一种750kV数字化可控并联电抗器控制装置的制作方法

本发明涉及一种数字化变电站的控制装置，具体涉及一种750kV数字化可控并联电抗器控制装置。

背景技术：

随着智能电网的发展，750kv输电线路的变电站基本采用的是基于IEC61850的数字化变电站。可控并联高压电抗器(CSR)在750kv电压等级电力输电网络中得到广泛的应用，作用是解决输电线路中限制过电压与无功调节之间的矛盾。如果750kv的CSR控制装置不能满足基于IEC61850数字化变电站的要求，将限制CSR在750kv输电线路中的应用，影响750kv线路的输电能力。

为了使CSR控制装置满足基于IEC61850数字化变电站的运行要求，对750kv可控并联电抗器控制装置进行了数字化设计。本文提出针对750kv可控并联电抗器控制装置的过程层、间隔层、站控层的设计方法，并阐述它的物理结构、数字模型。

IEC61850数字化变电站从物理结构上分析仍然是一次设备和二次设备两层，但是按照IEC61850数字化变电站的要求，从逻辑方面分析，数字化变电站是三层结构，包括站控层、间隔层和过程层，各层内部及层级之间采用符合IEC61850要求的高速通信，所以CSR控制装置需要有三层逻辑结构，包括与控制中心高速交互实时信息的站控层；作为站控层和过程层之间联调的间隔层；与一次设备数字化部分实时交互信息的过程层。

在数字化变电站中，750kv数字化可控并联电抗器控制装置需要对数字化的信息进行处理，并分析采集的信息内容对一次设备进行控制。750kv数字化可控并联电抗器控制装置的数字模型，完整的描述了CSR的过程层、间隔层和站控层结构，抽象的可控并联电抗器的数字模型使CSR控制装置具有互操作性和互换性。

传统的750kv可控并联电抗器控制装置，在使用方面，不能采集数字化变电站中的数字化信息，无法接入数字化变电站，限制了750kv可控并联电抗器的使用范围；在信号连线方面，传统的750kv可控并联电抗器控制装置需要接入大量的电信号量，如果接入信号故障，难以快速定位故障点，需要大量的时间和人力查找，给装置正常运行带来影响；在信号传输方面，由于电信号远距离传输的抗干扰能力差，外界的干扰会造成电信号的误传，使750kv可控并联电抗器发生误动作，影响750kv可控并联电抗器设备可靠运行。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种750kV数字化可控并联电抗器控制装置，采用符合IEC61850数字化变电站的逻辑结构和通信体系，实现了数字化信息的采集和处理，该控制装置能够接入750kv数字化变电站，并可以对一次设备进行控制，避免750kv可控并联电抗器装置无法在IEC61850数字化变电站中使用，大大提高了750kv可控并联电抗器装置的使用范围。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种750kV数字化可控并联电抗器控制装置，所述装置基于IEC61850标准，包括依次连接的站控层、间隔层和过程层结构；其改进之处在于，所述站控层用于汇总750kV可控并联电抗器的过程层和间隔层实时数据信息，将实时数据信息送往控制中心，接收控制中心控制命令并转向间隔层和过程层执行，对750kV数字化可控并联抗器的间隔层、过程层设备进行在线维护和修改参数。

其中，所述站控层包括相互进行通信的可控高抗监控和信息管理单元；所述可控高抗监控用于监视可控高抗设备的运行状态，包括装置告警、闭锁和动作信号，并将可控高抗设备的运行状态上报至控制中心；所述信息管理单元采用冗余结构设计，用于汇总间隔层控制单元的信息并将信息上报至可控高抗监控，冗余结构设计满足无缝切换的要求。

其中，所述间隔层包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和间隔保护单元；所述数据处理单元和间隔保护单元均与控制单元进行数据交互，所述数据采集单元和数据处理单元进行数据交互。

