一种保护测控通信一体化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力自动化领域，尤其涉及一种在新能源光伏和风电箱变中应用的箱变智能保护测控通信一体化装置。
【背景技术】
[0002]近年来随着国家扶持新能源产业的政策不断出台，大型的新能源光伏电站、风电场不断涌现。为了满足新能源发电厂站系统安全与监控的需求，要求在升压站或远方监控中心实现对各发电单元或子方阵进行通讯实时监控。以光伏发电为例，光伏电站的每个光伏子方阵(一般为I?1.25MWP)，通常要配置箱变保护测控装置、通信管理机、环网交换机等设备。众多的二次设备不但总成本高，而且系统二次回路繁琐，运行维护工作量大，更严重的是户外现场安装十分不便:除箱变保护测控装置可集成在箱变中之外，通信管理机和环网交换机通常要配置较高价格的柜体来安装。对于集中式逆变器光伏子方阵，还可采用普通屏柜安放于逆变器小室中；而对于由于没有逆变器小室的组串式逆变器光伏子方阵，这两个设备的安装只能采用防护等级要求高得多的就地柜来安装，其成本价格相应又要提高；另外，也有少数厂家开发了集成保护测控和通信管理功能的装置产品，由于其保护测控和通信管理模块共用同一个CPU插件甚至同一个CPU芯片，产品的可靠性及灵活性等方面存在诸多问题。此外，随着我国光伏等新能源接入越来越多，电网又对大型新能源提出了AGC (Auto Generat1n Control自动发电控制)功率控制要求，对于近年迅猛发展的组串式光伏电站工程，直接对容量小，数量多的组串式逆变器进行AGC控制的厂站级AGC系统因变频器数量剧增而受到容量，计算能力等多方面挑战，一个合适的解决方案是在组串式光伏电站内进行AGC分级分层控制，即在子方阵中增加AGC子站设备，而当前市场上还缺少此类
τ?: 口广PR ；
[0003]这些问题的存在不利于新能源发电技术的应用推广，需要我们对保护测控与通信管理，环网交换机等功能进行重新一体化整合实现，并针对组串式光伏电站AGC子站控制需求增加AGC子站模块，以满足新能源发展的各发面需求。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:克服现有技术中存在的保护测控和通信管理两大主功能分装置实现经济性低，以及两大功能集成在同装置同一块CPU插件中系统稳定可靠性低的问题，以及需增加设备实现环网通讯功能和不具备AGC子站功能的问题和缺陷，提供一种将保护测控和通信管理两大主功能分插件实现在同一个装置的两块独立CPU插件中，并在通讯管理CPU插件上集成实现自动发电控制AGC子站和环网交换机两个重要模块，该方案和装置既消减了多设备造成的高成本，使得设备高性价比，采用双CPU插件方案又具备较高可靠性，而且又能解决当前组串式光伏站AGC系统控制瓶颈难题，优化了 AGC控制系统层次结构，提高了控制时效性与精度。
[0005]本实用新型的技术内容为:一种保护测控通信一体化装置，其特征在于:所述装置集成包含了保护测控、通信管理两大组成部分；所述装置包含保护测控CPU插件、温度信号采集插件、交流头插件、串口通信插件、通信管理CPU插件、开入插件、电源及开出插件、总线板卡、显示板卡、面板及箱体；所述的总线板卡包括定时复用同步通信总线、电源总线、模拟量总线、I/o总线；各插件通过总线板卡电源总线与电源插件板连接，获得供电电源，并通过总线板卡通信总线相互连接，实现相互之间信息报文交换；保护测控CPU插件通过总线板与交流头插件、温度信号采集插件、开入插件和开出插件相连，获得电流电压采集信号、温度信号、非电量及遥信开入信号，进行逻辑计算并将计算结果输送至开出板输出；通信管理CPU插件通过总线板与扩展串口通信插件相连，与各设备进行网络或串口通讯，经通信管理模块规约转换后与上一级监控进行环网以太网通讯；显示板卡与保护测控CPU插件及通信管理CPU插件基于总线板通过串口通讯连接，提供通讯连接调试口和人机信息接口，显示定值和信息，提供装置状态指示灯。
[0006]上述方案中:所述装置还包含自动发电控制AGC子站模块，该模块集成于通信管理CPU插件中。
[0007]上述方案中:所述装置还集成包含环网通讯模块，该模块集成于通信管理CPU插件中。
[0008]上述方案中:所述温度信号采集插件同时支持I?4路4?20mA直流温度输入和I?4路RTD温度电阻输入。
[0009]上述方案中:交流头插件配置有电流变换器和电压变换器，支持I?4个支路的电流和电压采集；每个支路电压分别为3相支路电压；每个支路电流分别为3相支路电流。
[0010]上述方案中:各支路电压可直接接入额定值为100V?1000V的支路线电压，无需一次电压互感器。
[0011]上述方案中:电源与开出插件提供24?220V交直流电源输入和若干对空接点输出。
