分離式數字化高壓開關控制器的制作方法

文檔序號：7919208閱讀：297來源：國知局

專利名稱：分離式數字化高壓開關控制器的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力設備領域，涉及一種數字化高壓開關控制器，尤
其是一種既滿足數字化變電站和IEC61850通信協議要求又兼容目前變電站的使用環境并且能用于各類敞開式高壓開關及GIS設備的數字化高壓開關控制器。
背景技術：
傳統的高壓開關和GIS設備的控制裝置由大量繼電器和輔助接點構成，這樣的控制裝置不但接線復雜、耗費大量有色金屬材料的硬連線而且不能夠實現標準化的生產而日益不能滿足數字化變電站和 IEC61850通信協議的要求。
隨著數字化變電站和IEC61850通信協議的推廣，越來越多的自動化設備被應用到電力系統的自動化控制之中，數字化開關也應運而生。
數字化開關是采用數字化的控制裝置(即數字化高壓開關控制器)取代傳統的控制裝置，現有的數字化高壓開關控制器大多數是在高壓開關和GIS裝置的就地匯控柜上安裝一臺數字化控制裝置取代傳統的控制裝置，用于實現開關的控制和獲取開關的狀態及告警信息，這樣的開關控制器可以滿足數字化變電站和IEC61850通信協議的要求，但是在目前數字化變電站和IEC61850通信協議還未被大量推廣應用的前提下，在與目前大多數變電站綜合自動化設備接口時仍然不能解決接線復雜和耗費大量有色金屬材料的硬連線的問題，因此這樣的開關控制器在當前普遍的工作環境下使用時其靈活性和經濟性受到限制。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種結構簡
單、安裝方式靈活、成本低、標準化、滿足數字化變電站和IEC61850 通信協議并且能用于各類敞開式高壓開關及GIS設備的數字化高壓開關控制器。
本發明的目的是通過以下技術方案來解決的
這種分離式數字化高壓開關控制器，包括控制單元和轉接單元，所述控制單元包含有CPU控制模塊，所述CPU控制模塊分別與溫度模塊k、時鐘模塊k、模擬量變換模塊k、人機界面模塊k、光纖以太網通信模塊k、開關量輸入模塊k和開關量輸出模塊k連接，所述轉接單元包含有CPU轉接模塊，所述CPU轉接模塊分別與時鐘模塊z、模擬量變換模塊z、人機界面模塊z、光纖以太網通信模塊z、開關量輸入模塊z、開關量輸出模塊z和通信擴展模塊連接，所述控制單元中設有對其供電的電源模塊k，所述轉接單元中設有對其供電的電源模塊z，所述控制單元通過光纖與轉接單元連接。
上述CPU控制模塊和所述CPU轉接模塊均分別由CPU、RAM、看門狗電路和晶振電路組成。
上述通信擴展模塊經光電隔離電路與所述CPU轉接模塊連接。
上述開關量輸出模塊k經驅動電路與所述CPU控制模塊連接，所述開關量輸出模塊z經驅動電路與所述CPU轉接模塊連接。
上述模擬量變換模塊k和模擬量變換模塊z由模擬信號采集電路、模擬信號輸出電路和變換電路組成。
上述光纖以太網通信模塊k和光纖以太網通信模塊z均包含有光電隔離電路和光纖以太網接口。
上述光纖以太網通信模塊k的光纖以太網接口通過光纖與所述光纖以太網通信模塊z的光纖以太網接口連接，所述光纖以太網通信模塊k與光纖以太網通信模塊z之間采用IEC61850協議。
上述電源模塊k和電源模塊z均包括有交流電源電路、互感器電源電路、直流電源電路。
上述人機界面模塊k和人機界面模塊z均包含有液晶顯示器、指示燈和鍵盤。
本發明的分離式數字化高壓開關控制器解決了現有開關控制器接線復雜、需要耗費大量有色金屬材料的缺陷。可作為壓開關和GIS 設備的標準化配件，從而實現高壓開關和GIS設備控制裝置的制造和安裝的標準化。
本發明的分離式數字化高壓開關控制器結構簡單、可靠性高。安裝本發明裝置的高壓開關和GIS裝置既可滿足未來數字換變電站的使用環境，同時也能夠適應現階段各種變電站的使用要求。

圖1是本發明的控制單元的結構圖；圖2是本發明的轉接單元的結構圖；圖3是本發明的控制單元和轉接單元的通信接口連接示意圖；圖4是本發明在現階段各種變電站工作環境下的工作原理圖A; 圖5是本發明在現階段各種變電站工作環境下的工作原理圖B; 圖6是本發明在數字換變電站工作環境下的工作原理圖。共T: 1刀投市ij悮狄；2刀溫反悮坎；3刀叮節甲悮狹k; 4
為模擬量變換模塊k; 5為人機界面模塊k; 6為開關量輸出模塊k;
7為電源模塊；8為以太網通信模塊k; 9為開關量輸入模塊k; 10為
CPU轉接模塊；ll為模擬量變換模塊Z; 12為通信擴展模塊；13為
開關量輸出模塊Z; 14為以太網通信模塊Z; 15為開關量輸入模塊Z;
16為時鐘模塊Z; 17為人機界面模塊Z。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述
