專利名稱：分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，尤
其是一種既滿足數(shù)字化變電站和IEC61850通信協(xié)議要求又兼容目前 變電站的使用環(huán)境并且能用于各類敞開式高壓開關(guān)及GIS設(shè)備的數(shù) 字化高壓開關(guān)控制器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的高壓開關(guān)和GIS設(shè)備的控制裝置由大量繼電器和輔助接 點(diǎn)構(gòu)成，這樣的控制裝置不但接線復(fù)雜、耗費(fèi)大量有色金屬材料的硬 連線而且不能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)而日益不能滿足數(shù)字化變電站和 IEC61850通信協(xié)議的要求。
隨著數(shù)字化變電站和IEC61850通信協(xié)議的推廣，越來越多的自 動化設(shè)備被應(yīng)用到電力系統(tǒng)的自動化控制之中，數(shù)字化開關(guān)也應(yīng)運(yùn)而 生。
數(shù)字化開關(guān)是采用數(shù)字化的控制裝置(即數(shù)字化高壓開關(guān)控制 器)取代傳統(tǒng)的控制裝置，現(xiàn)有的數(shù)字化高壓開關(guān)控制器大多數(shù)是在 高壓開關(guān)和GIS裝置的就地匯控柜上安裝一臺數(shù)字化控制裝置取代 傳統(tǒng)的控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)的控制和獲取開關(guān)的狀態(tài)及告警信 息，這樣的開關(guān)控制器可以滿足數(shù)字化變電站和IEC61850通信協(xié)議 的要求，但是在目前數(shù)字化變電站和IEC61850通信協(xié)議還未被大量 推廣應(yīng)用的前提下，在與目前大多數(shù)變電站綜合自動化設(shè)備接口時仍然不能解決接線復(fù)雜和耗費(fèi)大量有色金屬材料的硬連線的問題，因此 這樣的開關(guān)控制器在當(dāng)前普遍的工作環(huán)境下使用時其靈活性和經(jīng)濟(jì) 性受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡
單、安裝方式靈活、成本低、標(biāo)準(zhǔn)化、滿足數(shù)字化變電站和IEC61850 通信協(xié)議并且能用于各類敞開式高壓開關(guān)及GIS設(shè)備的數(shù)字化高壓 開關(guān)控制器。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的
這種分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，包括控制單元和轉(zhuǎn)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(jī)界面模塊k、光纖以太 網(wǎng)通信模塊k、開關(guān)量輸入模塊k和開關(guān)量輸出模塊k連接，所述轉(zhuǎn) 接單元包含有CPU轉(zhuǎn)接模塊，所述CPU轉(zhuǎn)接模塊分別與時鐘模塊z、 模擬量變換模塊z、人機(jī)界面模塊z、光纖以太網(wǎng)通信模塊z、開關(guān)量 輸入模塊z、開關(guān)量輸出模塊z和通信擴(kuò)展模塊連接，所述控制單元 中設(shè)有對其供電的電源模塊k，所述轉(zhuǎn)接單元中設(shè)有對其供電的電源 模塊z，所述控制單元通過光纖與轉(zhuǎn)接單元連接。
上述CPU控制模塊和所述CPU轉(zhuǎn)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(kuò)展模塊經(jīng)光電隔離電路與所述CPU轉(zhuǎn)接模塊連接。
上述開關(guān)量輸出模塊k經(jīng)驅(qū)動電路與所述CPU控制模塊連接，所述開關(guān)量輸出模塊z經(jīng)驅(qū)動電路與所述CPU轉(zhuǎn)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(wǎng)通信模塊k和光纖以太網(wǎng)通信模塊z均包含有 光電隔離電路和光纖以太網(wǎng)接口。
上述光纖以太網(wǎng)通信模塊k的光纖以太網(wǎng)接口通過光纖與所述 光纖以太網(wǎng)通信模塊z的光纖以太網(wǎng)接口連接，所述光纖以太網(wǎng)通信 模塊k與光纖以太網(wǎng)通信模塊z之間采用IEC61850協(xié)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(jī)界面模塊k和人機(jī)界面模塊z均包含有液晶顯示器、 指示燈和鍵盤。