其中，所述数据采集单元采集的数字信号采用IEC61850的数据格式，数字信号包括数字化电压、电流数据和数字化开关量信号，其中数字化电压数据和数字化电流数据采用IEC61850-9-1的数据格式，数据采集单元通过光纤与过程层的MU智能单元获得数据报文，或者通过光纤连接交换机再获得MU智能单元的数据报文；所述数字化开关量包括断路器的开关位置、隔刀位置和保护动作信号，采用IEC61850-9-2的数据格式，所述数字化开关量通过光纤连接断路器智能设备和间隔保护智能设备以获得数据报文，或通过光纤连接交换机获得所需的数据报文。

其中，所述数据处理单元用于接收到过程层数据采集单元采集到的数据报文，根据750kv数字化可控并联高抗控制装置的数字化模型，解析数据报文，包括IEC61850-9-1格式的数据报文和IEC61850-9-2格式的数据报文；数据解析处理完成后，间隔层数据处理单元以多通道 缓冲串行口Mcbsp将数据送至控制单元计算；间隔层层数据处理单元采用DSP芯片，多通道缓冲串行口Mcbsp采用FPGA芯片完成。

其中，所述间隔保护单元用于执行控制单元发布的命令接收和驱动一次设备，间隔保护单元对控制单元的命令进行数据报文整理，间隔保护单元的报文格式符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2数据格式；数据通道采用光纤通道。

其中，所述控制单元用于数据计算，根据计算结果，向间隔保护单元发布动作命令；发布的命令包括断路器动作信号和装置闭锁信号，命令的形式采用IO直连；控制单元通过CAN总线接收来自站控层信息管理单元的信息，站控层发布给控制单元命令，控制单元接收到命令后下发给间隔保护单元。

其中，所述过程层用于负责750kv数字化可控并联电抗器的实时电气量检测，运行设备状态检测，设备操作控制执行与驱动。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明提供的基于IEC61850的750kv数字化可控并联电抗器控制装置是采用IEC61850数字化变电站逻辑分层结构，使750kv可控并联电抗器可以接入数字化变电站，扩大了750kv可控并联电抗器的使用范围。站控层、间隔层和过程层的逻辑分层结构设计，简化了控制装置的结构，增加了配置的灵活性和可控性，方便以后控制装置的扩展。

基于IEC61850的750kv数字化可控并联电抗器控制装置建立的数字模型，描述了可控电抗器的所需数据，增加装置的互换性和互操作性。

信息管理单元与控制单元之间采用CAN网总线方式传输数据，提高了信息共享速度，冗余的结构设计提高了站控层与间隔层之间信息交互的可靠性。

清晰的逻辑分层结构和面向对象的装置数字化模型能够在设备故障出现后快速定位故障点。采用光纤技术通信技术传输信号，提高了控制装置传输信号的抗干扰能力，增强了设备的可靠运行。

附图说明

图1是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器控制装置整体结构图；

图2是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器控制装置过程层数据采集单元配置图；

图3是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器过程层数据处理单元结构图；

图4是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器间隔保护单元配置结构图；

图5是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器控制单元配置结构图；

图6是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器控制装置站控层结构图；

图7是本发明提供的750kv数字化可控并联电抗器控制装置数字化模型结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

基于IEC61850的750kv数字化可控并联电抗器控制装置分为三层分别是站控层、间隔层和过程层。站控层包括可控高抗监控和信息管理单元，间隔层包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和间隔保护单元。过程层需要采集的信息的设备包括开关量智能设备、MU智能设备和间隔保护智能设备。基于IEC61850的750kv数字化可控并联电抗器控制装置整体结构如附图1所示，其中站控层可控高抗监控负责监视可控高抗各设备的运行状态，包括装置告警、闭锁、动作信号等，并将运行状态上报至控制中心；信息管理单元采用冗余的结构设计负责汇总间隔层控制单元的信息将汇总的信息上报可控高抗监控，冗余的结构设计满足无缝切换的要求。控制单元负责接收数据处理单元和间隔保护单元的信息，根据不同的数据信息发布不同的可控高抗控制命令。过程层的智能设备采集开关的运行状态、电压互感器和电流互感器数据，并采用IEC61850数据格式上送间隔层设备，当接收到间隔层设备发布的命令时，驱动一次设备进行动作。

