一种面向数字化变电站调试的信息记录装置的制作方法

本实用新型涉及电网领域，尤其涉及一种面向数字化变电站调试的信息记录装置。

背景技术：

数字化变电站是智能电网中实现电能转化和信息采集的重要节点，其稳定性和可靠性对智能电网健康运行有着重要的支撑作用。我国智能电网建设和相关技术研究正全面开花，数字化变电站的推广和建设也随之进入新的高潮。

截至2012年底，国家电网公司已新建并投运超过220座数字化变电站，并且在数字化变电站技术研究、设备研制和设计建设等方面都取得了较大进展，但我国数字化变电站在标准制定、整体建设规划、技术优化创新等方面还有许多工作要做。在此背景下，国家电网公司于2012年启动了新一代数字化变电站相关研究，利用之前积累的丰富的实践经验和技术基础，结合国内国际输变电技术发展趋势，进一步推动我国数字化变电站技术创新和发展。与第一代数字化变电站相比，新一代数字化变电站具有系统集成度高、设备智能化程度高和业务系统一体化等基本特征，能够显著提高电网运行安的全性、可靠性和经济性。自2014年国家电网公司积极推广建设新一代数字化变电站开始，我国数字化变电站推广建设和应用技术研究再一次进入新的发展高潮。

信息传输数字化和网络化是数字化变电站与传统变电站最显著的区别之一，这种变化使得用户可以获得更多关于电网和变电站设备运行状态的信息，并使数字化变电站在线信息的综合利用成为可能，为真正实现变电站“智能化”提供了最基本的条件。但受到认知手段缺乏和技术发展不足等因素限制，我国数字化变电站相关研究工作在变电站“智能化”技术上所取得的应用成果还远远未达到预期程度。

目前变电站建设、调试及运维技术人员在实际工作中感受到的是信息表达数字化和网络化使得工作人员对电网和变电站运行状态认知的困难，同时，电网和变电站的设备分散较广，所处环境复杂，难以有效准确地获取其运行数据。技术人员需要借助辅助设备才能完成信息的获取工作，仍然依赖人工手段来对信息进行分析和判断并开展相应工作。这样既降低了现场工作效率和可靠性，也与数字化变电站所期望实现的“智能化”目标相去甚远。随着我国新一代数字化变电站开始推广建设，国网公司也着手出台了一些新的技术规范，强化了数字化变电站通讯网络的状态监视和二次设备的状态监视手段，规定了相关监视设备送出的信息内容，新的技术规范为今后进一步的工作创造了前提条件，相关技术的研究工作也随之开展。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述技术问题，提出一种面向数字化变电站调试的信息记录装置。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：

