專利名稱：智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置。屬于電力自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
所謂三態(tài)數(shù)據(jù)是指電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。目前電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)采集主要由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(Supervisory Controland Data Acquisition, SCADA)系統(tǒng)采集。SCADA系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，使調(diào)度運(yùn)行人 員能及時(shí)跟蹤、調(diào)整電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，為電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供了有力的保障。變 電站測(cè)控裝置是SCADA系統(tǒng)的遠(yuǎn)方終端裝置(RemoteTerminal Unit, RTU)，具有交流電量 測(cè)量、輸入信號(hào)檢測(cè)、控制信號(hào)的邏輯判斷處理等能力，擔(dān)負(fù)著變電站自動(dòng)化的測(cè)控功能。 但是隨著電網(wǎng)發(fā)展的要求，這些功能已不能完全滿足電網(wǎng)運(yùn)行的要求?，F(xiàn)有測(cè)控裝置采集 電壓、電流、有功、無(wú)功等有效值，缺乏對(duì)描述系統(tǒng)機(jī)電動(dòng)態(tài)行為十分重要的相角、內(nèi)電勢(shì)及 其派生量的測(cè)量，且其得到的系統(tǒng)數(shù)據(jù)是低采樣密度的、歷史的、不同步的，因此只能監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況。調(diào)度中心不能根據(jù)這些信息跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，準(zhǔn)確掌 握系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)情況。電網(wǎng)故障時(shí)的暫態(tài)數(shù)據(jù)主要由故障錄波裝置和繼電保護(hù)裝置采集記錄。故障錄波 數(shù)據(jù)的采樣頻率一般都在幾千Hz以上，并帶有時(shí)標(biāo)信息，但是只在發(fā)生故障時(shí)采集故障點(diǎn) 附近的數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)只是局部的，并且持續(xù)時(shí)間較短，通常在數(shù)秒之內(nèi)，只能記錄擾動(dòng)前 后局部量的動(dòng)態(tài)，難以用于對(duì)全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的監(jiān)視和分析。電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集主要由相角測(cè)量單元(Phasor Measurement Unit，PMU)及 以其為基礎(chǔ)的廣域測(cè)量系統(tǒng)(Wide Area Measurement System, WAMS)進(jìn)行，可以進(jìn)行反映 機(jī)電暫態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集與分析。現(xiàn)在電力系統(tǒng)為了解決三態(tài)數(shù)據(jù)采集，在廠站分別安裝了不同的裝置，形成不同 的系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝較為復(fù)雜，不利于智能電網(wǎng)的集約化管理和標(biāo)準(zhǔn)化管理。PMU裝置、故障錄波裝置的測(cè)量通道與電廠和變電站中使用的測(cè)控裝置是相同的， 測(cè)量的電量是重復(fù)的。在數(shù)據(jù)共享原則下，在高壓、超高壓變電站中采用具有同步向量測(cè)量 功能和故障錄波功能的新型測(cè)控裝置是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能變電站技術(shù)的發(fā)展，使信號(hào)采集和控制的模式發(fā)生了深刻的變化，目前智能 變電站普遍采用電子式互感器和智能操作終端。本發(fā)明介紹的新型的三態(tài)綜合測(cè)控裝置同 時(shí)滿足智能變電站的要求和常規(guī)變電站的要求，具有變電站常規(guī)測(cè)控功能、故障錄波功能 和同步向量采集功能，有利于變電站數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)化二次系統(tǒng)接線，簡(jiǎn)化自動(dòng) 化系統(tǒng)二次設(shè)備的安裝、調(diào)試，提高經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步提高現(xiàn)有電力監(jiān)控系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用功 能(如狀態(tài)估計(jì)等)，為建立全景同步變電站系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用于智能變電站以及常規(guī)變電站的具有穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)采集處理功能的變電站綜合測(cè)控裝置，將有利于變電站數(shù)據(jù)源 