一种适用于智能变电站一次设备智能化的智能组件

摘要

本发明涉及电力自动化领域，其公开了一种适用于智能变电站一次设备的智能组件，包括智能终端、信号合并单元和智能测控单元；所述信号合并单元和智能测控单元均有两对光纤收发器，所述信号合并单元位于所述智能终端内，所述信号合并单元和智能测控单元之间通过光纤连接并进行数据传输。本发明的有益效果是：信号合并单元和智能测控单元之间的通信介质使用光纤，有效的防止了雷电天气和高压设备对信号传输的干扰；主副双通信通道的冗余式设计，极大提高了系统的稳定性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及智能变电站综合自动化系统，属于电力自动化领域，尤其涉及一种适用于智能变电站一次设备智能化的智能组件。 

背景技术

国民经济的快发展对电网的电力供应提出了更高的要求，因此，十二五期间，智能电网的建设提上了日程。欧盟委员会将智能电网的特性概括为：一是灵活性，满足用户多样化的电力需求;二是易接入性，保证所有用户都可接入电网，尤其对于可再生能源和高效、清洁的本地发电;三是可靠性，提高电力供应的可靠性与安全性;四是经济性，通过改革及竞争调节实现最有效的能源管理，提高电网的经济效益。 

智能变电站，显然是智能电网建设中非常重要的一个环节，即为采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。 

为了实现智能变电站的以上功能，需要对变电站的一次设备进行智能化改造。由于变电站的一次设备电压等级高，工作现场电磁干扰严重，因此隔离不同电位的一次设备之间的电磁干扰非常重要。。 

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足之处，本发明提出一种适用于智能变电站一次设备的智能组件，解决现有技术中不同电位一次设备的信号采集与传输问题的问题。 

本发明通过以下技术方案来实现：设计、制造一种适用于智能变电站一次设备的智能组件，包括智能终端、信号合并单元和智能测控单元；所述信号合并单元和智能测控单元均有两对光纤收发器，所述信号合并单元位于所述智能终端内，所述信号合并单元和智能测控单元之间通过光纤连接并进行数据传输。 

作为本发明的进一步改进：所述智能测控单元收集变电站现场的一次设备数据信息并控制信号输出，所述信号合并单元控制所述智能终端和智能测控单元之间的数据信息交互。 

作为本发明的进一步改进：所述智能测控单元包括至少2个所述智能测控单元，相邻的两个智能测控单元采用菊花链的方式将光纤首尾相连接以行成通信环路。 

作为本发明的进一步改进：所述信号合并单元和智能测控单元均具有CAN总线接口模块，所述CAN总线接口模块之间通过光纤介质传送信号，所述CAN总线接口模块采用CAN总线通信协议。 

作为本发明的进一步改进：所述适用于智能变电站一次设备的智能组件还设有软件处理模块，所述软件处理模块采用状态机的处理方式并设有实时监控模块以实时观测智能变电站一次设备的运行状态。 

作为本发明的进一步改进：所述软件处理模块采集信息并按照IEC61850协议进行信息交互。 

作为本发明的进一步改进：所述软件处理模块为分层架构的方式，分为数据采集层，业务逻辑层，数据处理层，数据库层，用户界面层，配置层和IEC81650协议层；所述配置层根据不同的现场情况对数据采集层和用户界面层进行配置；数据采集层与业务逻辑层进行交互；业务逻辑层将数据进行有理化，并采用状态机的形式将状态、数据实时递交给数据处理层；数据处理层将数据存储到数据库层；数据库层负责数据的存储与提取处理，并将数据提供给用户界面层；用户界面层是给用户提供的图形界面系统。 

作为本发明的进一步改进：所述智能测控单元设有8个数字量输入通道、8路数字量输出通道、8路模拟量输入通道和6路模拟量输出通道以同时采集适用于智能变电站一次设备不同部位多个部件的信息。 

作为本发明的进一步改进：所述智能测控单元检测包括但不限于如下信息：变压器电压检测、电流检测、油位检测、微水检测、局放检测、温度检测、介损检测和冷却控制信息。 

本发明的有益效果是： 

1.信号合并单元(2)和智能测控单元(3)之间的通信介质使用光纤，有效的防止了雷电天气和高压设备对信号传输的干扰。

2.主副双通信通道的冗余式设计，极大提高了系统的稳定性和可靠性。 

3.一个通信环路中智能测控单元(3)的数目理论上不受限制，这样用户可以根据设备需求使用不同数量的智能测控单元来满足。 

4.通过软件配置层（9）可以实现对不同变电站软件的定制。 

5.通过用户界面层（8）可以形象的实时监控设备运行状态。 

6.对运行数据进行分析，存储，回溯与输出。 

7.软件系统满足IEC81650标准，可以方便的与其他设备进行交互。 

附图说明

图1为本发明有4个智能测控单元的智能组件组成结构示意图； 

图2为本发明智能组件的软件系统架构图；

图3为本发明智能组件在变压器的应用示意图。

具体实施方式

   下面结合附图，对本发明作进一步的描述。 

一种适用于智能变电站一次设备的智能组件，包括智能终端1、信号合并单元2和智能测控单元3；所述信号合并单元2和智能测控单元3均有两对光纤收发器，所述信号合并单元2位于所述智能终端1内，所述信号合并单元2和智能测控单元3之间通过光纤连接并进行数据传输。 