[0012]上述方案中:开入插件配置2块，提供I?6路非电量开入和I?36路普通遥信开入，支持AC/DC 24?220V开入电压输入。
[0013]上述方案中:所述显示板卡上设有可选配的键盘操作模块和显示液晶模块，以及信号灯指示模块，一个远方/就地选择按钮，一个通讯网口。
[0014]上述方案中:保护测控CPU插件采用高性能双核CPU芯片，现场可编程门阵列芯片FPGA、PCI以太网控器和光纤收发器支持I?4路对上通信网口、I?2对对上环网通信口、I?2对自定义设置串口和I路对时口，板卡软件包含保护、测控、报告、录波、通讯模块。
[0015]上述方案中:所述保护测控CPU插件上的I?4个网口一方面作为保护测控模块的对上通讯网口，另一方面还作为网络交换机使用担当通信管理模块的对下扩展通讯网口，这些通讯网口能够根据需要独立配置为光口或电口，光口还可配置为单模或多模光口，支持ST或LC 口选择。
[0016]上述方案中:通信管理CPU插件采用高性能双核CPU芯片，现场可编程门阵列芯片FPGA、PCI以太网控器和光纤收发器支持I?4路对下通信网口、I?2对对上环网通信口、I?10对自定义设置串口和I路对时口，板卡软件上包含通信管理、AGC子站、数据库、环网RSTP模块。采用上述方法和装置方案后，本实用新型的有益效果是:
[0017]1、一体化融合了常规方案中箱变保护测控、通信管理机两大装置功能，还增加了AGC子站和环网通讯满足市场新需求，降低设备总成本；
[0018]2、保护测控和通信管理区别于部分同一 CPU插件集成实现的方案，系统可靠性更尚O
[0019]3、直接集成安装于箱式升压变中，无需常规方案中的屏柜或就地柜，降低了安装设备成本；
[0020]4、简化系统二次接线，提高设计和工程施工效率；
[0021]5、无常规设备的安装难题，提高工程建设施工效率；
[0022]6、满足组串式光伏子方阵大容量通信和AGC控制需求；
[0023]7、可直接接入逆变器或变流器输出电压，无需一次电压互感器，减少设备投资；
[0024]8、兼容支持双分裂箱式变压器和双绕组箱式变压器，优化用户产品选型；
[0025]9、环网故障诊断功能使得新能源电站维护更加方便。
【附图说明】
[0026]图1装置主功能组成；
[0027]图2带辅助功能装置功能组成；
[0028]图3装置板卡硬件组成；
[0029]图4装置背板接线图；
[0030]图5装置面板图；
[0031 ]图6装置光伏典型应用图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0033]I)为了实现本实用新型保护测控和通信管理两大功能(如图1所示)，以及增加AGC子站模块和环网交换机模块(如图2所示)的目标，产品硬件平台采用双CPU插件设计，每块CPU插件均选用嵌入式双核CPU处理器和大容量的现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行设计，内部采用高可靠性、高实时性、高效率的数据交换接口。装置包含保护测控CPU插件，温度信号采集插件，交流头插件、串口通信插件、通信管理CPU插件、开入插件、电源及开出插件、总线及显示板卡、面板及箱体(如图3所示)。装置采用背插式结构，通过总线板将各功能板卡(包括智能板和非智能板)连接起来。其中保护CPU插件采用双AD采样、双核处理(DSP+ARM)，双AD采样同时配以高效快速的数据实时校验算法，保证了保护和测控的可靠性。保护测控CPU插件及附属插件完成保护测控、事件、测量、录波等功能；智能I/O插件实现非电量、遥信等开入和跳闸等信号输出等功能；串口通讯插件协助通信管理CPU插件实现子方阵内其它智能设备如逆变器，汇流箱等各规约通信接入，规约转换存储处理后基于板卡内嵌的环网交换机功能统一上送，直接与升压站环网主交换机通讯，实现整个区域如光伏子方阵与主监控室的信息交互。电源板卡能够自适应AC/DC 24V?220V交直流电压输入，实现AC/DC或DC/DC变换，从而为各板卡提供稳定可靠的3V?12V直流电源；
[0034]2)总线板卡包括高性能的定时复用同步HTM通信总线、电源总线、模拟量总线、I/o总线；各插件通过总线板卡电源总线与电源及开出插件连接，获得供电电源；保护测控(PU插件、温度信号采集插件、电流电压交流头插件、串口通信插件、通信管理CPU插件、开入插件、电源及开出插件、通过总线板卡HTM通信总线相互连接，实现相互之间信息报文交换；保护测控CPU插件通过总线板卡模拟量总线与交流头插件连接，获得模拟量小信号；通过HTM通信总线与油温信号采集插件、非电量与开入插件，获得处理完成的变压器油温信号，非电量及遥信开入信号；与电源与开出插件相连，将逻辑计算