的統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化，減少變電站設(shè)備的種類，簡(jiǎn)化二次系統(tǒng)接線，提高現(xiàn)有電力監(jiān)控系統(tǒng)的高 級(jí)應(yīng)用功能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，包括負(fù)責(zé)變電站常規(guī)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量和控 制功能的測(cè)控模塊、一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850協(xié)議的站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一 個(gè)過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊、兩個(gè)負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊和一個(gè)彩色液 晶顯示管理模塊，其特征在于所述測(cè)控模塊、站控層以太網(wǎng)通信管理模塊與第一 FPGA模 塊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，第一 FPGA模塊與第二 FPGA模塊通過(guò)高速數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并進(jìn) 行模擬量的采樣，所述第二 FPGA模塊與過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊相連。前述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述的測(cè)控模塊負(fù)責(zé)變 電站常規(guī)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量和控制功能，包括一片測(cè)控DSP以及用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量 采集電路、用于控制輸出的控制出口輸出電路，所述的狀態(tài)量采集電路、控制出口輸出電路 通過(guò)并行數(shù)據(jù)總線和測(cè)控DSP直接相連。前述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述站控層以太網(wǎng)通信 模塊實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850協(xié)議，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸，包括一片Motorola 公司推出的第一 PowerPC處理器，第一 PowerPC處理器主頻達(dá)到300MHz，能夠直接與兩路 百兆以太網(wǎng)相連實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850通信，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)基于IEEE1588精確對(duì)時(shí)協(xié)議的 時(shí)間同步，并輸出秒脈沖至第一FPGA模塊；通過(guò)PCI總線外接三路百兆以太網(wǎng)，其中兩路實(shí) 現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的傳輸，一路實(shí)現(xiàn)和液晶顯示模件的數(shù)據(jù)傳輸。前述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述過(guò)程層以太網(wǎng)通信 模塊包括和站控層以太網(wǎng)通信模塊相同的第二 PowerPC處理器，第二 PowerPC處理器與兩 路百兆以太網(wǎng)相接實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸和G00SE協(xié)議的傳輸，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)基于IEEE1588精 確對(duì)時(shí)協(xié)議的時(shí)間同步，第二 PowerPC處理器輸出秒脈沖給第一 FPGA模塊，通過(guò)并行總線 和第二 FPGA模塊相連。第一 FPGA模塊與兩片高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過(guò)第一 FPGA 模塊片內(nèi)RAM和并行接口提供給站控層通信管理模塊和測(cè)控模塊；第一FPGA模塊同時(shí)包括 片內(nèi)大容量RAM作為站控層通信管理模塊和測(cè)控模塊之間的雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；第一 FPGA模塊同時(shí)包括六對(duì)差分線用于與第二 FPGA模塊進(jìn)行高速串行數(shù)據(jù)交換。所述第一 FPGA模塊還包括IRIG-B碼和脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路，用于接受 站控層以太網(wǎng)通信管理模塊和過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊的的秒脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)。