本發(fā)明的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器解決了現(xiàn)有開關(guān)控制器 接線復(fù)雜、需要耗費(fèi)大量有色金屬材料的缺陷?？勺鳛閴洪_關(guān)和GIS 設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化配件，從而實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)和GIS設(shè)備控制裝置的制造和 安裝的標(biāo)準(zhǔn)化。
本發(fā)明的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。 安裝本發(fā)明裝置的高壓開關(guān)和GIS裝置既可滿足未來數(shù)字換變電站 的使用環(huán)境，同時也能夠適應(yīng)現(xiàn)階段各種變電站的使用要求。


圖1是本發(fā)明的控制單元的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)接單元的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的控制單元和轉(zhuǎn)接單元的通信接口連接示意圖； 圖4是本發(fā)明在現(xiàn)階段各種變電站工作環(huán)境下的工作原理圖A; 圖5是本發(fā)明在現(xiàn)階段各種變電站工作環(huán)境下的工作原理圖B; 圖6是本發(fā)明在數(shù)字換變電站工作環(huán)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(jié)甲悮狹k; 4
為模擬量變換模塊k; 5為人機(jī)界面模塊k; 6為開關(guān)量輸出模塊k;
7為電源模塊；8為以太網(wǎng)通信模塊k; 9為開關(guān)量輸入模塊k; 10為
CPU轉(zhuǎn)接模塊；ll為模擬量變換模塊Z; 12為通信擴(kuò)展模塊；13為
開關(guān)量輸出模塊Z; 14為以太網(wǎng)通信模塊Z; 15為開關(guān)量輸入模塊Z;
16為時鐘模塊Z; 17為人機(jī)界面模塊Z。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述
參見圖l，為本發(fā)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(jī)界面模塊k5、光纖以太網(wǎng)通信模塊k8、 開關(guān)量輸入模塊k 9和開關(guān)量輸出模塊k 6連接。其中CPU控制模塊 1包括其外擴(kuò)RAM、看門狗電路和晶振電路，是控制單元的核心部 分，負(fù)責(zé)對輸入信息進(jìn)行處理和向外發(fā)出控制命令。開關(guān)量輸入模塊 k 9和開關(guān)量輸出模塊k 6，負(fù)責(zé)采集高壓開關(guān)和GIS的狀態(tài)信號和向 高壓開關(guān)和GIS發(fā)出分閘、合閘等操作命令。光纖以太網(wǎng)通信模塊k 8，包括光電隔離電路和光纖以太網(wǎng)接口，用于完成與轉(zhuǎn)接單元或與 其他兼容IEC61850通信協(xié)議的裝置間的通訊。如圖2為本發(fā)明涉及的轉(zhuǎn)接單元，其包含有CPU轉(zhuǎn)接模塊10， 所述CPU轉(zhuǎn)接模塊10分別與時鐘模塊z 16、模擬量變換模塊11、人 機(jī)界面模塊z 17、光纖以太網(wǎng)通信模塊z 14、開關(guān)量輸入模塊z 15、 開關(guān)量輸出模塊z 13和通信擴(kuò)展模塊12連接。其中CPU轉(zhuǎn)接模塊 IO包括其外擴(kuò)RAM、看門狗電路和晶振電路，是轉(zhuǎn)接單元的核心部 分，負(fù)責(zé)對輸入信息進(jìn)行處理和向外發(fā)出控制命令。開關(guān)量輸入模塊 z 15和開關(guān)量輸出模塊z 13，負(fù)責(zé)接受其他自動化設(shè)備發(fā)出對高壓開 關(guān)和GIS的控制命令，還負(fù)責(zé)將控制單元以IEC61850協(xié)議發(fā)出高壓 開關(guān)和GIS的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成其他通信協(xié)議或變換為模擬量、開關(guān)量 信號輸出。光纖以太網(wǎng)通信模塊z14，包括光電隔離電路和光纖以太 網(wǎng)接口，用于完成與控制單元間的通訊。通信擴(kuò)展模塊12，包括光 電隔離電路和通信擴(kuò)展接口，用于實(shí)現(xiàn)通信接口形式的轉(zhuǎn)換以和不同 的自動化裝置接口。
上述方案中轉(zhuǎn)接單元的通信擴(kuò)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(wǎng)接口、 電以太網(wǎng)接口，兼容的通信協(xié)議包括IEC60870-5-101 、 IEC60870國5誦103、 IEC60870誦5國104、 IEC61850、 MODBUS、 DL451-1991 (國標(biāo)CDT)、 DNP3.0、 DeviceNet等。
