电力系统混合数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及电力系统技术领域，具体涉及一种电力系统混合数据采集装置。

背景技术：

2007年中国正式采用IEC61850为电力行业标准，各电力公司陆续在新建站和改造站进行二次监测设备安装及更新，新建站接入基于光纤SV信号、GOOSE（面向通用对象的变电站事件）开关量信号，改造站一般仍然接入基于电气量的电压及电流模拟量信号、开关量信号，设备厂家一般提供相应的数字式采集装置和模拟量采集装置，这种方式无论在研发成本还是用户维护方面都费时费力，更重要的是由于接入量类型的限制，在一些改造站无法满足客户要求既可可接入符合IEC61850的数字信号，同时也要接入传统的模拟量信号在同一台装置中的要求。

故障录波记录、同步相量监测、电能质量、行波测距等监测对硬件平台要求不同，同步相量监测、数字式录波器对时间同步要求极高，同步误差不低于1us。电能质量、行波测距对采样精度也有较高要求，电能质量采样率为12.8KHz、行波测距1MHz。故障录波器要求可靠保存故障录波数据，采样率太高将无法及时存储故障数据。所以目前厂家都是研发不同硬件平台来满足用户的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种电力系统混合数据采集装置，既可采集传统的开关量和模拟量，又可以采集网络报文及GOOSE开关量，结构简单，成本较低。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

作为本实用新型的一个方面，提供的一种电力系统混合数据采集装置，包括：开关量输入板、模拟量输入板、网络报文输入板、数据采集板、数据处理板和背板，所述开关量输入板、模拟量输入板、网络报文输入板、数据采集板和数据处理板通过背板总线连接，并通过所述背板上的槽位固定在背板上；所述网络报文输入板、模拟量输入板及数据采集板上皆设置有FGPA芯片。

可选地，所述模拟量输入板上设置有16位高精度模数转换芯片。

可选地，所述开关量输入板、模拟量输入板和网络报文输入板的槽位为统一类型的槽位。

可选地，所述数据采集板上设置有板卡类型识别装置。

可选地，所述数据采集板上还设置有时钟芯片，所述时钟芯片采用锁相环技术和时间驯服算法，自动识别对时信号类型。

可选地，还包括多机互联在线自检装置，每个板卡上都设置有告警信号硬接点，任何板卡异常都会触发所述硬接点输出告警信号。

可选地，还包括电源板，所述电源板上包括一主一备双电源。

可选地，所述数据处理板采用嵌入式计算机主板。

本实用新型的有益效果为：一种电力系统混合数据采集装置，包括：开关量输入板、模拟量输入板、网络报文输入板、数据采集板、数据处理板和背板，所述开关量输入板、模拟量输入板、网络报文输入板、数据采集板和数据处理板通过背板总线连接，并通过所述背板上的槽位固定在背板上；所述网络报文输入板、模拟量输入板及数据采集板上皆设置有FGPA芯片，既可采集传统的开关量和模拟量，又可以采集网络报文及GOOSE开关量，结构简单，成本较低。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种电力系统混合数据采集装置结构图；

图2是本实用新型实施例提供的数据处理板结构图；

图3是本实用新型实施例提供的数据采集板结构图；

图4是本实用新型实施例提供的模拟量输入板结构图；

图5是本实用新型实施例提供的网络报文输入板结构图；

图6是本实用新型实施例提供的开关量输入板结构图；

图7是本实用新型实施例提供的背板结构图。

具体实施方式

下面结合图1-图7并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1是本实施例提供的一种电力系统混合数据采集装置结构图。

一种电力系统混合数据采集装置，包括：开关量输入板、模拟量输入板、网络报文输入板、数据采集板、数据处理板和背板，所述开关量输入板、模拟量输入板、网络报文输入板、数据采集板和数据处理板通过背板总线连接，并通过所述背板上的槽位固定在背板上；所述网络报文输入板、模拟量输入板及数据采集板上皆设置有FGPA（Field－Programmable Gate Array，可编程门阵列）芯片。

在本实施例中，既可通过开关量输入板和模拟量输入板采集传统的开关量和模拟量，又可以通过网络报文输入板采集网络报文及GOOSE开关量，结构简单，成本较低。

如图1所示，图中给出两种信号输入方式：一种是电压、电流模拟量和开关量电气信号，所述电压、电流模拟量通过电流互感器CT和电压互感器PT获取，另一种是基于IEC61850 的SV数字信号，两种信号分别接入模拟量输入板、开关量输入板，网络报文输入板；上述信号输入板接收到数据采集板发送的采样脉冲，开始进行采样，采样后需将两种信号信息都转换为指定格式（如IEC61850中规定的格式），并通过16数据总线上送到数据采集板。采样脉冲的采样频率根据系统配置可设置1000Hz ~ 500KHz，以满足不同产品的需要。数据采集板接收到采样数据后对数据进行打时标，时标精度为1微妙。如有GOOSE信号，需要将GOOSE开关量信息与采样信息时标对齐，并保存为自定义数据上送到数据处理板。数据处理板根据产品定义的业务（故障录波器，电能质量，相量同步监测、行波测距）对数据进行处理，并保存文件到硬盘中。

