一種數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，將電子式電流互感器和電子式電壓互感器將電力系統(tǒng)的電流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出，將數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀器，數(shù)據(jù)同步分幀器將接收到的數(shù)字信號進(jìn)行同步處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)打包，將打包后的數(shù)據(jù)傳輸至電表，由電表完成電能的計量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立，保持計量數(shù)據(jù)的封閉性和數(shù)字化，提高了計量數(shù)據(jù)的安全性問題。
【專利說明】一種數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中獨(dú)立計量系統(tǒng)的總體構(gòu)架方法，屬于數(shù)字化變 電站【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年來，隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和大量數(shù)字化設(shè)備的投入使用，數(shù)字化變 電站已在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站一樣，同樣會存在電能計 量需要。計量作為電網(wǎng)公司營收的基礎(chǔ)，有著重要的地位。但在目前的數(shù)字化變電站建設(shè) 過程中，只是充分考慮了技術(shù)先進(jìn)性的需求，大力推進(jìn)了數(shù)據(jù)和設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，但對于計量系 統(tǒng)的特殊要求，沒有充分的認(rèn)識和考慮。這些問題迫切需要加以解決。
[0003] 現(xiàn)有的各個廠家設(shè)計的，正在運(yùn)行的數(shù)字化變電站計量系統(tǒng)構(gòu)架都是使用的是互 感器+合并單元輸出信號采樣+數(shù)字化電表的模式。互感器數(shù)據(jù)輸出到合并單元，數(shù)據(jù)通 過處理后，再重采樣后分發(fā)到保護(hù)，計量，測量設(shè)備。合并單元作為數(shù)據(jù)樞紐，具有改變數(shù)據(jù) 的可能，交換機(jī)作為分發(fā)設(shè)備也具有改變原始數(shù)據(jù)的可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種解決計量數(shù)據(jù)的安全性問 題的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于，其包 括： a、 電子式電流互感器和電子式電壓互感器將電力系統(tǒng)的電流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸 出； b、 將電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀 器； c、 數(shù)據(jù)同步分幀器將接收到的數(shù)字信號進(jìn)行同步處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)打包，將打包后 的數(shù)據(jù)傳輸至電表，由電表完成電能的計量。
[0006] 上述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法是，電子式電流互感器和電子式電壓 互感器測量的數(shù)字信號通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀器，數(shù)據(jù)同步分幀器將打包后的數(shù)據(jù) 通過光纖傳輸至電表。
[0007] 前述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法是，數(shù)據(jù)同步分幀器包括管理控制總 線、數(shù)據(jù)總線、開關(guān)輸入模塊、處理器模塊、信號輸入模塊，信號輸入模塊接收間隔的電流電 壓輸入信號，并通過數(shù)據(jù)總線與處理器模塊之間傳輸數(shù)據(jù)，開關(guān)輸入模塊接收開關(guān)位置輸 入接點(diǎn)信號，并通過管理控制總線與處理器模塊之間傳輸數(shù)據(jù)，處理器模塊將接收到的信 號重新同步，將同步后的數(shù)據(jù)打包，通過以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)到電表。
[0008] 前述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法是，處理器模塊將同步后的數(shù)據(jù)打包 變成IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)格式。
[0009] 數(shù)據(jù)總線為高速數(shù)據(jù)總線，管理控制總線為慢速總線。
[0010] 信號輸入模塊米用FPGA實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信。
[0011] 開關(guān)輸入模塊采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信。
[0012] 所述的處理器模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)交換。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明將電子式電流互感器和電子式電壓互感器將電力系統(tǒng)的 電流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出；將電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信號 傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀器；數(shù)據(jù)同步分幀器將接收到的數(shù)字信號進(jìn)行同步處理，并將相關(guān)數(shù) 據(jù)打包，將打包后的數(shù)據(jù)傳輸至電表，由電表完成電能的計量。
