一种用于智能变电站的全冗余智能终端装置制造方法及图纸

一种高可靠性全冗余的智能终端装置，通过硬件和软件的全冗余设计方案将接收到的保护装置冗余GOOSE报文进行处理，只有在2个冗余报文状态一致的情况下，智能终端装置才将出口继电器的触点闭合执行跳闸操作，否则出口继电器的触点不会闭合，有效避免继电保护装置和智能终端装置在任一元件损坏或因任一软件模块异常而造成误动作情况的发生，同时可以发现装置故障并告警、及时进行维修，确保智能终端装置出口是可靠的。该智能终端装置可直接应用于工程应用的过程层设备中。

A fully redundant intelligent terminal device for intelligent substation

【技术实现步骤摘要】
一种用于智能变电站的全冗余智能终端装置
本专利技术属于智能变电站领域，特别涉及一种全冗余高可靠的智能终端装置。
技术介绍
目前，智能变电站给变电站的保护装置、自动化装置和运维管理带来深远的影响和巨大的变革，现已成为智能电网建设的重要组成部分，由于智能变电站的广泛应用，在经济和技术方面都有着重大意义。随着数字化通信技术在智能变电站内的广泛应用，智能终端装置已成为变电站内遥信信号采集，断路器、刀闸控制的重要环节，其功能和性能受到广泛关注。然而，随着智能变电站普及，智能终端装置在安全、可靠、稳定性各方面还不够成熟，出现了一些问题。因此，智能终端装置可靠和稳定性能的提高是衡量智能变电站稳定、可靠的运行重要指标。智能终端装置作为过程层设备，遵循IEC61850标准，为数字化变电站间隔层、站控层设备提供断路器、刀闸等状态量信息以及完成相应控制执行操作。智能终端装置通过IEC61850-8-1的GOOSE报文与保护装置进行信息交互，是保护装置的监视和执行者，直接控制刀闸和断路器，动作行为的正确性尤其重要,一旦智能终端装置运行异常，误动或拒动都会造成严重事故，严重时会造成全变电站失电。现有技术实现中，采用单CPU完成断路器跳合闸操作，而保护装置采用启动CPU和保护CPU，合成1条GOOSE报文进行跳闸，智能终端装置接收到GOOSE报文后采用单帧跳闸，没有任何的冗余可言，容易造成误出口。本专利技术采用一种全冗余的方法来有效抵御智能终端装置和保护装置任一元件或软件出现异常时，智能终端装置不误输出跳闸动作命令，该方法简单明了，具备较强的可实施性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种过程层设备即全冗余高可靠的智能终端装置用于有效地监测整个智能终端装置中的每个元件是否正常、软件是否正常运行，如有异常能及时地告知监控后台，通知维护人员进行维修。本专利技术旨在提高过程层设备和保护设备的安全动作行为。本专利技术采用以下技术方案实现：一种用于智能变电站的全冗余智能终端装置，其与设置有启动CPU、保护CPU和FPGA的保护装置以IEC61850-8-1标准进行交互，该智能终端装置包括：分时复用以太网、FPGA、启动CPU、出口CPU、启动继电器和出口插件；在智能终端装置的FPGA中设置有软核MAC以及各自独立、互不影响的第一以太网模块和第二以太网模块；智能终端装置FPGA的软核MAC从以太网获得保护装置启动CPU的启动GOOSE报文和保护装置保护CPU的跳闸GOOSE报文，通过管道通信传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块将这两种报文通过管道通信传送给智能终端装置的启动CPU，第二以太网模块将这两种报文通过管道通信传送给智能终端装置的出口CPU；智能终端装置的启动CPU根据保护装置启动CPU的启动GOOSE报文，通过启动继电器控制出口插件的出口继电器线圈负端与地的联接；智能终端装置的出口CPU根据保护装置保护CPU的跳闸GOOSE报文，控制出口插件的出口继电器线圈正端与电源的联接。优选地，保护装置的启动CPU采集到外部数据后，判断为有故障疑似时，通过以太网输出闭合启动继电器的启动GOOSE报文，智能终端装置FPGA的软核MAC接收到该启动GOOSE报文，传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块和第二以太网模块将该启动GOOSE报文传送给智能终端装置的启动CPU和出口CPU，智能终端装置的启动CPU通过GOOSE报文设备号APPID判断为启动GOOSE报文，解析该启动GOOSE报文；智能终端装置的出口CPU通过GOOSE报文的设备号APPID判断为非跳闸报文，丢弃该启动GOOSE报文；保护装置的保护CPU采集到外部数据后，判断故障需要外部跳闸时，通过以太网输出跳闸GOOSE报文，智能终端装置FPGA中的软核MAC接收到该跳闸GOOSE报文，传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块和第二以太网模块分别给传送给智能终端装置的启动CPU和出口CPU，智能终端装置的启动CPU通过GOOSE报文的设备号APPID判断为非启动报文，丢弃该跳闸GOOSE报文；智能终端装置的出口CPU通过GOOSE报文的设备号APPID判断为保护CPU的跳闸GOOSE报文，解析该跳闸GOOSE报文。