圖3是本發(fā)明的控制單元和轉(zhuǎn)接單元的通信接口連接電路示意 圖，控制單元和轉(zhuǎn)接單元通過光纖以太網(wǎng)連接， 一方面控制單元采集 的高開關(guān)和GIS的狀態(tài)信息以IEC61850協(xié)議通過光纖以太網(wǎng)送至轉(zhuǎn) 接單元，另一方面轉(zhuǎn)接單元將其接受到的其他各種自動化設(shè)備發(fā)出的操控命令以IEC61850協(xié)議通過光纖以太網(wǎng)送至控制單元。 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明 實(shí)施例1
如圖4所示，當(dāng)在現(xiàn)有的各種變電站工作環(huán)境下， 一部分變電 站不滿足IEC61850通信協(xié)議時，敞開式高壓開關(guān)或GIS設(shè)備的狀態(tài) 和告警信號以及模擬信號分別經(jīng)由控制單元的開關(guān)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(jìn)行聯(lián) 鎖和邏輯判斷，CPU模塊將由狀態(tài)信號、告警信號、模擬信號以及 CPU模塊中聯(lián)鎖和邏輯判斷后輸出的信號調(diào)制成符合IEC61850通信 協(xié)議的格式以光纖以太網(wǎng)的形式送往轉(zhuǎn)接單元，轉(zhuǎn)接單元將符合 IEC61850通信協(xié)議的內(nèi)容解調(diào)相應(yīng)的開關(guān)量信號和模擬輸出量信號 分別通過開關(guān)量輸出模塊z和模擬量變換模塊z輸出至其他自動化設(shè) 備或者通過通信擴(kuò)展模塊轉(zhuǎn)換為其它通信形式、通信協(xié)議送至其他的 自動化設(shè)備。
轉(zhuǎn)接單元通過其通信擴(kuò)展模塊、開關(guān)量輸入模塊z、模擬量變換 模塊z接受來自其他自動化設(shè)備的控制、操作命令，轉(zhuǎn)接單元將這些 命令調(diào)制成符合IEC61850通信協(xié)議的格式以光纖以太網(wǎng)的形式送往 控制單元?？刂茊卧獙⒎螴EC61850通信協(xié)議的內(nèi)容解調(diào)相應(yīng)的開 關(guān)量信號和模擬輸出量信號分別通過開關(guān)量輸出模塊k和模擬量轉(zhuǎn) 換模塊k輸出以完成對敞開式高壓開關(guān)或GIS設(shè)備的控制和操作。
實(shí)施例2
如圖5所示，此種數(shù)字化高壓開關(guān)控制器的構(gòu)成方式是在不滿足IEC61850通信協(xié)議的變電站中，控制單元通過轉(zhuǎn)接單元上的開關(guān) 量輸出模塊z和通信擴(kuò)展模塊輸出聯(lián)鎖操作命令到其他的數(shù)字化高 壓開關(guān)控制器。在不滿足IEC61850通信協(xié)議的變電站中，轉(zhuǎn)接單元 通過開關(guān)量輸入模塊z和通信擴(kuò)展模塊接受來自其他數(shù)字化高壓開 關(guān)控制器發(fā)出的聯(lián)鎖操作命令。
上述方案中多臺數(shù)字化高壓開關(guān)控制器間的通信采用的是光纖
以太網(wǎng)和IEC61850協(xié)議。
實(shí)施例3
如圖6所示，當(dāng)所有變電站都是數(shù)字化的環(huán)境下，本發(fā)明的數(shù)字 化高壓開關(guān)控制器的構(gòu)成方式是敞開式高壓開關(guān)或GIS設(shè)備的狀態(tài) 和告警信號以及模擬信號分別經(jīng)由控制單元的開關(guān)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(jìn)行聯(lián)鎖和邏輯判斷，CPU模塊將由狀態(tài)信號、告警 信號、模擬信號以及CPU模塊中聯(lián)鎖和邏輯判斷后輸出的信號調(diào)制 成符合正C61850通信協(xié)議的格式以光纖以太網(wǎng)的形式送往其他兼容 IEC61850協(xié)議的自動化設(shè)備。
圖6中，在滿足IEC61850通信協(xié)議的數(shù)字化變電站中，其他變
電站自動化設(shè)備將控制或操作命令以符合IEC61850通信協(xié)議的格式 通過光纖以太網(wǎng)送往控制單元?？刂茊卧獙⒎螴EC61850通信協(xié)議 的內(nèi)容解調(diào)相應(yīng)的開出量信號和模擬輸出量信號分別通過開關(guān)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(guān)或GIS設(shè) 備的控制和操作。
在本發(fā)明的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器中，對所述的控制單元和轉(zhuǎn)接單元的供電，均是由設(shè)于兩個單元內(nèi)部的電源模塊供電。
權(quán)利要求