[0014] 本發(fā)明的電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信號不通過現(xiàn)有合 并單元，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立，保持計量數(shù)據(jù)的封閉性和數(shù)字化，并且通過數(shù)據(jù)同步分幀器數(shù) 據(jù)進(jìn)行同步處理，提高了數(shù)據(jù)的同步精度，從而提高了系統(tǒng)的計量精度。
[0015] 作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量 的數(shù)字信號通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀器，數(shù)據(jù)同步分幀器將打包后的數(shù)據(jù)通過光纖傳 輸至電表。由于采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，降低了傳輸通道的誤差損耗，從而進(jìn)一步提高了系 統(tǒng)的計量精度。
[0016] 作為對上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，處理器模塊將同步后的數(shù)據(jù)打包變成 IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)格式；數(shù)據(jù)總線為高速數(shù)據(jù)總線，管理控制總線為慢速總線，提高數(shù)據(jù)傳輸 量；信號輸入模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信，開關(guān)輸入模塊采用單片機(jī) 實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信，處理器模塊采用FPGA實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)交換，提 高硬件的處理能力，精確同步不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，不需要重采樣，提高計量精度。
[0017] 本發(fā)明的提出，實(shí)際就是解決了數(shù)字化變電站建設(shè)中的獨(dú)立計量系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ) 性問題。為數(shù)字化變電站的建設(shè)鋪平道路，對它的推廣起了極大的促進(jìn)作用。在一定數(shù)量的 智能化變電站中應(yīng)用后，可明顯提高電能計量準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了電能采集的獨(dú)立性和可靠性， 方便運(yùn)行人員管理。規(guī)范化數(shù)字化變電站設(shè)計，切實(shí)推動數(shù)字化變電站的發(fā)展和穩(wěn)定使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為現(xiàn)有數(shù)字化電站的計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明提出的數(shù)字化電站獨(dú)立計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為數(shù)據(jù)同步分幀器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為數(shù)據(jù)同步分幀器信號輸入模塊的結(jié)構(gòu)框圖； 圖5為數(shù)據(jù)同步分幀器開關(guān)輸入模塊的結(jié)構(gòu)框圖； 圖6為數(shù)據(jù)同步分幀器處理器模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020] 如圖2所示，本發(fā)明的電子式電流互感器和電子式電壓互感器將電力系統(tǒng)的電流 電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出；將電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信號傳輸 到數(shù)據(jù)同步分幀器；數(shù)據(jù)同步分幀器將接收到的數(shù)字信號進(jìn)行同步處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)打 包，將打包后的數(shù)據(jù)傳輸至電表，由電表完成電能的計量。
[0021] 與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電子式電流互感器和電子式電壓互感器測 量的數(shù)字信號不通過現(xiàn)有合并單元，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立，保持計量數(shù)據(jù)的封閉性和數(shù)字化， 并且通過數(shù)據(jù)同步分幀器數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理，提高了數(shù)據(jù)的同步精度，從而提高了系統(tǒng)的 計量精度。
[0022] 在發(fā)明的實(shí)施方式中，可將電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信 號通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀器，數(shù)據(jù)同步分幀器將打包后的數(shù)據(jù)通過光纖傳輸至電 表。由于采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，降低了傳輸通道的誤差損耗，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的計 量精度。
[0023] 本發(fā)明中，數(shù)據(jù)同步分幀器接收的電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的 數(shù)字信號不局限于一路數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)同步分幀器接收一路數(shù)據(jù)源或不小于一路數(shù)據(jù)源的情 況，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0024] 本發(fā)明的數(shù)據(jù)同步分幀器結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)同步分幀器包括管理控制總線5、數(shù)據(jù)總線4、開關(guān)輸入模塊1、處理器模塊2、信號輸入模 塊3,信號輸入模塊3接收間隔的電流電壓輸入信號，并通過數(shù)據(jù)總線4與處理器模塊2之 間傳輸數(shù)據(jù)，開關(guān)輸入模塊1接收開關(guān)位置輸入接點(diǎn)信號，并通過管理控制總線5與處理器 模塊2之間傳輸數(shù)據(jù)，處理器模塊2將接收到的信號重新同步，將同步后的數(shù)據(jù)打包，打包 后的數(shù)據(jù)可采用IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)格式，并通過以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)到電表。
