数据收集汇总，然后该调度通讯板卡122还与工控板卡123连接，工控板卡123连接无线通信板卡124，无线通信板卡124用于连接调度中心服务器200，通过此过程将汇总的通讯数据实时上送至调度中心服务器200，完成遥信、遥测功能。另一方面，调度通讯板卡122还用于接收调度中心服务器200下达的命令，并转发给配电站内的综合测控保护装置100，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定，实现遥控和遥调功能。

上述芯片化通信管理系统，对等通讯板卡121、调度通讯板卡122、工控板卡123和无线通信板卡124采用板卡式设计和欧式插座的方式集成在芯片化通信管理单元120，在实现通信管理单元的基础智能分布式馈线自动化功能和调度通信监控管理功能的同时，对各部件的进行模块化、小型化设计，减少了装置的整体体积，也方便了工作人员对整体装置的操作与维护。

在一个实施例中，芯片化通信管理单元120中的对等通讯板卡121包括对等交换机模块、对等通信以太网接口和对等通信光口。对等交换机模块通过对等通信以太网接口连接综合测控保护装置100，具体应用于含多级配电站的配电自动化系统中时，本级对等交换机还通过对等通信光口连接与上下级配电站中的对等通讯板卡的对等交换机模块。进一步的，芯片化通信管理单元120中的调度通讯板卡122包括调度交换机模块、调度通信以太网接口和调度通信光口，调度交换机模块通过调度通信以太网接口连接综合测控保护装置100和工控板卡123，同样的，具体应用于含多级配电站的配电自动化系统中时，本级调度交换机还通过调度通信光口连接与上下级配电站中的调度通讯板卡的调度交换机模块。

具体的，对等交换机模块和调度交换机模块均采用超小尺寸设计的嵌入式工业以太网交换机模块，可支持RIP，OSPF，PIM等多种路由协议，可支持MW- Ring，LACP，VRRP，MSTP，EAPS等多种冗余组网机制，还可支持VLAN、端口汇聚、IGMP等多种功能。进一步的，对等通讯板卡121还包括对等通信以太网接口和对等通信光口，同样，调度通讯板卡122也包括调度通信以太网接口和调度通信光口，在本实施例中，上述接口的数量并不唯一，可根据具体实际配电站的需求设置冗余，以方便后期进行接口扩展。如图2所示，在一个实施例中，对等通信以太网接口的数量为8路，对等通信光口的数量为2路，调度通信以太网接口的数量为8路，调度通信光口的数量为2路。另外，上述以太网接口和光口的带宽可根据需要设置，可选百兆或千兆，例如，在本实施例中，以太网接口均为千兆以太网接口，光口均为千兆光口，本实施例不以此为限定。

进一步的，对等通讯板卡121中的对等交换机模块通过对等通信以太网接口与综合测控保护装置110连接，进行局部信息建模信息交互，实现FA智能分布式馈线自动化功能。具体的，如图3所示，假设某配电站中设置了4个综合测控保护装置110：第一综合测控保护装置、第二综合测控保护装置、第三综合测控保护装置和第四综合测控保护装置。对等通讯板卡121将通过其对等通信以太网接口中的4路将对等交换机模块与4个综合测控保护装置110进行连接通信，具体的，可以是第一对等通信以太网接口连接第一综合测控保护装置，第二对等通信以太网接口连接第二综合测控保护装置，第三对等通信以太网接口连接第三综合测控保护装置，第四对等通信以太网接口连接第四综合测控保护装置。

对应的，调度通讯板卡122中的调度交换机模块通过调度通信以太网接口与综合测控保护装置110连接，再通过调度通信以太网接口连接所述工控板卡 123，用于监控采集的数据的汇总，实现通信监控管理功能。如图3所示，假设某配电站中设置了4个综合测控保护装置110，调度通讯板卡122将通过其调度通信以太网接口中的4路将调度交换机模块与4个综合测控保护装置110进行连接通信，另外，调度通讯板卡122还将通过其调度通信以太网接口中的1路将调度交换机模块与工控板卡123进行连接通信。具体的，可以是第一调度通信以太网接口连接第一综合测控保护装置，第二调度通信以太网接口连接第二综合测控保护装置，第三调度通信以太网接口连接第三综合测控保护装置，第四调度通信以太网接口连接第四综合测控保护装置，第五调度通信以太网接口连接工控板卡123。