第一 FPGA 模塊進(jìn)行時(shí)間信號(hào)的仲裁，確定裝置時(shí)間，同時(shí)輸出同步采樣脈沖給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，確保廣 域同步采樣。同時(shí)輸出秒脈沖給測(cè)控模塊，確保狀態(tài)量采集的時(shí)間精度。所述第二 FPGA模塊負(fù)責(zé)過(guò)程層通信管理模塊和第一 FPGA模塊之間的高速數(shù)據(jù)交 換。其通過(guò)并行總線和過(guò)程層通信管理模塊連接，通過(guò)六對(duì)差分線和第一 FPGA模塊進(jìn)行高 速串行數(shù)據(jù)交換。所述液晶顯示管理模塊采用FREESCALE公司的高性能處理器管理彩色液晶和鍵 盤，并通過(guò)以太網(wǎng)和站控層以太網(wǎng)通信管理模塊通信。本實(shí)用新型的有益效果是測(cè)控裝置采用多模塊結(jié)構(gòu)和FPGA技術(shù)，極大的提高了裝置的數(shù)據(jù)處理能力，可以同時(shí)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)的高速采集和處理，測(cè)控裝置可 以進(jìn)行常規(guī)互感器信號(hào)的交流采樣和數(shù)字采樣；可以進(jìn)行常規(guī)繼電器控制輸出和數(shù)字輸 出；可以進(jìn)行狀態(tài)量信號(hào)常規(guī)電纜輸入和數(shù)字輸入。該測(cè)控裝置減少了變電站設(shè)備的種類， 簡(jiǎn)化了變電站的設(shè)計(jì)和施工，為電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。

圖1是本實(shí)用新型中的測(cè)控裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作具體的介紹。測(cè)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)由于測(cè)控裝置需要同時(shí)完成穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集計(jì)算和控制量輸出，需要 高速以太網(wǎng)通信功能，需要兼容智能變電站的過(guò)程層采樣值接口和GOOSE接口，同時(shí)還需 要實(shí)現(xiàn)IEEE1588精確對(duì)時(shí)功能，這對(duì)測(cè)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)和性能有較高的要求，圖1為本 實(shí)用新型中的測(cè)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，它是一個(gè)多模塊結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)測(cè)控模塊、一個(gè) 站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一個(gè)過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊、兩個(gè)負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)處理和 交換的FPGA模塊(第一 FPGA和第二 FPGA)和一個(gè)彩色液晶顯示管理模塊。。測(cè)控模塊負(fù)責(zé)變電站常規(guī)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量和控制功能，包括一片測(cè)控DSP以及用于 完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、用于控制輸出的控制出口輸出電路。測(cè)控模塊需要完成變電站狀態(tài)量的采集、交流電氣量的計(jì)算和控制輸出等功能。 測(cè)控DSP通過(guò)并行總線和第一FPGA模塊、狀態(tài)信號(hào)采集電路、控制輸出電路。為了保證狀態(tài) 量采集的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確和測(cè)控功能的完備，測(cè)控功能采用主頻達(dá)150兆赫茲32位工業(yè)級(jí)DSP進(jìn) 行處理。在本系統(tǒng)中選用TI公司2000系列的產(chǎn)品TMS320F28335，這一款芯片是TI公司最 近新推出來(lái)的具有高性價(jià)比的產(chǎn)品。該款芯片具有快速的DSP功能、強(qiáng)大的I/O控制功能、 大量的片上存儲(chǔ)器、強(qiáng)大的中斷管理、方便的編程調(diào)試等等，而且該款芯片具有較寬的工作 溫度范圍和較強(qiáng)的抗干擾能力，適合應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。站控層以太網(wǎng)通信模塊網(wǎng)通信模塊實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850協(xié)議，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù) 據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸，包括一片Motorola公司推出的新一代PowerPC系列處理器。芯片主 頻達(dá)到300MHz，能夠直接管理兩路百兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850通信，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)基 于IEEE1588精確對(duì)時(shí)協(xié)議的時(shí)間同步，并輸出秒脈沖給第一 FPGA模塊。