[0025] 數(shù)據(jù)總線4為可采用高速數(shù)據(jù)總線，管理控制總線5為可采用慢速總線。信號輸入 模塊3結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，采用FPGA實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信，具有多路信號 輸入，圖4所示的信號輸入模塊3共有9路輸入信號。開關(guān)輸入模塊1采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸入 和輸出信號的處理與通信，開關(guān)輸入模塊1結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，單片機(jī)可采用STM32F103， 共有4路輸入信號。處理器模塊2結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示，采用FPGA與數(shù)據(jù)總線4之間傳輸 數(shù)據(jù)。
[0026] 本發(fā)明的數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中獨(dú)立計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步分幀器，可以通過光纖與電 表、電流互感器、電壓互感器連接通信，降低傳輸通道的誤差損耗。
[0027] 根據(jù)上述說明，一種數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)中獨(dú)立計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步分幀器的實(shí)施方 案，包括信號輸入（N02，N05，N08 )，接入一個間隔的電流電壓輸入，最多9個通道；開關(guān)輸入 (N03, N06, N09)，接收開關(guān)位置輸入接點(diǎn)，滿足變電站運(yùn)行方式改變的輸入；處理器（N04， N07, N010)，接收信號輸入模塊的信號，重新同步，數(shù)據(jù)打包，變成IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)格式，轉(zhuǎn) 發(fā)到電表。
【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于，其包括： a、 電子式電流互感器和電子式電壓互感器將電力系統(tǒng)的電流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸 出； b、 將電子式電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀 器； c、 數(shù)據(jù)同步分幀器將接收到的數(shù)字信號進(jìn)行同步處理，并將相關(guān)數(shù)據(jù)打包，將打包后 的數(shù)據(jù)傳輸至電表，由電表完成電能的計量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于，電子式 電流互感器和電子式電壓互感器測量的數(shù)字信號通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)同步分幀器，數(shù)據(jù)同 步分幀器將打包后的數(shù)據(jù)通過光纖傳輸至電表。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于，數(shù)據(jù)同 步分幀器包括管理控制總線（5)、數(shù)據(jù)總線（4)、開關(guān)輸入模塊（1)、處理器模塊（2)、信號輸 入模塊（3)，信號輸入模塊（3)接收間隔的電流電壓輸入信號，并通過數(shù)據(jù)總線（4)與處理 器模塊（2)之間傳輸數(shù)據(jù)，開關(guān)輸入模塊（1)接收開關(guān)位置輸入接點(diǎn)信號，并通過管理控制 總線（5)與處理器模塊（2)之間傳輸數(shù)據(jù)，處理器模塊（2)將接收到的信號重新同步，將同 步后的數(shù)據(jù)打包，通過以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)到電表。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于：處理器 模塊（2)將同步后的數(shù)據(jù)打包變成IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)格式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于，數(shù)據(jù) 總線（4)為高速數(shù)據(jù)總線，管理控制總線（5)為慢速總線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于：信號輸 入模塊（3)采用FPGA實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于：開關(guān)輸 入模塊（1)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸入和輸出信號的處理與通信。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化變電站獨(dú)立計量系統(tǒng)構(gòu)架方法，其特征在于：所述的 處理器模塊（2)采用FPGA實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)總線（4)的數(shù)據(jù)交換。
【文檔編號】H04L29/06GK104090157SQ201410200119
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】張秋雁, 肖震, 徐宏偉, 武建偉 申請人:貴州電力試驗(yàn)研究院, 南京新寧光電工程有限公司