如图3所示，对等通讯板卡121通过2路对等通信光口与上下级配电站的对等通讯板卡采用手牵手菊花链拓扑结构组成单环网，然后这种多级互联的方式形成光纤冗余环网组成对等通信局域网，实现各配电站之间的局部信息建模信息交互，可让线路上的开关控制器之间相互通信，也可将故障处理的结果上报给配电主站。具体的，在一个实施例中，对等通信局域网的建立是基于IEC61850 标准中的GOOSE通信机制完成，可以传输开入、开出等实时性要求不高的模拟量，常见传输的数据类型可以是布尔量、整型、浮点型和位串等，本实施例不以此为限定。

对应的，调度通讯板卡122通过调度通信光口与上下级配电站的调度通讯板卡也是采用手牵手菊花链拓扑结构组成单环网，用于构建调度通信局域网，能在上下级电房间的数据接入与传输，也为局域网网络用户终端提供通信连接速度快，实时性好的实时数据传输功能。

在本实施例中，交换设备换成内置的工业级以太网交换机模块，更好的减少了通信装置的体积，提供多路以太网接口和光口，增加了可扩展性和配置灵活性。另外，对等局域网和调度局域网的建立，在对网络资源进行合理利用，提高网络利用率的基础上，还能将整个配电控制网络划分成多个局域网，能有效抑制广播风暴，也能有效的保证整个配电网的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，如图1所示，无线通信板卡124包括无线数传模块和网络加密模块，无线数传模块连接工控板卡125和调度中心服务器200，网络加密模块连接无线数传模块传输。具体的，无线数传模块可为4G全网通的无线数传模块。无线数传模块用于将调度通讯板卡122汇总收集的数据传输至调度中心服务器200，完成遥信、遥测功能，还用于将调度中心服务器200下达的命令传输回给调度通讯板卡122，完成遥控和遥调的功能。另外，网络加密模块用于对无线传输模块传输的数据进行加密保护，在调度中心或电力局等远程控制机构进行数据查看和管理时，也需要进行安全认证的操作。

在本实施例中，通过将传统的无线数传模块内置于芯片化通信管理单元120，提高了无线通信的稳定性，然后加密保护模块也保证了数据传输的安全性和可靠性。

在一个实施例中，如图1所示的工控板卡123包括核心处理器，核心处理器连接调度通讯板卡122和无线通信板卡124。具体的，核心处理器为工业级智能物联网核心板，选型并不唯一，在本实施例中，选用基于NXP i.MX6UL系列Cortex-A7高性能处理器设计的A6G2C系列核心板作为核心处理器。核心处理器通过调度以太网接口连接调度通讯板卡122，用于收集汇总调度通讯板卡122 收集的综合测控保护装置100的数据，然后在通过无线通信板卡124将汇总后的数据传输至调度中心服务器200，也用于接收调度中心服务器200通过无线通信板卡124下达的命令。

在一个实施例中，如图1所示的工控板卡123还包括通信单元，通信单元连接核心处理器和外部终端，实现通过外部终端实时查看配电站各开关量、继电器和变压器等的状态。通信单元的形式并不唯一，可为Wifi、蓝牙等，本实施例不以此为限定。同样的，外部终端的形式也并不唯一，可为手机、笔记本、台式机和可穿戴设备等，本实施例不以此为限定。

在本实施例中，工控板卡集成了工业级的核心处理器及无线的通信单元，提高了通信管理单元的处理能力，而且配置的通信单元能让操作人员更灵活的掌握配电站的实时情况。

在一个实施例中，如图1所示的芯片化通信管理单元120还包括电源及I/O 板卡125，电源及I/O板卡125包括电源模块和公共开关量采集模块。电源模块连接外部电源、对等通讯板卡121、调度通讯板卡122、工控板卡123和无线通信板卡124，用于给芯片化通信管理单元120的各板卡进行供电。另外，公共开关量采集模块连接工控板卡123、外部公共开关及传感器，用于采集外部公共开关量、跳位合位、电压电流传感器数据、温度传感器数据以及超温报警等情况，并传输至工控板卡123。具体的，如图2所述，在本实施例中，电源及I/O板卡 125的公共开关采集模块设置了16路的开关量采集。

