基于网络通信的智能变电站二次设备调试分析系统的制作方法

本发明涉及电力系统智能变电站一种基于网络通信的智能变电站二次设备调试分析系统。

背景技术：

目前变电站自动化系统在运维检修管理方面或是局限于对设备的配置管理，或是缺乏有效实用的自动化管理手段，主要运维仍有赖手工方式，导致存在以下缺陷：1、效果缺陷：现有的工控机都是通用的电以太网口，基于计算机主板而设计的，虽然能扩展出比较多的网口，但智能变电站是基于快速以太网络的通信，接口要求光纤以太网口，并且sv、goose的抓包调试对实时性要求非常高，时间精度要求达到微秒级。2、导致效果缺陷的技术缺陷：现有的计算机主板只能应用于普通的计算网络，其cpu系统虽然是多任务操作，但不是并行的，因此其硬件结构及处理机制均达不到实时性的要求，并且网口数量过少。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于网络通信的智能变电站二次设备调试分析系统，能够完整地解决智能变电站主要设备网络通信的调试，简化通信调试过程，降低调试的复杂度，提高智能变电站二次设备调试的效率和水平。

一种基于网络通信的智能变电站二次设备调试分析系统，其特别之处在于：包括通过外部数据总线相互连接的嵌入式cpu和fpga处理器，该嵌入式cpu分别通过4个phy芯片与4个电以太网接口连接，而该fpga处理器还分别通过6个phy芯片与6个光纤以太网接口连接。

其中fpga处理器还分别与两个光串口连接。

本发明的分析系统提供了一个可以完整地对智能变电站的过程层smv(采样值)、goose(面向通用对象的变电站事件)、站控层mms及与调度主站iec104进行网络通信调试的通用平台。本发明从硬件和软件两个角度提出通用平台，能够完整地解决智能变电站主要设备网络通信的调试,简化通信调试的复杂度，提高智能变电站二次设备调试的效率和水平，并对推动智能变电站的建设都具有十分重要的意义。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明的功能原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明提供了一种基于网络通信的智能变电站二次设备调试分析系统，包括通过外部数据总线连接的嵌入式cpu和fpga处理器，该嵌入式cpu分别通过4个phy芯片与4个电以太网接口连接，而该fpga处理器还分别通过6个phy芯片与6个光纤以太网接口连接。另外其中fpga处理器还分别与两个光串口连接。

下面结合附图来对本发明做进一步详细的说明：

本发明系统的硬件部分设计上采用高性能无风扇嵌入式cpu与高性能fpga(现场可编程门阵列)处理器相结合，由多个采集单元板构成，每个采集单元板扩展成6个光以太网口。嵌入式cpu通过数据总线与fpga通讯，并提供4个电以太网，并提供对时管理模块。

采用本发明的系统后，该系统所能实现的功能如下(下列功能及其所需软件均采用现有常规技术)：

(1)scd全站配置文件高可视化分析：

scd文件规范性检查测试及可视化分析。检查ied连线、goose/smv虚端连线、提取mms通信使用的数据集、信息点表、定值点表等。

(2)间隔层网络报文进行实时监测、告警分析：

支持sv实时报文分析、goose实时报文分析、sv实时波形分析和goose实时图形分析功能。

关联事件可以按照时序展示本系统检测到的各关联ied之间的各类通信报文(goose、sv)、事件及告警。关联ied，为scd文件中在inputs内出现的ied，也就是说相互间有报文传递的ied；

