CN105449861B - 基于iec61850的绝缘在线同步无线监测网关装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互技术，具体是一种基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置。本发明解决了目前尚无一种数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互装置的问题。基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其硬件资源包括SOPC芯片、以太网电口、以太网光口、GPS接口、nRF905模块；所述SOPC芯片采用AlteraCyclone V5CSXFC6DF31芯片，该芯片内部集成有ARM处理器硬核和FPGA芯片。本发明适用于电气设备的高精度绝缘性能监测。
Description
技术领域
本发明涉及数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互技术，具体是一种基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置。
背景技术
数字化变电站***是指由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。无线分布测控***是指由多个无线监测终端通过无线信道组成的监测***，其广泛应用于电气设备（例如变压器、电流互感器、金属氧化物避雷器、电容型套管、耦合电容器等）的绝缘性能监测。在实际应用过程中，若要实现高精度的绝缘性能监测，则要求数字化变电站***与无线分布测控***之间进行无缝链接，以此实现数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互，从而实现数字化变电站***对无线分布测控***的实时监控和调节。因此，若能发明一种数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互装置，则能够实现高压电气设备的高精度绝缘性能监测。然而目前尚无这样一种装置。
发明内容
本发明为了解决目前尚无一种数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互装置的问题，提供了一种基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其硬件资源包括SOPC芯片、以太网电口、以太网光口、GPS接口、nRF905模块；
所述SOPC芯片采用AlteraCyclone V5CSXFC6DF31芯片，该芯片内部集成有ARM处理器硬核和FPGA芯片；
其中，以太网电口与ARM处理器硬核连接；以太网光口、GPS接口、nRF905模块均与FPGA芯片连接；FPGA芯片部分引脚预留为硬件联络线；FPGA芯片和ARM处理器硬核之间采用Cyclone V内部高速总线进行数据交互，如图1所示。
以太网电口与数字化变电站***的站控层连接；以太网光口与数字化变电站***的间隔层连接；nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的n个无线监测终端通信；GPS时钟与FPGA芯片预留的GPS接口连接，如图3所示。
具体工作过程包括：一、本装置通过以太网电口从数字化变电站***的站控层获取IEC61850 MMS格式的控制命令，并由ARM处理器硬核对控制命令进行解码，然后通过nRF905模块将控制命令发送至无线分布测控***的n个无线监测终端，由此实现站控层对无线分布测控***的命令控制。二、本装置通过nRF905模块接收来自n个无线监测终端的监测数据，并由ARM处理器硬核将监测数据编码为IEC61850 MMS格式的报文，然后通过以太网电口将报文发送至数字化变电站***的站控层，由此实现站控层对无线分布测控***的在线监测。三、本装置通过以太网光口从数字化变电站***的间隔层获取IEC61850 SMV（Sample Values）格式的报文，并由FPGA芯片对包含母线电气参数的报文进行解码，然后根据母线电气参数计算出母线实时频率，并通过nRF905模块将母线实时频率发送至无线分布测控***的n个无线监测终端，用于各个无线监测终端采样时钟的调节，由此实现高精度的绝缘在线测量。
在上述过程中，本装置在无线分布测控***中作为主站，n个无线监测终端在无线分布测控***中作为子站。本装置通过GPS接口接收来自GPS时钟的时钟信息，并利用nRF905模块的自动重发机制，可以实现主站对子站的授时、校时、时钟同步。无线信道既充当控制命令、监测数据、母线实时频率的传输信道，又充当授时命令、校时命令、时钟同步命令的传输信道。硬件联络线可以供不同的无线模块和FPGA芯片进行硬件信号联络。
基于上述过程，本发明所述的基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置通过采用全新结构，实现了数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互，由此实现了数字化变电站***对无线分布测控***的在线监测和控制，同时实现了电气设备的高精度绝缘性能测量。
本发明有效解决了目前尚无一种数字化变电站***与无线分布测控***之间的数据交互装置的问题，适用于电气设备的高精度绝缘性能监测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的FPGA芯片的内部结构示意图。
图3是本发明的工作原理参考图。
具体实施方式
基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其硬件资源包括SOPC芯片、以太网电口、以太网光口、GPS接口、nRF905模块；
所述SOPC芯片采用AlteraCyclone V5CSXFC6DF31芯片，该芯片内部集成有ARM处理器硬核和FPGA芯片；
其中，以太网电口与ARM处理器硬核连接；以太网光口、GPS接口、nRF905模块均与FPGA芯片连接；FPGA芯片部分引脚预留为硬件联络线；FPGA芯片和ARM处理器硬核之间采用Cyclone V内部高速总线进行数据交互。
所述FPGA芯片中设计有三速以太网IP核、SPI总线IP核；三速以太网IP核外接KS8721BL PHY模块；KS8721BL PHY模块外接以太网光口；SPI总线IP核与nRF905模块的SPI总线连接；nRF905模块的CD状态线、AM状态线、DR状态线均与FPGA芯片预留的硬件联络线连接。