本实用新型提出了一种面向数字化变电站调试的信息记录装置，包括：

信号传输系统，用于通过有线和/或无线方式传输数字化变电站调试数据信号；

第一光纤收发器，与信号传输系统连接，用于将信号传输系统所输出的数字化变电站调试数据信号转换成光信号；

网络报文处理平台，与第一光纤收发器连接，用于接收第一光纤收发器所输出的光信号，并将其还原成数字化变电站调试数据信号，并对还原时产生的临时数据进行缓存；

公共系统服务平台，与网络报文处理平台连接，用于接收并记录还原后的数字化变电站调试数据信号。

本实用新型上述的信息记录装置中，网络报文处理平台包括：

数据接收模块，与多个第一光纤收发器通过光纤连接，用于接收第一光纤收发器所输出的光信号，再将其转换成电信号；

数据缓存模块，与数据接收模块电性连接，用于将电信号还原成数字化变电站调试数据信号，并对还原时产生的临时数据进行缓存；

数据传输链路，分别与数据缓存模块和公共系统服务平台电性连接，用于将还原后得到的数字化变电站调试数据信号发送给公共系统服务平台。

本实用新型上述的信息记录装置中，信号传输系统包括：

第二FPGA芯片，用于接收来自信号源所发送的数字化变电站调试数据信号，并将其压缩编码；

第二DDR2存储器，与第二FPGA芯片电性连接，用于缓存压缩编码时产生的临时数据；

第二PHY芯片，分别与第二FPGA芯片和第一光纤收发器电性连接，用于将压缩编码后的数字化变电站调试数据信号打包发送给第一光纤收发器；

数据接收模块包括与第一光纤收发器通过光纤连接，用于接收第一光纤收发器200所输出的光信号、再将其转换成电信号的第二光纤收发器以及与第二光纤收发器相连、用于对电信号进行解包的第一PHY芯片；

数据缓存模块包括与第一PHY芯片电性连接，用于对解包后的电信号进行解码、将其还原成数字化变电站调试数据信号的第一FPGA芯片以及与第一FPGA芯片电性连接、用于对解码时产生的临时数据进行缓存的第一DDR2存储器；

数据传输链路采用PCIE串行总线；第一FPGA芯片通过PCIE串行总线与公共系统服务平台电性连接。

本实用新型上述的信息记录装置中，第二光纤收发器采用SFP光纤收发器。

本实用新型上述的信息记录装置中，第二光纤收发器的VccT引脚和VccR引脚之间连接有π型LC滤波电路。

本实用新型上述的信息记录装置中，信号源包括用于输出数字化变电站调试数据信号的传感元件；

信号传输系统还包括与传感元件电性连接的信号调理模块，与信号调理模块电性连接的A/D转换器，与A/D转换器电性连接的单片机，与单片机电性连接的转换接口，与转换接口电性连接的第一无线传输模块，与第一无线传输模块通讯连接的第二无线传输模块，分别与第二无线传输模块和第二FPGA芯片电性连接的PC机；

信号调理模块采用LM324信号调理电路；A/D转换器型号为TLC1549；单片机型号为AT89C2051；转换接口采用RS232通信接口；第一无线传输模块和第二无线传输模块的型号均为PTR4000；第二无线传输模块通过USB接口与PC机连接。

本实用新型上述的信息记录装置中，信号源包括用于输出数字化变电站调试数据信号的传感元件；

信号传输系统还包括与传感元件电性连接的信号调理模块，与信号调理模块电性连接的A/D转换器，与A/D转换器电性连接的单片机，以及分别与单片机和第二FPGA芯片电性连接的PC机；

信号调理模块采用LM324信号调理电路；A/D转换器型号为TLC1549；单片机型号为AT89C2051；单片机通过USB接口与PC机连接。

本实用新型的信息记录装置构造网络报文处理平台，通过光纤通讯接收数据，再通过数据缓存模块对数据进行缓存，实现数据完整有效率的输出；还通过提供多种数据信号传输方式，从而适用于不同现实复杂场合，保持数据信号完整性和准确性。本实用新型的信息记录装置设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1示出了本实用新型的面向数字化变电站调试的信息记录装置的功能模块示意图；

图2示出了图1所示的信息记录装置的信号传输系统的部分功能模块示意图；

图3示出了图1所示的信息记录装置的网络报文处理平台的第二光纤收发器的附加电路图；

图4示出了图2所示的信号传输系统的另一部分功能模块示意图；

图5示出了图2所示的信号传输系统的又一部分功能模块示意图。

具体实施方式

本实用新型所要解决的技术问题是：信息表达数字化和网络化使得工作人员对电网和变电站运行状态认知的困难；电网和变电站的设备分散较广，所处环境复杂，难以有效准确地获取其运行数据，技术人员需要借助辅助设备才能完成信息的获取工作，仍然依赖人工手段来对信息进行分析和判断并开展相应工作。这样既降低了现场工作效率和可靠性，也与数字化变电站所期望实现的“智能化”目标相去甚远。本实用新型就该技术问题而提出的技术思路是：构造网络报文处理平台，通过光纤通讯接收数据，再通过数据缓存模块对数据进行缓存，实现数据完整有效率的输出；还通过提供多种数据信号传输方式，从而适用于不同现实复杂场合，保持数据信号完整性和准确性。