同時(shí)通過(guò)PCI總 線外擴(kuò)三路百兆以太網(wǎng)，其中兩路實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的傳輸，一路實(shí)現(xiàn)和液晶 顯示模件的數(shù)據(jù)傳輸。過(guò)程層以太網(wǎng)通信模塊采用和站控層以太網(wǎng)通信模塊相同的PowerPC處理器， 管理兩路百兆以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸和G00SE協(xié)議的傳輸，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)基于 IEEE1588精確對(duì)時(shí)協(xié)議的時(shí)間同步，并輸出秒脈沖給第一 FPGA模塊。它提供并行總線和第 二 FPGA模塊相連。兩片F(xiàn)PGA模塊實(shí)現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)高速交換同時(shí)進(jìn)行模擬量的采樣，該方面 中FPGA承擔(dān)了非常重要的作用，負(fù)責(zé)各模塊間的高速數(shù)據(jù)交換、交流采樣控制、同步相量 計(jì)算、裝置時(shí)間仲裁等功能。我們采用XILINX的具有DSP功能的Spartan-3A系列FPGA處理器。該處理器主頻達(dá)250MHz，內(nèi)含37440個(gè)邏輯單元，1512K比特的內(nèi)部塊RAM支持雙口 RAM操作，84個(gè)DSP核可以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)處理，具有兩百多個(gè)高速差分對(duì)支持高速數(shù)據(jù)交 換。該處理器具有較高的性能，能夠滿足應(yīng)用需求。第一 FPGA模塊采用管理兩片高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過(guò)片內(nèi)RAM 和并行接口提供給站控層通信管理模塊和測(cè)控模塊。該FPGA對(duì)交流采樣的采樣值進(jìn)行數(shù) 字濾波和高速傅里葉變換，將采樣值和轉(zhuǎn)換結(jié)果同時(shí)傳送給測(cè)控模塊和站控層通信模塊， 便于它們計(jì)算分析。該FPGA模塊同時(shí)提供片內(nèi)大容量RAM作為站控層通信管理模塊和測(cè) 控模塊之間的雙口 RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該模塊提供六對(duì)差分線，和第二 FPGA模塊進(jìn)行高速 串行數(shù)據(jù)交換。第一 FPGA模塊還集成了 IRIG-B碼和脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路，同時(shí)接受站 控層通信模塊和過(guò)程層通信模塊的秒脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)。第一 FPGA模塊進(jìn)行時(shí)間信號(hào)的仲裁， 確定裝置時(shí)間，同時(shí)輸出同步采樣脈沖給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，確保廣域同步采樣。同時(shí)輸出秒脈 沖給測(cè)控模塊，確保狀態(tài)量采集的時(shí)間精度。第二 FPGA模塊負(fù)責(zé)過(guò)程層通信管理模塊和第一 FPGA模塊之間的高速數(shù)據(jù)交換。 其通過(guò)并行總線和過(guò)程層通信管理模塊連接，通過(guò)六對(duì)差分線和第一 FPGA模塊進(jìn)行高速 串行數(shù)據(jù)交換。液晶顯示管理模塊采用FREESCALE公司的高性能處理器管理彩色液晶和鍵盤，并 通過(guò)以太網(wǎng)和站控層以太網(wǎng)通信管理模塊通信。該測(cè)控裝置減少了變電站設(shè)備的種類，簡(jiǎn)化了變電站的設(shè)計(jì)和施工，為電網(wǎng)自動(dòng) 化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。裝置可以采集Ua、Ub、Uc、3U0，測(cè)量Ia、Ib、Ic，保護(hù)Ia、Ib、Ic，線路同期電壓Us和 零序電流。電壓、電流等電氣量采用的是交流采樣方法，A/D轉(zhuǎn)換采用16位高精度A/D轉(zhuǎn)換 器件，每周波采樣200點(diǎn)，電氣量的計(jì)算采用傅立葉算法。經(jīng)采樣計(jì)算，裝置輸出各路電壓、 電流、三個(gè)線電壓以及正序電壓、正序電流的有效值和相位，并計(jì)算出有功功率、無(wú)功功率、 功率因數(shù)、頻率、諧波畸變率等參數(shù)。其中電壓、電流的精度為0.2%，功率精度為0.5%，頻 率精度優(yōu)于為0.003Hz。各電氣量的測(cè)量原理如下
6
周期的電流、電壓信號(hào)可表示為
op
x{t) = C0costoji + bk smkω1t]
2π
式中Co1——周期函數(shù)的角頻率，螂
k為諧波次數(shù)； cO為直流分量
^k=jYxin)cos(^kn) N為每周波采樣點(diǎn)數(shù)
bk =I^x(X)Sin(與 to)
由此可以計(jì)算出信號(hào)第k次諧波幅值、相角、有效值 幅值 二 W[0044]相角朽=Circtgir^-)(ak > 0)
<h或外=arctg、S+ 冗(ak < 0)
ak有效值q == J^Tbf)利用上式將交流信號(hào)進(jìn)行分解，可以計(jì)算電壓、電流信號(hào)各次諧波及總的有效值 和有功功率、無(wú)功功率、功率因素。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，GB/T14549-93》中的相關(guān)要求，計(jì)算電網(wǎng) 諧波畸變率，裝置監(jiān)視高達(dá)15次電壓、電流諧波畸變率第k次諧波電壓含有率HRUk HRUk =^xl00%式中Uk——第k次諧波電壓(均方根值)；Ul——基波電壓(均方根值)。第k次諧波電流含有率HRIk -HRIk =^χ100%