FPGA芯片中还设计有存储器、IEC61850 SMV协议报文解码IP核、NIOS CPU；NIOSCPU采用Avalon总线分别连接存储器、IEC61850 SMV协议报文解码IP核、三速以太网IP核，如图2所示。
以太网光口与数字化变电站***的间隔层连接；nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的各个无线监测终端通信；三速以太网IP核通过以太网光口从数字化变电站***的间隔层获取IEC61850 SMV格式的报文，并将报文放入三速以太网IP核的FIFO缓存；IEC61850 SMV协议报文解码IP核从三速以太网IP核的FIFO缓存中提取报文，并对包含母线电气参数的报文进行解码，由此获取母线电气信息，并根据母线电气参数计算出母线实时频率，然后将母线实时频率放入存储器，再由nRF905模块将母线实时频率发送至无线分布测控***的各个无线监测终端，用于各个无线监测终端采样时钟的调节，由此实现高精度的绝缘在线测量。
ARM处理器硬核外接KS8721BL PHY模块；KS8721BL PHY模块外接以太网电口。
以太网电口与数字化变电站***的站控层连接；nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的各个无线监测终端通信；ARM处理器硬核通过以太网电口从数字化变电站***的站控层获取IEC61850 MMS格式的控制命令，并对控制命令进行解码，然后通过Cyclone V内部高速总线将控制命令提交到FPGA芯片，再由nRF905模块将控制命令发送至无线分布测控***的各个无线监测终端，由此实现站控层对无线分布测控***的命令控制。
nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的各个无线监测终端通信；以太网电口与数字化变电站***的站控层连接；nRF905模块通过无线信道接收来自无线分布测控***的各个无线监测终端的监测数据，并通过Cyclone V内部高速总线将监测数据提交到ARM处理器硬核，然后由ARM处理器硬核将监测数据编码为IEC61850 MMS格式的报文，再由以太网电口将报文发送至数字化变电站***的站控层，由此实现站控层对无线分布测控***的在线监测。
具体实施时，NIOS CPU通过Avalon总线对存储器、IEC61850 SMV协议报文解码IP核、三速以太网IP核进行初始化设置。ARM处理器硬核采用嵌入式Linux操作***进行以太网协议解析并通过软件编程对MMS报文编码和解码。nRF905模块的CD状态线、AM状态线、DR状态线均与FPGA芯片预留的硬件联络线连接，使得FPGA芯片可以直接捕捉这些状态线的状态跳变，由此有利于保证主站对子站进行授时、校时、时钟同步时的实时性。
Claims (4)
1.一种基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其特征在于：其硬件资源包括SOPC芯片、以太网电口、以太网光口、GPS接口、nRF905模块；
所述SOPC芯片采用AlteraCyclone V5CSXFC6DF31芯片，该芯片内部集成有ARM处理器硬核和FPGA芯片；
其中，以太网电口与ARM处理器硬核连接；以太网光口、GPS接口、nRF905模块均与FPGA芯片连接；FPGA芯片部分引脚预留为硬件联络线；FPGA芯片和ARM处理器硬核之间采用Cyclone V内部高速总线进行数据交互；
所述FPGA芯片中设计有三速以太网IP核、SPI总线IP核；三速以太网IP核外接KS8721BLPHY模块；KS8721BL PHY模块外接以太网光口；SPI总线IP核与nRF905模块的SPI总线连接；nRF905模块的CD状态线、AM状态线、DR状态线均与FPGA芯片预留的硬件联络线连接；
FPGA芯片中还设计有存储器、IEC61850 SMV协议报文解码IP核、NIOS CPU；NIOS CPU采用Avalon总线分别连接存储器、IEC61850 SMV协议报文解码IP核、三速以太网IP核；
以太网光口与数字化变电站***的间隔层连接；nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的各个无线监测终端通信；三速以太网IP核通过以太网光口从数字化变电站***的间隔层获取IEC61850 SMV格式的报文，并将报文放入三速以太网IP核的FIFO缓存；IEC61850 SMV协议报文解码IP核从三速以太网IP核的FIFO缓存中提取报文，并对包含母线电气参数的报文进行解码，由此获取母线电气信息，并根据母线电气参数计算出母线实时频率，然后将母线实时频率放入存储器，再由nRF905模块将母线实时频率发送至无线分布测控***的各个无线监测终端，用于各个无线监测终端采样时钟的调节，由此实现高精度的绝缘在线测量。
2.根据权利要求1所述的基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其特征在于：ARM处理器硬核外接KS8721BL PHY模块；KS8721BL PHY模块外接以太网电口。
3.根据权利要求2所述的基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其特征在于：以太网电口与数字化变电站***的站控层连接；nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的各个无线监测终端通信；ARM处理器硬核通过以太网电口从数字化变电站***的站控层获取IEC61850 MMS格式的控制命令，并对控制命令进行解码，然后通过Cyclone V内部高速总线将控制命令提交到FPGA芯片，再由nRF905模块将控制命令发送至无线分布测控***的各个无线监测终端，由此实现站控层对无线分布测控***的命令控制。
4.根据权利要求2所述的基于IEC61850的绝缘在线同步无线监测网关装置，其特征在于：nRF905模块通过无线信道与无线分布测控***的各个无线监测终端通信；以太网电口与数字化变电站***的站控层连接；nRF905模块通过无线信道接收来自无线分布测控***的各个无线监测终端的监测数据，并通过Cyclone V内部高速总线将监测数据提交到ARM处理器硬核，然后由ARM处理器硬核将监测数据编码为IEC61850 MMS格式的报文，再由以太网电口将报文发送至数字化变电站***的站控层，由此实现站控层对无线分布测控***的在线监测。
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