为了使本实用新型的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本实用新型，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1所示，图1示出了本实用新型的面向数字化变电站调试的信息记录装置的功能模块示意图。该信息记录装置包括：

信号传输系统100，用于通过有线和/或无线方式传输数字化变电站调试数据信号；

第一光纤收发器200，与信号传输系统100连接，用于将信号传输系统100所输出的数字化变电站调试数据信号转换成光信号；

网络报文处理平台300，与第一光纤收发器200连接，用于接收第一光纤收发器200所输出的光信号，并将其还原成数字化变电站调试数据信号，并对还原时产生的临时数据进行缓存；

公共系统服务平台400，与网络报文处理平台300连接，用于接收并记录还原后的数字化变电站调试数据信号。

在上述技术方案中，公共系统服务平台400用于实现以下功能：首先是使用独立的硬件资源接收MMS报文；变电站的站控层网络使用A/B双网，因此，公共系统服务平台400的硬件平台应当拥有多个千兆电缆以太网接口；其次是从网络报文处理平台300获取解析处理之后的过程层网络报文数据，对解析处理后的网络报文数据进一步进行处理；最后为辅助系统的软件功能应用提供运行平台。工业计算机能够根据现场技术要求配置数量可观的功能接口并且具有良好的操作系统系统性能和运行条件，是满足公共系统服务平台400功能需求的优秀解决方案；公共系统服务平台400是现有技术，在此便不一一赘述。

进一步地，如图2所示，信号传输系统100包括：

第二FPGA芯片110，用于接收来自信号源500所发送的数字化变电站调试数据信号，并将其压缩编码；

第二DDR2存储器130，与第二FPGA芯片110电性连接，用于缓存压缩编码时产生的临时数据；

第二PHY芯片120，分别与第二FPGA芯片110和第一光纤收发器200电性连接，用于将压缩编码后的数字化变电站调试数据信号打包发送给第一光纤收发器200。

而网络报文处理平台300主要用于完成过程层网络报文相关处理工作。具体地，网络报文处理平台300包括：

数据接收模块310，与多个第一光纤收发器200通过光纤连接，用于接收第一光纤收发器200所输出的光信号，再将其转换成电信号；具体地，数据接收模块310包括与第一光纤收发器200通过光纤连接的第二光纤收发器311以及与第二光纤收发器311相连的第一PHY芯片312；在这里，第二光纤收发器311用于接收第一光纤收发器200所输出的光信号，再将其转换成电信号，而第一PHY芯片312用于对该电信号进行解包；由于智能变电站现场中二次设备位于一次设备近旁，电磁环境十分严酷，光纤传输具有信号衰减小、抗电磁干扰能力强等优点，更适合作为智能变电站过程层网络报文传输介质使用。常规电子系统不具备对以光信号作传输介质的信息进行直接操作的能力，需要传输介质转换电路对信号进行处理。进一步地，第二光纤收发器311优选采用SFP(传输转换器件小型可拔插)光纤收发器，其为标准化的千兆以太网接口转换器(GBIC)，SFP光纤侧接口采用LC型连接器，电气侧接口则为20脚金手指连接器。进一步地，为提高第二光纤收发器311工作可靠性，保障对其供电质量。第二光纤收发器311的VccT引脚和VccR引脚之间连接有如图3所示的π型LC滤波电路313，电路插入损耗小，储能元件实现平滑滤波的同时还能够提供较大的负载电流和很小的脉动。