參見圖l，為本發明涉及的控制單元，其包含有CPU控制模塊 1，所述CPU控制模塊1分別與溫度模塊2、時鐘模塊k 3、模擬信號采集與變換模塊4、人機界面模塊k5、光纖以太網通信模塊k8、開關量輸入模塊k 9和開關量輸出模塊k 6連接。其中CPU控制模塊 1包括其外擴RAM、看門狗電路和晶振電路，是控制單元的核心部分，負責對輸入信息進行處理和向外發出控制命令。開關量輸入模塊 k 9和開關量輸出模塊k 6，負責采集高壓開關和GIS的狀態信號和向高壓開關和GIS發出分閘、合閘等操作命令。光纖以太網通信模塊k 8，包括光電隔離電路和光纖以太網接口，用于完成與轉接單元或與其他兼容IEC61850通信協議的裝置間的通訊。如圖2為本發明涉及的轉接單元，其包含有CPU轉接模塊10，所述CPU轉接模塊10分別與時鐘模塊z 16、模擬量變換模塊11、人機界面模塊z 17、光纖以太網通信模塊z 14、開關量輸入模塊z 15、開關量輸出模塊z 13和通信擴展模塊12連接。其中CPU轉接模塊 IO包括其外擴RAM、看門狗電路和晶振電路，是轉接單元的核心部分，負責對輸入信息進行處理和向外發出控制命令。開關量輸入模塊 z 15和開關量輸出模塊z 13，負責接受其他自動化設備發出對高壓開關和GIS的控制命令，還負責將控制單元以IEC61850協議發出高壓開關和GIS的狀態信息轉換成其他通信協議或變換為模擬量、開關量信號輸出。光纖以太網通信模塊z14，包括光電隔離電路和光纖以太網接口，用于完成與控制單元間的通訊。通信擴展模塊12，包括光電隔離電路和通信擴展接口，用于實現通信接口形式的轉換以和不同的自動化裝置接口。
上述方案中轉接單元的通信擴展模塊12支持的通信接口包括串行接口 (RS232/RS485/RS422可選)、CAN接口、光纖以太網接口、電以太網接口，兼容的通信協議包括IEC60870-5-101 、 IEC60870國5誦103、 IEC60870誦5國104、 IEC61850、 MODBUS、 DL451-1991 (國標CDT)、 DNP3.0、 DeviceNet等。
圖3是本發明的控制單元和轉接單元的通信接口連接電路示意圖，控制單元和轉接單元通過光纖以太網連接，一方面控制單元采集的高開關和GIS的狀態信息以IEC61850協議通過光纖以太網送至轉接單元，另一方面轉接單元將其接受到的其他各種自動化設備發出的操控命令以IEC61850協議通過光纖以太網送至控制單元。下面結合具體實施例對本發明進一步說明實施例1
如圖4所示，當在現有的各種變電站工作環境下，一部分變電站不滿足IEC61850通信協議時，敞開式高壓開關或GIS設備的狀態和告警信號以及模擬信號分別經由控制單元的開關量輸入模塊k和模擬量變換模塊k輸入控制單元，在控制單元的CPU模塊中進行聯鎖和邏輯判斷，CPU模塊將由狀態信號、告警信號、模擬信號以及 CPU模塊中聯鎖和邏輯判斷后輸出的信號調制成符合IEC61850通信協議的格式以光纖以太網的形式送往轉接單元，轉接單元將符合 IEC61850通信協議的內容解調相應的開關量信號和模擬輸出量信號分別通過開關量輸出模塊z和模擬量變換模塊z輸出至其他自動化設備或者通過通信擴展模塊轉換為其它通信形式、通信協議送至其他的自動化設備。
轉接單元通過其通信擴展模塊、開關量輸入模塊z、模擬量變換模塊z接受來自其他自動化設備的控制、操作命令，轉接單元將這些命令調制成符合IEC61850通信協議的格式以光纖以太網的形式送往控制單元。控制單元將符合IEC61850通信協議的內容解調相應的開關量信號和模擬輸出量信號分別通過開關量輸出模塊k和模擬量轉換模塊k輸出以完成對敞開式高壓開關或GIS設備的控制和操作。
實施例2
如圖5所示，此種數字化高壓開關控制器的構成方式是在不滿足IEC61850通信協議的變電站中，控制單元通過轉接單元上的開關量輸出模塊z和通信擴展模塊輸出聯鎖操作命令到其他的數字化高壓開關控制器。在不滿足IEC61850通信協議的變電站中，轉接單元通過開關量輸入模塊z和通信擴展模塊接受來自其他數字化高壓開關控制器發出的聯鎖操作命令。
上述方案中多臺數字化高壓開關控制器間的通信采用的是光纖
以太網和IEC61850協議。
實施例3
如圖6所示，當所有變電站都是數字化的環境下，本發明的數字化高壓開關控制器的構成方式是敞開式高壓開關或GIS設備的狀態和告警信號以及模擬信號分別經由控制單元的開關量輸入模塊k和模擬量變換模塊k中的模擬信號采集電路輸入控制單元，在控制單元的CPU模塊中進行聯鎖和邏輯判斷，CPU模塊將由狀態信號、告警信號、模擬信號以及CPU模塊中聯鎖和邏輯判斷后輸出的信號調制成符合正C61850通信協議的格式以光纖以太網的形式送往其他兼容 IEC61850協議的自動化設備。
圖6中，在滿足IEC61850通信協議的數字化變電站中，其他變
電站自動化設備將控制或操作命令以符合IEC61850通信協議的格式通過光纖以太網送往控制單元。控制單元將符合IEC61850通信協議的內容解調相應的開出量信號和模擬輸出量信號分別通過開關量輸出模塊k和模擬量變換模塊k輸出以完成對敞開式高壓開關或GIS設備的控制和操作。