1I式中1k——第k次諧波電流(均方根值)；11——基波電流(均方根值)。
~M電壓總諧波畸變率THDu 倡義1ΛΛ0/
JMlJu —-χ 1UU%
M
V/2電流總諧波畸變率THDi :mD = k χ i0Qo/
'~ A Χ °同步相量計(jì)算裝置的第一 FPGA模塊仲裁站控層ΙΕΕΕ1588時(shí)間、過(guò)程層ΙΕΕΕ1588時(shí)間、IRIG-B 碼時(shí)間，確定裝置時(shí)間，并輸出秒脈沖(Ipps)給測(cè)控模塊，輸出同步采樣脈沖給模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換器件，采樣脈沖的同步誤差不大于1US。同步采樣過(guò)程中，數(shù)據(jù)采樣脈沖由時(shí)間同步模 塊的秒脈沖鎖定，保證同步采樣脈沖均勻分布在每秒內(nèi)，相應(yīng)地相量對(duì)應(yīng)的時(shí)標(biāo)也均勻分 布在每秒內(nèi)。在智能變電站中，大量的交流電壓、電流信號(hào)來(lái)自合并單元輸出的采樣值信號(hào)，其 采樣脈沖同步性由合并單元裝置保證，過(guò)程層通信管理模塊根據(jù)IEC61850-9-2報(bào)文中帶 的秒等分值和本地時(shí)間計(jì)算同步相量的時(shí)標(biāo)，并在采樣值接收時(shí)直接標(biāo)記其時(shí)標(biāo)，保證時(shí) 標(biāo)精度。裝置支持4kHz同步采樣頻率，能同步測(cè)量安裝點(diǎn)的三相基波電壓、三相基波電 流、電壓電流的基波正序相量、頻率和開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并能將所的電壓基波正序相量一次值、 電流基波正序相量一次值和頻率實(shí)時(shí)傳送至站內(nèi)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集中器。暫態(tài)錄波功能
7[0063]裝置暫態(tài)錄波功能，用于記錄瞬時(shí)采樣的數(shù)據(jù)，可完成常規(guī)的故障錄波。輸出格式 符合ANSI/IEEEC37. 111-1991 (C0MTRADE)的要求，具有全域啟動(dòng)命令的發(fā)送和接收，以記 錄特定的系統(tǒng)擾動(dòng)數(shù)據(jù)。裝置錄波數(shù)據(jù)文件采用NandFlash存儲(chǔ)，存儲(chǔ)介質(zhì)容量為1G，裝置內(nèi)最多可循環(huán) 存儲(chǔ)100次錄波數(shù)據(jù)。裝置能夠向主站離線傳輸暫態(tài)錄波文件、文件目錄、事件標(biāo)識(shí)等信息。用戶可通過(guò) 主站故障文件分析軟件讀取Comtrade故障錄波文件，對(duì)故障錄波文件進(jìn)行圖形化分析。也 可接入保護(hù)信息管理系統(tǒng)，用于保護(hù)故障信息的統(tǒng)一管理。暫態(tài)錄波的啟動(dòng)判據(jù)包括有效值或直流量越上/下限啟動(dòng)；突變量啟動(dòng)；序分量啟動(dòng)；頻率上/下越限啟動(dòng)；頻率變化率啟動(dòng)；開(kāi)關(guān)量變位啟動(dòng)；網(wǎng)絡(luò)命令啟動(dòng)等。定值整定方式與動(dòng)態(tài)擾動(dòng)事件的啟動(dòng)定值相同。采用上述方法，變電站可以將過(guò)去的常規(guī)測(cè)控裝置、向量測(cè)量裝置(PMU)和故障 錄波裝置簡(jiǎn)化為一套三態(tài)綜合測(cè)控裝置該測(cè)控裝置，可以減少變電站設(shè)備的種類，簡(jiǎn)化了 變電站的設(shè)計(jì)和施工，同時(shí)使三類數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)，而且由于裝置時(shí)間采用GPS對(duì)時(shí)， 可以實(shí)現(xiàn)廣域內(nèi)三態(tài)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)，可以為電力自動(dòng)化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，提 升電力自動(dòng)化系統(tǒng)的高級(jí)應(yīng)用功能。本實(shí)用新型的測(cè)控裝置采用多模塊結(jié)構(gòu)和FPGA技術(shù)，極大的提高了裝置的數(shù)據(jù) 處理能力，可以同時(shí)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)的高速采集和處理，測(cè)控裝置可以進(jìn)行常規(guī) 互感器信號(hào)的交流采樣和數(shù)字采樣；可以進(jìn)行常規(guī)繼電器控制輸出和數(shù)字輸出；可以進(jìn)行 狀態(tài)量信號(hào)常規(guī)電纜輸入和數(shù)字輸入。