所述智能测控单元3收集变电站现场的一次设备数据信息并控制信号输出，所述信号合并单元2控制所述智能终端1和智能测控单元3之间的数据信息交互。 

所述智能测控单元3包括至少2个所述智能测控单元3，相邻的两个智能测控单元3采用菊花链的方式将光纤首尾相连接以行成通信环路。 

所述信号合并单元2和智能测控单元3均具有CAN总线接口模块，所述CAN总线接口模块之间通过光纤介质传送信号，所述CAN总线接口模块采用CAN总线通信协议。 

所述适用于智能变电站一次设备的智能组件还设有软件处理模块，所述软件处理模块采用状态机的处理方式并设有实时监控模块以实时观测智能变电站一次设备的运行状态。 

所述软件处理模块采集信息并按照IEC61850协议给其它设备进行信息交互。

所述软件处理模块为分层架构的方式，分为数据采集层，业务逻辑层，数据处理层，数据库层，用户界面层，配置层和IEC81650协议层；所述配置层根据不同的现场情况对数据采集层和用户界面层进行配置；数据采集层与业务逻辑层进行交互；业务逻辑层将数据进行有理化，并采用状态机的形式将状态、数据实时递交给数据处理层；数据处理层将数据存储到数据库层；数据库层负责数据的存储与提取处理，并将数据提供给用户界面层；用户界面层是给用户提供的图形界面系统。 

在一实施例中，一种适用于智能变电站一次设备的智能组件，包括智能终端1、信号合并单元2和智能测控单元3；所述信号合并单元2和智能测控单元3均有两对光纤收发器，所述信号合并单元2位于所述智能终端1内，所述信号合并单元2和智能测控单元3之间通过光纤连接并进行数据传输。其中每个信号合并单元2和智能测控单元3都有两对光纤收发器，信号合并单元2位于智能终端内，信号合并单元2和智能测控单元3之间通过光纤连接传输数据，如果有多个智能测控单元3，则可以用菊花链的方式进行光纤首尾相连接，行成通信环路。如图1所示，为4个智能测控单元3的情况。智能测控单元3负责一次设备各处数据信息收集与控制信号输出，每个智能测控单元3有8个数字量输入通道，8路数字量输出通道，8路模拟量输入通道和6路模拟量输出通道，可同时采集设备不同部位多个部件的信息。信号合并单元2负责智能终端(1)和智能测控单元3之间的数据信息交互。智能终端1具有一个光纤以太网接口，能和站控层计算机通信。通过在智能终端1上的上位机界面软件实现对智能变电站一次设备的实时监控。 

信号合并单元2与各个智能测控单元3之间的信息传递，采用主副双环路光纤总线网络，通讯协议使用CAN总线协议，采用了冗余式的双环路冗CAN总线通信方式的设计，大大提高了系统的稳定性。由于每个信号合并单元2和智能测控单元3都有两对光纤收发器，整个光纤通信环路形成双环路结构。正常通信情况下，使用主通信通道。当某处光纤连接中断时，信号合并单元2自动启用副通信通道，这样，保证每个智能测控单元3仍然能够和信号合并单元2通信。这种双通信通道的设计，极大提高了系统的抗破坏能力，从而提高了系统的稳定性和可靠性。 

软件系统通过分层架构的方式，来处理位于不同层面的问题。配置层9根据不同的现场情况对数据采集层4和用户界面层8进行配置，由此能够根据一次设备通过配置功能，生成一套适用于此一次设备的运行软件，并能够根据一次设备部件的扩充而增补。数据采集层4能够实时采集最多达数万个数据点的数据，并以最快可达20Hz的频率与业务逻辑层5进行交互。业务逻辑层5将数据进行有理化，并采用状态机的形式完成各种业务流程，同时将状态，数据实时递交给数据处理层6。数据处理层6将数据存储到数据库层7，并可以完成海量数据的在线或离线的数据分析功能。数据库层7负责数据的存储与提取处理，可以快速存入海量数据，并将数据提供给用户界面层8。用户界面层8是给用户提供的图形界面系统，此层向右可以根据配置层9完成定制化，向下可以读写业务逻辑层5，从而可以实时监控底层设备，向左可以读写数据库层7，展现数据分析结果或者记录数据，向上可以沟通IEC81650协议层10，完成与外部设备的交互，是一个连接各层，展现各层最终执行效果的窗口。通过这些层的相互驱动，很好的完成了智能变电站的数据采集与监控。 

本发明是一种适用于智能变电站一次设备智能化的智能组件，其信号合并单元和智能测控单元及智能测控单元之间的通信介质使用光纤，有效的解决了不同电位一次设备的信号采集与传输问题，并且使用光纤，连接方便，通信距离远，可到数十千米，因此，智能测控单元可放在设备附近，最终通过光纤接入中控室，极大地减轻了现场的布线工作。 

下面是本发明应用于变电站变压器的一个实例说明，但本发明的应用不局限于变压器，还可应用于断路器、电子互感器等一次设备。 

变电站所用的大型变压器主要部件有铁芯、绕组、油箱、套管、冷却装置等，本例中，使用4个智能测控单元3、1个智能终端1和1个信号合并单元2组成的智能组件完成了对变压器的智能化改造。其中智能测控单元3可布置在变压器本体各相关部件处，通过各种个传感器来检测变压器各种相关物理参数，传感器采集的信号经过处理发给智能测控单元3，4个智能测控单元3分别完成变压器电压检测、电流检测、油位检测、微水检测、局放检测、温度检测、介损检测和冷却控制，它们之间通过光纤首尾相连，最终接入智能终端1。 智能终端1对智能测控单元3采集到的变压器各处状态信息经过自身软件系统处理，利用IEC61850协议发送给变电站站控层网络。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。