1.一種分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，包括控制單元和轉(zhuǎn)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(jī)界面模塊k(5)、光纖以太網(wǎng)通信模塊k(8)、開關(guān)量輸入模塊k(9)和開關(guān)量輸出模塊k(6)連接，所述轉(zhuǎn)接單元包含有CPU轉(zhuǎn)接模塊(10)，所述CPU轉(zhuǎn)接模塊(10)分別與時鐘模塊z(16)、模擬量變換模塊z(11)、人機(jī)界面模塊z(17)、光纖以太網(wǎng)通信模塊z(14)、開關(guān)量輸入模塊z(15)、開關(guān)量輸出模塊z(13)和通信擴(kuò)展模塊(12)連接，所述控制單元中設(shè)有對其供電的電源模塊k(7)，所述轉(zhuǎn)接單元中設(shè)有對其供電的電源模塊z(18)，所述控制單元通過光纖與轉(zhuǎn)接單元連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述 CPU控制模塊(1)和所述CPU轉(zhuǎn)接模塊(10)均是由CPU、 RAM、看門狗 電路和晶振電路組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述 通信擴(kuò)展模塊(12)經(jīng)光電隔離電路與所述CPU轉(zhuǎn)接模塊(10)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述 開關(guān)量輸出模塊k (6)經(jīng)驅(qū)動電路與所述CPU控制模塊(1)連接，所述開 關(guān)量輸出模塊z (13)經(jīng)驅(qū)動電路與所述CPU轉(zhuǎn)接模塊(10)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)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(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述 光纖以太網(wǎng)通信模塊k (8)和光纖以太網(wǎng)通信模塊z (14)均包含有光電隔離電路和光纖以太網(wǎng)接口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書6所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述光纖以太網(wǎng)通信模塊k (8)的光纖以太網(wǎng)接口通過光纖與所述光纖以太網(wǎng)通 信模塊z (14)的光纖以太網(wǎng)接口連接，所述光纖以太網(wǎng)通信模塊k (8)與 光纖以太網(wǎng)通信模塊z (14)之間采用IEC61850協(xié)議。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)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(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述 人機(jī)界面模塊k (5)和人機(jī)界面模塊z (17)包含有液晶顯示器、指示燈和 鍵盤。
10. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，其特征在于所述 通信擴(kuò)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(wǎng)接 口、電以太網(wǎng)接口，其兼容的通信協(xié)議包括IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、 IEC60870-5-104、 IEC61850、 MODBUS、 DL451-1991 (國標(biāo)CDT)、 DNP3.0、 DeviceNeU
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分離式數(shù)字化高壓開關(guān)控制器，包括電源模塊和與其電連接的控制單元和轉(zhuǎn)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(jī)界面模塊k、光纖以太網(wǎng)通信模塊k、開關(guān)量輸入模塊k和開關(guān)量輸出模塊k連接，轉(zhuǎn)接單元包含有CPU轉(zhuǎn)接模塊，其分別與時鐘模塊z、模擬量變換模塊z、人機(jī)界面模塊z、光纖以太網(wǎng)通信模塊z、開關(guān)量輸入模塊z、開關(guān)量輸出模塊z和通信擴(kuò)展模塊連接，上述控制單元通過光纖與轉(zhuǎn)接單元連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝靈活、成本低、標(biāo)準(zhǔn)化、滿足數(shù)字變電站和IEC61850通信協(xié)議并能用于各類敞開式高壓開關(guān)及GIS設(shè)備的數(shù)字化高壓開關(guān)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(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者杭 張, 白云飛 申請人:西安交通大學(xué);西安西電自動化控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司