过程层数据采集单元主要是采用IEC61850的数据格式，包括数字化电压、电流数据和数字化开关量信号，其中数字化电压数据和数字化电流数据采用IEC61850-9-1的数据格式，数据采集单元通过光纤与MU智能单元直接连接获得数据报文，或者通过光纤连接交换机获得MU智能单元的数据报文。采集单元的数字化开关量，包括断路器的开关位置、隔刀位置和保护动作信号等，采用的是IEC61850-9-2的数据格式，数字化开关量通过光纤直接连接断路 器智能设备和间隔保护智能设备获得数据报文，或者通过光纤连接交换机获得所需的数据报文，750kv可控高抗过程层数据采集单元结构图如附图2所示。过程层数据采集单元在采集数据的过程中还需要有精确的时间，所以过程层数据采集单元接入了GPS对时。

间隔层数据处理单元负责接收到过程层数据采集单元采集到的数据报文，根据750kv数字化可控并联高抗控制装置的数字化模型，解析数据报文，包括IEC61850-9-1格式的数据报文和IEC61850-9-2格式的数据报文。数据解析处理完成后，间隔层数据处理单元以Mcbsp数据通道将数据送至控制单元计算。间隔层层数据处理单元使用DSP(TMS320F38335)，Mcbsp的数据通道使用FPGA(XC3S500E)完成，750kv数字化可控并联高抗间隔层数据处理单元结构如图3所示。

间隔保护单元负责执行控制单元发布的命令接收和驱动一次设备，间隔保护单元对控制单元的命令进行数据报文整理，间隔保护单元的报文格式符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2数据格式。750kv数字化可控并联电抗器抗控制装置的间隔保护单元结构图如图4所示。数据通道采用光纤通道，与一次设备智能化部分的连接采用点对点和组网方式，保证了数据发送和接收的可靠性。

750kv数字化可控并联电抗器控制装置的控制单元负责数据的计算，根据计算结果，向间隔保护单元发布动作命令。发布的命令包括断路器动作信号，装置闭锁信号，命令的形式采用IO直连。控制单元通过CAN总线接收来自站控层信息管理单元的信息，站控层可以发布给控制单元命令，控制单元接收到命令后下发给间隔保护单元。750kv数字化可控并联电抗器控制装置控制单元配置结构如图5所示。

信息管理单元负责汇集控制单元的上传数据和发布可控高抗监控的命令，汇集控制单元数据的主要工作采用DSP(TMS320F38335)完成，上传和发布可控高抗监控命令的工作由ARM完成。可控高抗监控与信息管理单元共同组成了750kv数字化可控并联电抗器控制装置的站控层，采用以太网技术进行站控层与控制中心的通信，由DSP(TMS320F38335)接入IRIG-B对时信息，实现站控层的精确对时。750kv数字化可控并联电抗器控制装置站控层结构如图6所示，信息管理单元A和信息管理单元B通过以太网进行信息交互，间隔层与站控层信息处理单元采用光纤连接。

750kv数字化可控并联电抗器控制装置的数字模型是对控制装置所采集数字化量的抽象，包括采集750kv可控并联电抗器的一次侧电流、一次侧电压、二次侧电压和二次侧电流等模拟量，以及750kv侧断路器开关量、本体二次侧断路器开关量和非电量保护信号等。如750kv数字化可控并联电抗器控制装置数字化模型结构图7所示，根据IEC61850标准，控制 装置数字化模型包括逻辑设备(LD，logical Device)、逻辑节点(LN，logical Node)、数据类名(DO，Data Object)和数据属性名(DA，Data Attribut)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。