在一个实施例中，如图1所示的芯片化通信管理单元120还包括连接工控板卡123的通信接口，通信接口用于连接环境传感器。具体的，通信接口可为串口通信，在本实施例中，配置了2路RS485通信接口，用于将如烟雾传感器、水流传感器等环境传感器的信号传输给工控板卡123进行电力设备所处的环境情况的监测。

在本实施例中，芯片化通信管理单元120提供了多路串口通信、开关量采集，使得可扩展性和配置灵活性大大增强。

在一个实施例中，如图1所示的芯片化通信管理单元120还包括连接工控板卡123的显示屏，用于展示工控板卡123中接收的设备运行状况的信息、故障综合信息、保护开关量信息以及传感器信号等，具体可根据实际需求设定，本实施例不以此为限定。具体的，显示屏可为液晶显示屏和LED显示屏等，在本实施例中，显示屏为TFT驱动的液晶显示屏。进一步的，显示屏的尺寸并不唯一，在本实施例中，具体可以是7.0吋的显示屏。另外，显示屏的操作方式也不唯一，可以是通过输入设备进行或者带触屏功能，操作人员可直接对屏幕进行操作。在本实施例中，在通信管理单元配置带触屏的显示屏，将所有数据汇集的显示，能操作人员更快速的了解配电站的整体情况，也能更灵活进行操作，增加了便利性。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，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。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种芯片化通信管理系统，其特征在于，包括综合测控保护装置和芯片化通信管理单元，所述芯片化通信管理单元包括对等通讯板卡、调度通讯板卡、工控板卡和无线通信板卡，所述对等通讯板卡连接所述综合测控保护装置，所述调度通讯板卡连接所述综合测控保护装置与所述工控板卡，所述工控板卡连接所述无线通信板卡，所述无线通信板卡用于连接调度中心服务器。

2.根据权利要求1所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述对等通讯板卡包括对等交换机模块、对等通信以太网接口和对等通信光口，所述对等通信以太网接口连接所述对等交换机模块与所述综合测控保护装置，所述对等通信光口连接所述对等交换机模块。

3.根据权利要求1所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述调度通讯板卡包括调度交换机模块、调度通信以太网接口和调度通信光口，所述调度通信以太网接口连接所述调度交换机模块、所述综合测控保护装置和所述工控板卡，所述调度通信光口连接所述调度交换机模块。

4.根据权利要求1所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述无线通信板卡包括无线数传模块和网络加密模块，所述无线数传模块连接所述工控板卡和所述调度中心服务器，所述网络加密模块连接所述无线数传模块。

5.根据权利要求1所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述工控板卡包括核心处理器，所述核心处理器连接所述调度通讯板卡和所述无线通信板卡。

6.根据权利要求5所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述工控板卡还包括通信单元，所述通信单元连接所述核心处理器和外部终端。

7.根据权利要求1所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述芯片化通信管理单元还包括电源及I/O板卡，所述电源及I/O板卡包括电源模块和公共开关量采集模块，所述电源模块连接外部电源、所述对等通讯板卡、所述调度通讯板卡、所述工控板卡和所述无线通信板卡，所述公共开关量采集模块连接所述工控板卡、外部公共开关及传感器。

8.根据权利要求7所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述对等通讯板卡、所述调度通讯板卡、所述无线通信板卡和所述电源及I/O板卡采用欧式插座依次排列集成于所述芯片化通信管理单元。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述芯片化通信管理单元还包括连接所述工控板卡的通信接口，所述通信接口用于连接环境传感器。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的芯片化通信管理系统，其特征在于，所述芯片化通信管理单元还包括连接所述工控板卡的显示屏。

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