一種保護測控通信一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力自動化領(lǐng)域，尤其涉及一種在新能源光伏和風(fēng)電箱變中應(yīng)用的箱變智能保護測控通信一體化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著國家扶持新能源產(chǎn)業(yè)的政策不斷出臺，大型的新能源光伏電站、風(fēng)電場不斷涌現(xiàn)。為了滿足新能源發(fā)電廠站系統(tǒng)安全與監(jiān)控的需求，要求在升壓站或遠方監(jiān)控中心實現(xiàn)對各發(fā)電單元或子方陣進行通訊實時監(jiān)控。以光伏發(fā)電為例，光伏電站的每個光伏子方陣(一般為I?1.25MWP)，通常要配置箱變保護測控裝置、通信管理機、環(huán)網(wǎng)交換機等設(shè)備。眾多的二次設(shè)備不但總成本高，而且系統(tǒng)二次回路繁瑣，運行維護工作量大，更嚴重的是戶外現(xiàn)場安裝十分不便:除箱變保護測控裝置可集成在箱變中之外，通信管理機和環(huán)網(wǎng)交換機通常要配置較高價格的柜體來安裝。對于集中式逆變器光伏子方陣，還可采用普通屏柜安放于逆變器小室中；而對于由于沒有逆變器小室的組串式逆變器光伏子方陣，這兩個設(shè)備的安裝只能采用防護等級要求高得多的就地柜來安裝，其成本價格相應(yīng)又要提高；另外，也有少數(shù)廠家開發(fā)了集成保護測控和通信管理功能的裝置產(chǎn)品，由于其保護測控和通信管理模塊共用同一個CPU插件甚至同一個CPU芯片，產(chǎn)品的可靠性及靈活性等方面存在諸多問題。此外，隨著我國光伏等新能源接入越來越多，電網(wǎng)又對大型新能源提出了AGC (Auto Generat1n Control自動發(fā)電控制)功率控制要求，對于近年迅猛發(fā)展的組串式光伏電站工程，直接對容量小，數(shù)量多的組串式逆變器進行AGC控制的廠站級AGC系統(tǒng)因變頻器數(shù)量劇增而受到容量，計算能力等多方面挑戰(zhàn)，一個合適的解決方案是在組串式光伏電站內(nèi)進行AGC分級分層控制，即在子方陣中增加AGC子站設(shè)備，而當(dāng)前市場上還缺少此類
τ?: 口廣PR ；
[0003]這些問題的存在不利于新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用推廣，需要我們對保護測控與通信管理，環(huán)網(wǎng)交換機等功能進行重新一體化整合實現(xiàn)，并針對組串式光伏電站AGC子站控制需求增加AGC子站模塊，以滿足新能源發(fā)展的各發(fā)面需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的保護測控和通信管理兩大主功能分裝置實現(xiàn)經(jīng)濟性低，以及兩大功能集成在同裝置同一塊CPU插件中系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性低的問題，以及需增加設(shè)備實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)通訊功能和不具備AGC子站功能的問題和缺陷，提供一種將保護測控和通信管理兩大主功能分插件實現(xiàn)在同一個裝置的兩塊獨立CPU插件中，并在通訊管理CPU插件上集成實現(xiàn)自動發(fā)電控制AGC子站和環(huán)網(wǎng)交換機兩個重要模塊，該方案和裝置既消減了多設(shè)備造成的高成本，使得設(shè)備高性價比，采用雙CPU插件方案又具備較高可靠性，而且又能解決當(dāng)前組串式光伏站AGC系統(tǒng)控制瓶頸難題，優(yōu)化了 AGC控制系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，提高了控制時效性與精度。
