一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，包括开关柜控制系统以及若干开关设备，各开关设备独立作为开闭所终端设备或馈线终端设备互联互通，开关柜控制系统包括通过开关柜内部总线和精确时钟信号线连接在主控制模块上的功能扩展模块，开关设备通过光电隔离现场总线与主控制模块相连，开关柜控制系统通过主控制模块与上级配电主站系统相连，主控制模块上还连接有电源模块和定位模块，本发明专利技术简化了系统内部互联结构，并具备功能扩展能力，大大简化各开关设备的线‑核互联数量，满足智能电网对设备通信能力的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统
本专利技术涉及一种开关柜控制系统，特别涉及一种开关柜智能控制器。
技术介绍
随着我国国民经济的高速发展和生活资料的急剧膨胀，社会生产现状对输配电的质量要求越来越高。以环网柜、柱上断路器、柱上负荷开关为代表的中压一次设备及以DTU、FTU、TTU、RTU为代表的二次测控设备在中压配网自动化解决方案中获得了广泛应用，但经过一段时间的运行实践，这种基于一、二次设备组合而成的配网自动化解决方案也暴露了一些亟需解决的新问题，主要有：一二次设备分开设计组装存在很多隐患。由于一、二次设备是由不同厂商分别设计制造后在用户端进行组合安装调试，普遍存在因使用年限、接口不兼容、布线混杂冗余等原因造成一、二次设备不匹配的问题，在事故发生后又无法高效地排查故障来源，从而不能及时划分事故责任，故障修复周期较长。二次设备在监测管理功能方面的进展较慢。当前的二次设备普遍不具备中压输电线路线损精确管理的软硬件条件，无法实现10千伏同期分线线损管理及线损“四分”（分区、分压、分元件、分台区）同期管理目标。遥信抖动问题尚未解决。目前开关柜的时间基准采用主站时钟同步方式实现，但由于对时是通过通信命令方式实现的，有较大的传输延迟及对时误差，导致系统状态发生变化时，关联开关的动作时序记录与实际不符，特别是反映在遥信数据的遥信抖动上。配电网拓扑结构复杂，其故障定位一直是一个难点。过去的人工线路故障排查方式工作量大，耗时长，短期内无法恢复供电。目前，基于暂态行波的故障定位方法具有较强的适应性以及较高的定位精度，但对于较复杂的配电网络结构，传统单端和双端行波定位方法的计算误差会明显影响定位结果的可靠性，而传统多端行波定位法虽然适用性强，不存在伪故障点的问题，却仍需进行复杂的矩阵计算，难以有效应用。为解决10千伏配电网络的上述问题，在国家电网主导下正积极推进中压配电网一二次设备深度融合相关的政策及技术规范的制定与实施，但目前国内的相关产品尚无法同时满足上述功能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，以解决目前关于开关设备控制器的上述技术问题。本专利技术的目的是这样实现的：一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，其特征在于，包括开关柜控制系统以及若干开关设备，各开关设备独立作为开闭所终端设备或馈线终端设备互联互通，所述开关柜控制系统包括通过开关柜内部总线和精确时钟信号线连接在主控制模块上的功能扩展模块，所述开关设备通过光电隔离现场总线与主控制模块相连，所述开关柜控制系统通过主控制模块与上级配电主站系统相连，所述主控制模块上还连接有电源模块和定位模块。作为本专利技术的进一步限定，所述功能扩展模块包括测量保护模块、设备及线路状态量监测模块、故障定位模块、环境状态量监测模块。作为本专利技术的进一步限定，所述主控制模块采用ARM-Cortex-M4为核心的处理器，所述功能扩展模块以DSP作为核心芯片，检测信号通过功能扩展模块前端安装的传感器及检测装置，经DSP由内部现场总线接入至ARM处理，同时ARM也通过精确时钟信号线为DSP功能模块提供时标信息，从而实现设备状态的智能监测功能。