专利名称：一种变电站的数据采集、传输及控制智能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力系统领域，特别涉及实现数字化变电站过程层开关控制器和合并 单元功能的变电站的数据采集、传输及控制智能装置。
背景技术：
随着光电传感技术、光纤通讯技术快速发展，采用数字式互感器代替传统的电磁式电 力互感器、光纤数字通讯技术代替普通金属电缆二次模拟电量传输方式技术已经成熟。与 传统的电流互感器、电压互感器相比，数字式互感器具有电气绝缘性能好、占地少、造价 低、动态范围大、不易饱和的优点；而采用数字化光纤通讯技术，取代传统金属电缆进行 信息传送，可大幅提高数据传输量，通讯也更可靠、快速。以上这些，为光纤数字化继电 保护装置逐步代替传统模拟量输入的继电保护装置创造了良好的条件。
实用新型内容
为克服现有技术中数据传输量低，通讯不可靠、速度缓慢的缺陷，而提供了一种变电 站的数据采集、传输及控制智能装置。
本实用新型的一种变电站的数据采集、传输及控制智能装置，包括数据接收模块、数 据还原模块、数据处理模块、数据输出模块、时钟同步模块、模数转换模块及开关量输入 输出模块，其中所述数据接收模块通过数据还原模块与数据处理模块连接，时钟同步模块 分别与数据还原模块及模数转换模块连接，模数转换模块与开关量输入输出模块分别与数 据处理模块连接，数据处理模块的输出端与数据输出模块的输入端连接。
所述数据还原模块包括解码校验模块和数据排序处理模块，解码校验模块与数据接收 模块的数量均为N个，各数据接收模块分别与其相对应的解码校验模块的输入端连接，各 解码校验模块的输出端分别连接数据排序处理模块，所述N为正整数。
其中
数据接收模块，用于接收不同通道电子互感器传送的高速采样数据，并将该数据的光 信号转换成电信号传输给数据还原模块；
数据还原模块，使用的是大规模可编程门阵列FPGA，包括解码校验模块和数据排序处理模块，解码校验模块用于实现高压侧传送数据的解码和循环冗余校验，数据排序处理 模块用于对解码及校验后的数据进行排序后传输给数据处理模块；
数据处理模块，用于对数据还原模块输出的数据进行处理，将处理后的数据传输给数 据输出模块供其他设备使用；
时钟同步模块，用于识别数据还原模块中的信号，将高精度同步信号发送给数模转换 模块，并对异常情况进行处理；
开关量输入输出模块，用于采集现场的开关状态信息，并将其按照IEC61850协议发 送给保护测控装置，同时该模块也接收保护测控装置发出的跳闸命令。
本实用新型的有益效果在于-
(1) 本实用新型的装置简化了二次设备的结构。现代变电站内的装置大多是数字装 置，传统的电磁互感器的模拟输出信号到这些数字装置需要经过采样保持、多路转换开关、 模数(A/D)变换。数字式互感器送出的信号经过智能装置处理后，可以直接为数字装置 所用，从而省去了数字装置的这些信号变换电路，简化了数字装置的硬件结构。
(2) 消除了测量数据传输过程中的系统误差，提高了系统的准确度和可靠性。电磁 式互感器的误差随二次回路的负荷变化而变化，产生的系统误差不可预计，而数字式互感 器采集的数据经智能装置处理后传送的是数字信号，因而完全不受负载的影响，系统误差 仅存在于互感器自身。
(3) 变电站自动化系统间隔层和过程层的连接方式更加开放和灵活。传统变电站中， 当多个不同装置需要同一个互感器的信号时，就需要进行复杂的二次接线，而智能装置输 出的数字信号可以很方便地进行数据通信，可以利用现代通信技术实现点对点/多个点对点 或过程总线通信方式。这样将完全取代大量的二次电缆线，彻底解决二次接线复杂的问题， 可实现真正意义上的信息共享。
可见，电子互感器与计量保护装置的合理接口设计，不仅能简化二次设备，而且能提 高整个系统的准确度和可靠性。接口的标准化还可促使变电站自动化通信控制系统的优 化，并最终实现变电站内的信息共享和系统集成。因此，针对数字式互感器与计量与保护 系统的接口技术研究，对数字式互感器应用于变电站自动化系统有着至关重要的促进作 用。
另外，本实用新型的数字化变电站的数据采集、传输及控制智能装置也可以直接采集 模拟量和遥信量。
图1是依据本实用新型的数字化变电站的数据采集、传输及控制智能装置的构成示意
图2是依据本实用新型的装置的数据还原模块的构成示意图； 图3是本装置在数字化变电站应用示意图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型的装置包括包括数据接收模块、基于现场可编程门阵列技 术的数据还原模块；基于数字信号处理技术的数据处理模块；基于正C61850标准的数据 输出模块，基于GPS授时技术的时钟同步模块、模数转换模块及用于采集现场的开关状态 信息的开关量输入输出模块，其中所述数据接收模块通过数据还原模块与数据处理模块连 接，时钟同步模块分别与数据还原模块及模数转换模块连接，模数转换模块与开关量输入 输出模块分别与数据处理模块连接，数据处理模块的输出端与数据输出模块的输入端连 接。其中数据处理模块以采用CPU为佳。