[0005]本實用新型的技術(shù)內(nèi)容為:一種保護測控通信一體化裝置，其特征在于:所述裝置集成包含了保護測控、通信管理兩大組成部分；所述裝置包含保護測控CPU插件、溫度信號采集插件、交流頭插件、串口通信插件、通信管理CPU插件、開入插件、電源及開出插件、總線板卡、顯示板卡、面板及箱體；所述的總線板卡包括定時復(fù)用同步通信總線、電源總線、模擬量總線、I/o總線；各插件通過總線板卡電源總線與電源插件板連接，獲得供電電源，并通過總線板卡通信總線相互連接，實現(xiàn)相互之間信息報文交換；保護測控CPU插件通過總線板與交流頭插件、溫度信號采集插件、開入插件和開出插件相連，獲得電流電壓采集信號、溫度信號、非電量及遙信開入信號，進行邏輯計算并將計算結(jié)果輸送至開出板輸出；通信管理CPU插件通過總線板與擴展串口通信插件相連，與各設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)或串口通訊，經(jīng)通信管理模塊規(guī)約轉(zhuǎn)換后與上一級監(jiān)控進行環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)通訊；顯示板卡與保護測控CPU插件及通信管理CPU插件基于總線板通過串口通訊連接，提供通訊連接調(diào)試口和人機信息接口，顯示定值和信息，提供裝置狀態(tài)指示燈。
[0006]上述方案中:所述裝置還包含自動發(fā)電控制AGC子站模塊，該模塊集成于通信管理CPU插件中。
[0007]上述方案中:所述裝置還集成包含環(huán)網(wǎng)通訊模塊，該模塊集成于通信管理CPU插件中。
[0008]上述方案中:所述溫度信號采集插件同時支持I?4路4?20mA直流溫度輸入和I?4路RTD溫度電阻輸入。
[0009]上述方案中:交流頭插件配置有電流變換器和電壓變換器，支持I?4個支路的電流和電壓采集；每個支路電壓分別為3相支路電壓；每個支路電流分別為3相支路電流。
[0010]上述方案中:各支路電壓可直接接入額定值為100V?1000V的支路線電壓，無需一次電壓互感器。
[0011]上述方案中:電源與開出插件提供24?220V交直流電源輸入和若干對空接點輸出。
[0012]上述方案中:開入插件配置2塊，提供I?6路非電量開入和I?36路普通遙信開入，支持AC/DC 24?220V開入電壓輸入。
[0013]上述方案中:所述顯示板卡上設(shè)有可選配的鍵盤操作模塊和顯示液晶模塊，以及信號燈指示模塊，一個遠方/就地選擇按鈕，一個通訊網(wǎng)口。
[0014]上述方案中:保護測控CPU插件采用高性能雙核CPU芯片，現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA、PCI以太網(wǎng)控器和光纖收發(fā)器支持I?4路對上通信網(wǎng)口、I?2對對上環(huán)網(wǎng)通信口、I?2對自定義設(shè)置串口和I路對時口，板卡軟件包含保護、測控、報告、錄波、通訊模塊。
[0015]上述方案中:所述保護測控CPU插件上的I?4個網(wǎng)口一方面作為保護測控模塊的對上通訊網(wǎng)口，另一方面還作為網(wǎng)絡(luò)交換機使用擔(dān)當(dāng)通信管理模塊的對下擴展通訊網(wǎng)口，這些通訊網(wǎng)口能夠根據(jù)需要獨立配置為光口或電口，光口還可配置為單模或多模光口，支持ST或LC 口選擇。
[0016]上述方案中:通信管理CPU插件采用高性能雙核CPU芯片，現(xiàn)場可編程門陣列芯片F(xiàn)PGA、PCI以太網(wǎng)控器和光纖收發(fā)器支持I?4路對下通信網(wǎng)口、I?2對對上環(huán)網(wǎng)通信口、I?10對自定義設(shè)置串口和I路對時口，板卡軟件上包含通信管理、AGC子站、數(shù)據(jù)庫、環(huán)網(wǎng)RSTP模塊。采用上述方法和裝置方案后，本實用新型的有益效果是:
[0017]1、一體化融合了常規(guī)方案中箱變保護測控、通信管理機兩大裝置功能，還增加了AGC子站和環(huán)網(wǎng)通訊滿足市場新需求，降低設(shè)備總成本；
[0018]2、保護測控和通信管理區(qū)別于部分同一 CPU插件集成實現(xiàn)的方案，系統(tǒng)可靠性更尚O
[0019]3、直接集成安裝于箱式升壓變中，無需常規(guī)方案中的屏柜或就地柜，降低了安裝設(shè)備成本；
[0020]4、簡化系統(tǒng)二次接線，提高設(shè)計和工程施工效率；
[0021]5、無常規(guī)設(shè)備的安裝難題，提高工程建設(shè)施工效率；
[0022]6、滿足組串式光伏子方陣大容量通信和AGC控制需求；
[0023]7、可直接接入逆變器或變流器輸出電壓，無需一次電壓互感器，減少設(shè)備投資；
[0024]8、兼容支持雙分裂箱式變壓器和雙繞組箱式變壓器，優(yōu)化用戶產(chǎn)品選型；
[0025]9、環(huán)網(wǎng)故障診斷功能使得新能源電站維護更加方便。
【附圖說明】
[0026]圖1裝置主功能組成；
[0027]圖2帶輔助功能裝置功能組成；
[0028]圖3裝置板卡硬件組成；
[0029]圖4裝置背板接線圖；
[0030]圖5裝置面板圖；
[0031 ]圖6裝置光伏典型應(yīng)用圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0033]I)為了實現(xiàn)本實用新型保護測控和通信管理兩大功能(如圖1所示)，以及增加AGC子站模塊和環(huán)網(wǎng)交換機模塊(如圖2所示)的目標(biāo)，產(chǎn)品硬件平臺采用雙CPU插件設(shè)計，每塊CPU插件均選用嵌入式雙核CPU處理器和大容量的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)進行設(shè)計，內(nèi)部采用高可靠性、高實時性、高效率的數(shù)據(jù)交換接口。裝置包含保護測控CPU插件，溫度信號采集插件，交流頭插件、串口通信插件、通信管理CPU插件、開入插件、電源及開出插件、總線及顯示板卡、面板及箱體(如圖3所示)。裝置采用背插式結(jié)構(gòu)，通過總線板將各功能板卡(包括智能板和非智能板)連接起來。其中保護CPU插件采用雙AD采樣、雙核處理(DSP+ARM)，雙AD采樣同時配以高效快速的數(shù)據(jù)實時校驗算法，保證了保護和測控的可靠性。保護測控CPU插件及附屬插件完成保護測控、事件、測量、錄波等功能；智能I/O插件實現(xiàn)非電量、遙信等開入和跳閘等信號輸出等功能；串口通訊插件協(xié)助通信管理CPU插件實現(xiàn)子方陣內(nèi)其它智能設(shè)備如逆變器，匯流箱等各規(guī)約通信接入，規(guī)約轉(zhuǎn)換存儲處理后基于板卡內(nèi)嵌的環(huán)網(wǎng)交換機功能統(tǒng)一上送，直接與升壓站環(huán)網(wǎng)主交換機通訊，實現(xiàn)整個區(qū)域如光伏子方陣與主監(jiān)控室的信息交互。電源板卡能夠自適應(yīng)AC/DC 24V?220V交直流電壓輸入，實現(xiàn)AC/DC或DC/DC變換，從而為各板卡提供穩(wěn)定可靠的3V?12V直流電源；
[0034]2)總線板卡包括高性能的定時復(fù)用同步HTM通信總線、電源總線、模擬量總線、I/o總線；各插件通過總線板卡電源總線與電源及開出插件連接，獲得供電電源；保護測控(PU插件、溫度信號采集插件、電流電壓交流頭插件、串口通信插件、通信管理CPU插件、開入插件、電源及開出插件、通過總線板卡HTM通信總線相互連接，實現(xiàn)相互之間信息報文交換；保護測控CPU插件通過總線板卡模擬量總線與交流頭插件連接，獲得模擬量小信號；通過HTM通信總線與油溫信號采集插件、非電量與開入插件，獲得處理完成的變壓器油溫信號，非電量及遙信開入信號；與電源與開出插件相連，將邏輯計算