在本發明的分離式數字化高壓開關控制器中，對所述的控制單元和轉接單元的供電，均是由設于兩個單元內部的電源模塊供電。
權利要求
1.一種分離式數字化高壓開關控制器，包括控制單元和轉接單元，其特征在于所述控制單元包含有CPU控制模塊(1)，所述CPU控制模塊(1)分別與溫度模塊(2)、時鐘模塊k(3)、模擬量變換模塊k(4)、人機界面模塊k(5)、光纖以太網通信模塊k(8)、開關量輸入模塊k(9)和開關量輸出模塊k(6)連接，所述轉接單元包含有CPU轉接模塊(10)，所述CPU轉接模塊(10)分別與時鐘模塊z(16)、模擬量變換模塊z(11)、人機界面模塊z(17)、光纖以太網通信模塊z(14)、開關量輸入模塊z(15)、開關量輸出模塊z(13)和通信擴展模塊(12)連接，所述控制單元中設有對其供電的電源模塊k(7)，所述轉接單元中設有對其供電的電源模塊z(18)，所述控制單元通過光纖與轉接單元連接。
2. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述 CPU控制模塊(1)和所述CPU轉接模塊(10)均是由CPU、 RAM、看門狗電路和晶振電路組成。
3. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述通信擴展模塊(12)經光電隔離電路與所述CPU轉接模塊(10)連接。
4. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述開關量輸出模塊k (6)經驅動電路與所述CPU控制模塊(1)連接，所述開關量輸出模塊z (13)經驅動電路與所述CPU轉接模塊(10)連接。
5. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述模擬量變換模塊k (4)和模擬量變換模塊z (11)均由模擬信號采集電路、模擬信號輸出電路和變換電路組成。
6. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述光纖以太網通信模塊k (8)和光纖以太網通信模塊z (14)均包含有光電隔離電路和光纖以太網接口。
7. 根據權利要求書6所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述光纖以太網通信模塊k (8)的光纖以太網接口通過光纖與所述光纖以太網通信模塊z (14)的光纖以太網接口連接，所述光纖以太網通信模塊k (8)與光纖以太網通信模塊z (14)之間采用IEC61850協議。
8. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述電源模塊k (7)和電源模塊z (18)均包括有交流電源電路、互感器電源電路、直流電源電路。
9. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述人機界面模塊k (5)和人機界面模塊z (17)包含有液晶顯示器、指示燈和鍵盤。
10. 根據權利要求書1所述的分離式數字化高壓開關控制器，其特征在于所述通信擴展模塊12支持的通信接口包括串行接口、 CAN接口、光纖以太網接口、電以太網接口，其兼容的通信協議包括IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、 IEC60870-5-104、 IEC61850、 MODBUS、 DL451-1991 (國標CDT)、 DNP3.0、 DeviceNeU
全文摘要
本發明公開了一種分離式數字化高壓開關控制器，包括電源模塊和與其電連接的控制單元和轉接單元，控制單元包含有CPU控制模塊，CPU控制模塊分別與溫度模塊k、時鐘模塊k、模擬量變換模塊k、人機界面模塊k、光纖以太網通信模塊k、開關量輸入模塊k和開關量輸出模塊k連接，轉接單元包含有CPU轉接模塊，其分別與時鐘模塊z、模擬量變換模塊z、人機界面模塊z、光纖以太網通信模塊z、開關量輸入模塊z、開關量輸出模塊z和通信擴展模塊連接，上述控制單元通過光纖與轉接單元連接。本發明結構簡單、安裝靈活、成本低、標準化、滿足數字變電站和IEC61850通信協議并能用于各類敞開式高壓開關及GIS設備的數字化高壓開關控制器。
文檔編號H04L29/06GK101316052SQ200810150068
公開日2008年12月3日申請日期2008年6月17日優先權日2008年6月17日
發明者杭張, 白云飛申請人:西安交通大學;西安西電自動化控制系統有限責任公司

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