如图2所示，数据还原模块完成不同通道电子互感器传送的高速采样数据，主要由解 码校验模块、数据排序模块组成。
解码校验模块主要实现高压侧传送数据的解码和循环冗余校验CRC (Cyclic Redundancy Check)。智能装置由数字式互感器高压侧获得数据，由于在高压侧电磁环境恶 劣，为保证数据的正确性，需要加入差错控制码，使一个不可靠的通信链路变成可靠的链 路。大规模可编程门阵列FPGA可以实现智能装置同时对12数据进行CRC，当某路数据 CRC不正确时，智能装置仍应保留此路数据并告知二次设备此数据无效。
利用大规模可编程门阵列FPGA能够实现智能装置同时对12路数据进行接收和校验， 但是实际上由于各路通道数据相互独立，其数据信息到达智能装置的时钟各不相同，且前 后关系也不固定，所以在将12路数据传输给数据处理模块前，还要通过数据排序模块的 处理实现列对12路数据进行正确排序。
时钟同步模块主要包括以下3个功能①准确可靠地识别信号；②给各路模数转换 (A/D)模块发送高精度的同步信号；③异常情况处理。
在实现时，针对物理层与数据链路层的特性，数据输出模块有两种具体的技术方案。一种是IEC60044-8中描述的通讯方式，使用内插法或同步脉冲法得到输出信号，并按照 IEC60870-5-l(远动设备及系统传输帧格式)规定的FT3数据帧格式封装，实现数据传输。 另一种采用IEC61850-9-l描述的以太网接入方式，使用同步脉冲得到时钟连续的一次电 流和电压及抽样信号，按照ISO/IEC8802.3协议规定的帧格式进行数据封装，实现数据传 输。
由于以太网具有良好的开放性、稳定性、易维护性、便于实现互联和互操作等特点， 因此，对于智能装置与二次设备之间的数据输出模块，采用基于IEC61850的以太网络通 信技术。
开关量输入输出模块用于采集现场的开关状态量，将其按照IEC61850协议发送给保 护装置。同时，开关量输入输出模块接收保护装置发出的跳闸命令。
如图3所示，是本装置在数字化变电站应用示意图，本实用新型设计的智能装置安装 在互感器、断路器附近，实现一次设备电压、电流和开关信号的数据同步采集、传输以及 控制命令的执行，包括数字式互感器通过光纤输出的电流、电压采样值，以及常规电压/ 电流互感器输出的常规模拟信号、相应间隔和其关联部分的状态信号采集、智能电子设备 (正D)数据通信等，并实现输出信号(包括跳合闸输出继电器信号)控制。变电站内所有的智 能装置通过由全球定位系统(GPS)时钟信号源产生的同步信号来实现数据同步采样,并按 IEC 61850的数据建模和数据通信要求，实现数据信号的标准交互，从而达到不同应用数 据需求在过程层实现数据的共享。
本实用新型设计的数字化变电站智能装置适应变电站技术发展的趋势，直接下放安装 到开关小室，利用光纤以太网向保护装置传输数字化的采样值,彻底改变了原有变电站的二 次接线方式。这种智能装置的使用可以极大的节省传统变电站的电缆投资。
此处已经根据特定的示例性实施例对本实用新型进行了描述。对本领域的技术人员来 说在不脱离本实用新型的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例 仅仅是例证性的，而不是对本实用新型的范围的限制，本实用新型的范围由所附的权利要 求定义。
权利要求1、一种变电站的数据采集、传输及控制智能装置，包括数据接收模块、数据还原模块、数据处理模块、数据输出模块、时钟同步模块、模数转换模块及开关量输入输出模块，其特征在于所述数据接收模块通过数据还原模块与数据处理模块连接，时钟同步模块分别与数据还原模块及模数转换模块连接，模数转换模块与开关量输入输出模块分别与数据处理模块连接，数据处理模块的输出端与数据输出模块的输入端连接。
2、 如权利要求1所述的装置，其特征在于所述数据还原模块包括解码校验模块和 数据排序处理模块，解码校验模块与数据接收模块的数量均为N个，各数据接收模块分别 与其相对应的解码校验模块的输入端连接，各解码校验模块的输出端分别连接数据排序处 理模块，所述N为正整数。
专利摘要本实用新型涉及一种数字化变电站的数据采集、传输及控制智能装置，该装置包括数据接收模块、数据还原模块、数据处理模块、数据输出模块、时钟同步模块、模数转换模块及开关量输入输出模块，本装置的组成简化了二次设备的结构。其中数据还原模块包括解码校验模块和数据排序处理模块，采用了大规模可编程门阵列电路实现数字式互感器传送数据的并行处理，通过GPS时钟同步处理模块保证采样精度在1us范围内，同时具有开关控制器和合并单元功能、可以直接处理数字式互感器和传统互感器的数据，还可接收间隔层设备发出的通用面向变电站事件信息对断路器进行操作。
文档编号G05B19/048GK201348729SQ20082012443
公开日2009年11月18日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者刚 李, 一 汪, 王庆平, 剑 覃, 陈翔宇, 鹿洪刚 申请人:中国电力科学研究院