数据缓存模块320，与数据接收模块310电性连接，用于将电信号还原成数字化变电站调试数据信号，并对还原时产生的临时数据进行缓存；进一步地，数据缓存模块320包括与第一PHY芯片312电性连接的第一FPGA芯片321以及与第一FPGA芯片321电性连接的第一DDR2存储器322。在这里，第一FPGA芯片321用于对解包后的电信号进行解码，将其还原成数字化变电站调试数据信号；而第一DDR2存储器322用于对解码时产生的临时数据进行缓存。第一FPGA芯片321作为主控制器完成数据缓存模块320的逻辑控制；而第一DDR2存储器322则是数据缓存模块320的功能核心。数据缓存模块320在第一FPGA芯片321控制下由第一DDR2存储器322完成对报文数据进行二次过滤和缓存操作。第一DDR2存储器322是电子设备工程联合委员会(JEDEC)开发的内存技术标准。第一FPGA芯片321与DR2存储器322之间的接口由时钟信号线、数据总线、地址总线和控制总线等四部分组成。第一FPGA芯片321向第一DDR2存储器322提供系统主时钟，该时钟信号用于驱动内存芯片的DLL模块产生数据选通信号DQS，同时也是地址信号和命令信号的参考时钟。时钟使能信号CKE对DDR2的输入时钟进行控制，当CKE信号为高时输入时钟有效。本装置将DDR2与FPGA之间的接口信号线视为传输线处理。

数据传输链路330，分别与数据缓存模块320和公共系统服务平台400电性连接，用于将还原后得到的数字化变电站调试数据信号发送给公共系统服务平台400。在这里，数据传输链路是网络报文处理平台与公共系统服务平台之间的物理连接和数据接口，数据传输链路330采用PCIE串行总线以实现方案，数据传输链路330通过直接内存访问方式对公共系统服务平台物理内存进行访问操作。除此之外，数据传输链路还为网络报文处理平台提供系统时钟接口以及复位功能。

在这里，在网络报文处理平台300中，GOOSE解析之后直接经由数据传输链路330上传，SV报文送至数据缓存模块320缓存一段时间后再执行上传操作。

进一步地，如图4所示，信号源500包括用于输出数字化变电站调试数据信号的传感元件510，该传感元件510通常采用用于取样的电阻、开关管或者电容等。

如图4所示，信号传输系统100还包括与传感元件510电性连接的信号调理模块520，与信号调理模块520电性连接的A/D转换器530，与A/D转换器530电性连接的单片机540，与单片机电性连接的转换接口550，与转换接口550电性连接的第一无线传输模块560，与第一无线传输模块560通讯连接的第二无线传输模块570，分别与第二无线传输模块570和第二FPGA芯片110电性连接的PC机580；在这里，信号调理模块520采用LM324信号调理电路；A/D转换器530型号为TLC1549；单片机540型号为AT89C2051；转换接口550采用RS232通信接口；第一无线传输模块560和第二无线传输模块570的型号均为PTR4000；第二无线传输模块570通过USB接口与PC机580连接。在这里，信号调理模块520用于通过消抖、滤波、保护、电平转换和隔离等调理方式对数字化变电站调试数据信号转换成标准信号；A/D转换器530用于将模拟信号转换成数字信号；单片机540用于将A/D转换器530所输出的信号通过第一无线传输模块560和第二无线传输模块570发送给PC机580。

在其他实施例中，如图5所示，信号传输系统100还包括与传感元件510电性连接的信号调理模块520，与信号调理模块520电性连接的A/D转换器530，与A/D转换器530电性连接的单片机540，以及分别与单片机540和第二FPGA芯片110电性连接的PC机580；在这里，信号调理模块520采用LM324信号调理电路；A/D转换器530型号为TLC1549；单片机540型号为AT89C2051；单片机540通过USB接口与PC机580连接。信号调理模块520用于通过消抖、滤波、保护、电平转换和隔离等调理方式对数字化变电站调试数据信号转换成标准信号；A/D转换器530用于将模拟信号转换成数字信号；单片机540用于将A/D转换器530所输出的信号发送给PC机580。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。