作为本专利技术的进一步限定，所述开关柜控制系统的功能包括：多路高精度数据采集，设备及线路状态量监测模块负责采集线路的三相电压、电流及零序电压和电流，监测设备分配电能的工作状态，它通过对线路电压、电流进行数字化测量，实时获得线路的运行参数，同时结合时间基准同步功能的精确亚微秒级时标，完成线路运行损耗的精确计算；多路开关量输入/输出，通过光电隔离总线连接在主控制模块上的开关设备完成对开关设备开关信号的采集与控制，实时获取并记录个开关设备的状态参量；多信道多方式通信，主控制模块与各模块以及开关设备的连接方式提供多种通信信道及通信协议，实现测控数据的及时上传下达，满足智能电网对设备通信能力的要求，并将互联网、物联网技术的硬件集成到智能控制器中，各开关设备可通过现场总线互联，使设备具有互联互通及网络化运行维护的条件，为今后配网运营模式的改变和创新提供支撑；时间基准同步，定位模块采用GPS、北斗、网络时钟标准时钟，为设备提供亚微级的同步时钟及精确的时间标签及地理信息；多路高速数据采集，设备及线路状态量监测模块负责记录故障状态的暂态波形、局部放电信号雷击及操作过电压等瞬态信号波谱图，同时结合时间基准同步功能的精确亚微秒级时标，使相应的中压配电系统同时具备正常运行状态及故障状态下实时监测数据的广域同步分析能力；脉冲功率注入，故障定位模块通过注入功率脉冲信号，在系统失电的情况下，尤其是在线检测地下电缆故障点时，能有效地实现线路故障的监测与定位；操动机构状态监控，功能扩展模块负责监测操动机构的动作时间、动作速度、行程、弹跳等状态参量，同多路开关量输入/输出功能结合，实时获得开关设备自身的运行状态；设备环境温度湿度监测，环境状态量监测模块负责监测温度、湿度等设备周围环境参量，及时反馈给智能控制平台和配电网系统后台，以便控制系统及时作出相应决策，预防凝露；可扩展，可根据需要进行升级扩展，除基本的人机接口和可视化模块外，还可添加电缆接头温度测量、触头温度测量、气体泄漏测量、漏电流检测、触头电寿命监测等扩展功能。作为本专利技术的进一步限定，多路高精度数据采集、多路开关量输入/输出、多信道多方式通信、多路高速数据采集、脉冲功率注入、设备环境温度湿度监测、可扩展均以模块的形式实现。作为本专利技术的进一步限定，所述定位模块用以实现时间基准统一，实现时间基准统一的方法为：步骤1）通过定位模块提取实时时间位置信息及精密定时时钟信号；步骤2）将时间定位信息通过串口发送给主控制模块，精密定时时钟信号通过PPS脉冲信号的形式差动传送给功能扩展模块。作为本专利技术的进一步限定，所述设备及线路状态量监测模块用以进行电压、电流测量；通过16路交流模拟量测量，采用不同的ADC工作方式，分别获得对应进线的高、低速电压、电流数据，从而得到线路或设备的运行状态参数、故障及开关动作等瞬态波形，实现状态监测和故障定位；对于节点电压U、电流I、功率P和Q、功角cosφ等参量，只需控制ADC在低速采样的工作模式下，每个周期采集256个点；对于实时电压/电流波形、开关动作及故障波形等参量，需使ADC工作在1MHz的高速采样模式下；考虑到故障时电流变化范围大，在设计保护措施时，接入光电耦合放大处理电路，保证测量电路可在正常工作电流的10~20倍下可靠运行。作为本专利技术的进一步限定，所述故障定位模块通过PT/CT注入故障定位信号，即高频功率脉冲信号，结合故障时记录的高速同步瞬态数据，通过双端及多端法对行波数据处理，从而实现故障的快速定位。