上述實(shí)施例不以任何形式限制本實(shí)用新型，凡采取等同替換或等效變換的方式所 獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，包括負(fù)責(zé)變電站常規(guī)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量和控制功能的測(cè)控模塊、一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850協(xié)議的站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一個(gè)過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊、兩個(gè)負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊和一個(gè)液晶顯示管理模塊，其特征在于所述測(cè)控模塊、站控層以太網(wǎng)通信管理模塊與第一FPGA模塊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，第一FPGA模塊與第FPGA模塊通過(guò)高速數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并進(jìn)行模擬量的采樣，所述第二FPGA模塊與過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述測(cè)控 模塊包括一片測(cè)控DSP以及用于完成狀態(tài)量采集的狀態(tài)量采集電路、用于控制輸出的控制 出口輸出電路，所述狀態(tài)量采集電路、控制出口輸出電路通過(guò)并行數(shù)據(jù)總線和測(cè)控DSP相 連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述站控 層以太網(wǎng)通信模塊包括第一 PowerPC處理器，第一 PowerPC處理器與兩路百兆以太網(wǎng)相連 實(shí)現(xiàn)站控層IEC61850通信，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)基于IEEE1588精確對(duì)時(shí)協(xié)議的時(shí)間同步，并輸出 秒脈沖至第一 FPGA模塊；站控層以太網(wǎng)通信模塊通過(guò)PCI總線外接三路百兆以太網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述過(guò)程 層以太網(wǎng)通信模塊包括第二 PowerPC處理器，第二 PowerPC處理器與兩路百兆以太網(wǎng)相接 實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸和GOOSE協(xié)議的傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于IEEE1588精確對(duì)時(shí)協(xié)議的時(shí)間同 步，第PowerPC處理器輸出秒脈沖至第一 FPGA模塊，通過(guò)并行總線和第二 FPGA模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于第一FPGA 模塊與兩片高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過(guò)第一 FPGA模塊片內(nèi)RAM和并行 接口提供給站控層通信管理模塊和測(cè)控模塊；第一 FPGA模塊同時(shí)包括六對(duì)差分線用于與 第二 FPGA模塊進(jìn)行高速串行數(shù)據(jù)交換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述第一 FPGA模塊還包括IRIG-B碼和脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路，用于接受站控層以太網(wǎng)通信 管理模塊和過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊的秒脈沖對(duì)時(shí)信號(hào)，同時(shí)輸出同步采樣脈沖給模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路、輸出秒脈沖給測(cè)控模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站三態(tài)數(shù)據(jù)綜合測(cè)控裝置，其特征在于所述液晶 顯示管理模塊通過(guò)以太網(wǎng)和站控層以太網(wǎng)通信管理模塊通信。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于智能變電站以及常規(guī)變電站的具有穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)采集處理功能的變電站綜合測(cè)控裝置，包括測(cè)控裝置采用多模塊結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)測(cè)控模塊、一個(gè)站控層以太網(wǎng)通信管理模塊、一個(gè)過(guò)程層以太網(wǎng)通信管理模塊、兩個(gè)負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)處理和交換的FPGA模塊和一個(gè)彩色液晶顯示管理模塊。本實(shí)用新型的變電站綜合測(cè)控裝置可以進(jìn)行常規(guī)互感器信號(hào)的交流采樣和具有電子式互感器的數(shù)字采樣，可以進(jìn)行常規(guī)繼電器控制輸出和數(shù)字輸出，可以進(jìn)行常規(guī)狀態(tài)量信號(hào)輸入和數(shù)字輸入。裝置可以同時(shí)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)的高速采集和處理，可以減少變電站設(shè)備的種類，簡(jiǎn)化了變電站的設(shè)計(jì)和施工，為電力自動(dòng)化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。
文檔編號(hào)H02J13/00GK201639363SQ20102014136
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者周斌, 張何, 張敏, 彭奇, 梅德冬, 沈健, 謝黎, 閆承志, 黃國(guó)方 申請(qǐng)人:國(guó)電南瑞科技股份有限公司