在本实施例中，所述数据采集板与数据处理板通过PCI-E总线连接。

图2为数据处理板结构图，包括CPU主板、CF卡、硬盘、显示器、4个百兆网卡和一个千兆网卡PCI-E总线，其中，CPU主板采用嵌入式低功耗“Celeron 1047UE”处理器，两个核心(双线程)，主频1.4GHz ，2G内存，可根据配置文件定义来处理不同业务流程，如故障录波器，电能质量，同步相量监测、行波测距等，主要包括对数据进行逻辑分析，业务数据处理，数据存储，通过千兆网卡PCI-E接收数据采集板的采样数据，4个百兆网卡负责对外通讯组网服务，同时提供人机界面服务。

图3为数据采集板结构图，上电初始化硬件电路后，数据采集板进行如下流程操作：

根据配置文件定义业务处理流程；

所述数据采集板上设置有板卡类型识别装置，自动识别背板上所插入的板卡类型，初始化系统配置参数；

所述数据采集板上还设置有时钟芯片，所述时钟芯片采用锁相环技术和时间驯服算法，自动识别对时信号类型，读取RTC时间，初始化系统时间结构，自动识别对时信号类型（轮询对时接口，类型B码、GPS信号、分脉冲、秒脉冲）；如是B码或GPS 信号修正本板卡的恒温晶振，等锁相后定时向信号采集板发送采样脉冲；

接收采样数据，对采样数据进行打时标，根据业务定义上送数据结构到数据处理板；

定时诊断信号输入板和数据处理板在线检测信息，发现异常发送告警信号到数据处理板和硬接点输出。

图4为模拟量输入板结构图，主要由FPGA芯片、模数转换器AD等组成。为了减少采样延时，减少了电容电阻的使用而采用软件滤波算法。AD采用16位高精度模数转换芯片AD7665，最高吞吐量可达500kSPS，每块板卡6个AD，每个AD可采集6路模拟量，一块板卡最大可采集32路模拟量，FPGA收到数据采集板的采样脉冲后根据配置信息中配置的采样率进行采样，并上送采样数据。

图5为网络报文输入板结构图，每块板卡有4个100Mbps\1000Mbps报文采集端口部分，光纤接口部分采用SFP，SFP的100Mbps和1000Mbps型号可根据需求配置，同时SFP支持光强、温度监测功能，可对光纤收发器老化等问题提前预警。物理层选择Marvell的88E1512，为三速PHY，与MAC之间通过RGMII接口互联，同时支持硬件PTP时间戳功能，在报文采集端口上预留实现PTP的硬连线。MAC层采用Xilinx的IP-CORE实现。PCI-e接口部分通过Intel 82574网络芯片实现，直接采用Intel提供的PCI-e驱动，减少软件驱动开发的工作量。单个千兆网卡报文采集端口接入能力不小于600Mbps。

图6为开关量输入板结构图，开关量输入板由CPLD，光藕等器件组成主要是将电气量的信号进行转换，并在电气上和输入信号隔离。一块开关量板可接入32路开关量。

图7为背板结构图，在背板上设置有用于连接各种板卡的11个槽位，J1数据处理板，J2、J3数据采集板，J4~J9 输入板包括开关量板、模拟量板、网络报文板，J10、J11 电源板。

在本实施例中，所述开关量输入板、模拟量输入板和网络报文输入板的槽位为统一类型的槽位，可插入模拟量输入板、开关量输入板、网络报文输入板。插入板卡后, 数据采集板系统自动通过每块板卡类型标记地址来区分是何种板卡，可根据实际使用调整输入板卡类型及数量，大大提高了接入通道的数量和使用的便利性。

在本实施例中，还包括多机互联在线自检装置，每个板卡上都设置有告警信号硬接点，任何板卡异常都会触发所述硬接点输出告警信号，用软件通讯方式实现了各种板卡间多级互联，板卡间互相监测、在线自检机制来取代传统通过检测电阻等器件的电压电平信号来判断板卡是否异常的方式，避免电阻等器件老化或单一告警模块损坏等原因造成不告警或误告警。

在本实施例中，还包括电源板，所述电源板上包括一主一备双电源，热备用自动切换，每块电源输出5V、24V，当一块电源损坏时，自动切换到另一块电源工作，同时告警输出。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方法，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。