(3)站控层通信服务端的仿真：

通信服务模块负责实现和站控层进行mms通信，并上传定值、装置参数、遥测值、遥信值、软压板、事件信息等数据。mms通信仿真功能可仿真ied作为iec61850/mms服务器的通信行为和响应逻辑，用于调试站控层的iec61850客户端系统(如监控后台、保护子站、远动网关机)的通信功能。仿真系统可模拟ied与这些客户端系统进行通信连接，在此础上提供信号仿真、闭环控制仿真、定值仿真、故障录波仿真等应用仿真功能

a)、信号仿真包括遥信仿真、遥测仿真、事件仿真等。遥信仿真可模拟ied遥信变位并上送的过程，从而替代系统的用直流电点击装置信号端子来实现状态量的方法。遥测仿真可模拟ied遥测变化且超过设定的阀值后上送的过程，可替代传统一借助测试仪产生模拟信号来实现模拟量的方法。事件仿真可模拟ied发生各种告警事件和保护动作事件等。从而方便与客户端系统进行点击实验。

b)、闭环控制仿真功能模拟远方遥控制开关、刀闸、压板等可控制对象时ied的响应和处理过程，包括接收客户端系统的遥控命令、遥控选择时间判断开关位置是否有效、遥控执行成功后开关位置变化触发遥信上送等过程。从而方便对客户端系统进行遥控操作调试。

c)、定值仿真功能可模拟保护装置ied本地定值修改、本地活动定值区切换等操作，同时模拟装置接收远方修改定值、远方切换定值区、远方召唤定值等命令并做出响应，从而方便对客户端系统对保护ied进行定值功能高度调试。

d)、故障录波仿真功能可模拟保护装置ied产生故障录波文件后通知客户端系统召唤录波文件的过程，包括自动产生故障录波文件、故障发生时间、故障序号、电网故障序号，以及发送故障通知给客户端系统、接收客户端系统的召唤录波请求并响应、将录波文件通过文件服务传送给客户端系统等过程。

(4)站控层iec61850mms调试。

主要调试装置的站控层数据：装置参数、定值、遥测值、遥信值、压板、故障文件，故障事件等。

装置参数:能够召唤保护、测控等智能装置的参数并可以修改之。

定值:能够召唤保护、测控、录波等智能装置的定值，并修改其定值。

遥测值：能够实时显示保护、测控等智能装置的遥测值。

遥信值：能够实时显示保护、测控等智能装置的遥信值

压板:能够实时显示保护、测控等智能装置的压板，并可进行投退。

故障文件：能够召唤保护、测控的暂态故障录波文件，并能够召唤故障录波装置的暂态、稳态文件。文件召唤能够下发不同时路径和时间进行召唤。

故障事件：能够实时显示装置的故障事件报告。

本发明系统的有益效果如下：

1、采用并行方式接收的fpga，使得过程层报文接收时标精度非常高，达到微秒级。

2、把采集部分制作成采集单元板，根据不同的用户配置任意扩展。

3、以图形化方式展示虚端子的连接情况，使用户不用在复杂、繁锁的xml文件中查找虚端子的连接。

4、仿真真实的继电保护设备的mms通信，goose网络通信，便于测试厂站、后台、继保设备、录波器组网等系统的通信是否正常。

5、能够测试站控层的继电保护设备的mms通信是否正常，测试过程层goose网络通信是否正常。

6、能够测试变电站与调度主站通信的iec104通信是否正常。

技术特征：

技术总结
本发明涉及电力系统智能变电站一种基于网络通信的智能变电站二次设备调试分析系统。其特点是：包括通过外部数据总线相互连接的嵌入式CPU和FPGA处理器，该嵌入式CPU分别通过4个PHY芯片与4个电以太网接口连接，而该FPGA处理器还分别通过6个PHY芯片与6个光纤以太网接口连接。本发明从硬件和软件两个角度提出通用平台，能够完整地解决智能变电站主要设备网络通信的调试,简化通信调试的复杂度，提高智能变电站二次设备调试的效率和水平，并对推动智能变电站的建设都具有十分重要的意义。

技术研发人员：曹政;尹相国;马磊;程冀川;刘青杨;陈波;白雪;陈海军;史磊;朱宏峰;王卫东
受保护的技术使用者：国家电网公司;国网宁夏电力公司检修公司;国网宁夏电力公司
技术研发日：2017.10.11
技术公布日：2019.04.19