作为本专利技术的进一步限定，注入高频功率脉冲信号时使用单脉冲注入方式，t1时刻发波信号，信号在故障点反射，t2时刻测得反射波，则有δt=t1-t2；那么故障点到测试点的距离l为l=δt×c’/2，其中c’为检测用电磁波速度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，本专利技术采用小型化、低功耗以及免维护的技术措施以提高设备可靠性和稳定性；每个智能控制平台的主控制模块采用以ARM-Cortex-M4为核心的处理器，该处理器体积小，能耗低，性价比高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，其特征在于，包括开关柜控制系统以及若干开关设备，各开关设备独立作为开闭所终端设备或馈线终端设备互联互通，所述开关柜控制系统包括通过开关柜内部总线和精确时钟信号线连接在主控制模块上的功能扩展模块，所述开关设备通过光电隔离现场总线与主控制模块相连，所述开关柜控制系统通过主控制模块与上级配电主站系统相连，所述主控制模块上还连接有电源模块和定位模块。

【技术特征摘要】
1.一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，其特征在于，包括开关柜控制系统以及若干开关设备，各开关设备独立作为开闭所终端设备或馈线终端设备互联互通，所述开关柜控制系统包括通过开关柜内部总线和精确时钟信号线连接在主控制模块上的功能扩展模块，所述开关设备通过光电隔离现场总线与主控制模块相连，所述开关柜控制系统通过主控制模块与上级配电主站系统相连，所述主控制模块上还连接有电源模块和定位模块。2.根据权利要求1所述的一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，其特征在于，所述功能扩展模块包括测量保护模块、设备及线路状态量监测模块、故障定位模块、环境状态量监测模块。3.根据权利要求1或2所述的一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，其特征在于，所述主控制模块采用ARM-Cortex-M4为核心的处理器，所述功能扩展模块以DSP作为核心芯片，检测信号通过功能扩展模块前端安装的传感器及检测装置，经DSP由内部现场总线接入至ARM处理，同时ARM也通过精确时钟信号线为DSP功能模块提供时标信息，从而实现设备状态的智能监测功能。4.根据权利要求3所述的一种具有广域同步测量功能的中压开关设备智能控制系统，其特征在于，所述开关柜控制系统的功能包括：多路高精度数据采集，设备及线路状态量监测模块负责采集线路的三相电压、电流及零序电压和电流，监测设备分配电能的工作状态，它通过对线路电压、电流进行数字化测量，实时获得线路的运行参数，同时结合时间基准同步功能的精确亚微秒级时标，完成线路运行损耗的精确计算；多路开关量输入/输出，通过光电隔离总线连接在主控制模块上的开关设备完成对开关设备开关信号的采集与控制，实时获取并记录个开关设备的状态参量；多信道多方式通信，主控制模块与各模块以及开关设备的连接方式提供多种通信信道及通信协议，实现测控数据的及时上传下达，满足智能电网对设备通信能力的要求，并将互联网、物联网技术的硬件集成到智能控制器中，各开关设备可通过现场总线互联，使设备具有互联互通及网络化运行维护的条件，为今后配网运营模式的改变和创新提供支撑；时间基准同步，定位模块采用GPS、北斗、网络时钟标准时钟，为设备提供亚微级的同步时钟及精确的时间标签及地理信息；多路高速数据采集，设备及线路状态量监测模块负责记录故障状态的暂态波形、局部放电信号雷击及操作过电压等瞬态信号波谱图，同时结合时间基准同步功能的精确亚微秒级时标，使相应的中压配电系统同时具备正常运行状态及故障状态下实时监测数据的广域同步分析能力；脉冲功率注入，故障定位模块通过注入功率脉冲信号，在系统失电的情况下，尤其是在线检测地下电缆故障点时，能有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：金炼，路灿，徐启贵，唐福礼，吴学海，邱伟，席磊磊，何小莉，汤晓君，
申请(专利权)人：江苏亚开电气有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32