优选地，智能终端装置的启动CPU控制启动继电器线圈正端是否与电源联接，启动继电器线圈控制启动继电器触点是否闭合，启动继电器触点控制出口插件的出口继电器线圈和控制继电器线圈的负端与地的联接；如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为合启动继电器时，则发出闭合启动继电器命令，启动继电器触点闭合，导通出口继电器线圈负端与地的联接；如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为分启动继电器时，则发出打开启动继电器命令，启动继电器触点断开，断开出口继电器线圈负端与地的联接。优选地，智能终端装置的启动CPU与启动继电器线圈之间设置有第一光耦，第一光耦原边与智能终端装置的启动CPU相连接，副边分别与启动继电器线圈正端和电源相连接；如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为合启动继电器时，智能终端装置的启动CPU输出低电平使的第一光耦原边导通，启动继电器线圈正端与电源导通，启动继电器线圈的负端直接接地，启动继电器线圈有电流流过，启动继电器触点闭合，启动继电器触点一端接地，另一端接出口继电器线圈和控制继电器线圈的负端，导通出口继电器线圈负端与地的联接；如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为分启动继电器时，智能终端装置的启动CPU输出高电平使的第一光耦原边关断，启动继电器线圈正端与电源断开，启动继电器线圈没有电流流过，启动继电器触点断开，断开出口继电器线圈负端与地的联接。优选地，智能终端装置的出口CPU通过CAN总线发送CAN报文至出口插件的出口插件CPU，出口插件CPU控制出口插件的出口继电器线圈和控制继电器线圈的正端与电源的联接；如果智能终端装置出口CPU解析的跳闸GOOSE报文中的命令为跳闸命令时，则向出口插件发出闭合出口继电器的命令，导通出口继电器线圈和控制继电器线圈的正端与电源的联接；如果智能终端装置出口CPU解析的跳闸GOOSE报文中的命令为收回跳闸命令时，则向出口插件发出打开出口继电器的命令，断开出口继电器线圈和控制继电器线圈的正端与电源的联接。优选地，出口插件包括：出口插件CPU、第二光耦、第三光耦、出口继电器和控制继电器；出口插件CPU与第二光耦、第三光耦原边相联接，第二光耦、第三光耦副边均与电源和出口继电器线圈和控制继电器线圈的正端相联接；如果智能终端装置出口CPU解析的跳闸GOOSE报文中的命令为跳闸命令时，智能终端装置出口CPU经CAN总线向出口插件发送CAN跳闸命令，出口插件收到跳闸命令后，出口插件CPU的管脚输出相应的电平，驱动第二光耦、第三光耦原端导通，导通出口继电器线圈和控制继电器线圈的正端与电源的联接；如果智能终端装置出口CPU解析的跳闸GOOSE报文中的命令为收回跳闸命令时，智能终端装置出口CPU经CAN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于智能变电站的全冗余智能终端装置，其与设置有启动CPU、保护CPU和FPGA的保护装置以IEC61850-8-1标准进行交互，其特征在于：/n该智能终端装置包括：分时复用以太网、FPGA、启动CPU、出口CPU、启动继电器和出口插件；在智能终端装置的FPGA中设置有软核MAC以及各自独立、互不影响的第一以太网模块和第二以太网模块；/n智能终端装置FPGA的软核MAC从以太网获得保护装置启动CPU的启动GOOSE报文和保护装置保护CPU的跳闸GOOSE报文，通过管道通信传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块将这两种报文通过管道通信传送给智能终端装置的启动CPU，第二以太网模块将这两种报文通过管道通信传送给智能终端装置的出口CPU；/n智能终端装置的启动CPU根据保护装置启动CPU的启动GOOSE报文，通过启动继电器控制出口插件的出口继电器线圈负端与地的联接；智能终端装置的出口CPU根据保护装置保护CPU的跳闸GOOSE报文，控制出口插件的出口继电器线圈正端与电源的联接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于智能变电站的全冗余智能终端装置，其与设置有启动CPU、保护CPU和FPGA的保护装置以IEC61850-8-1标准进行交互，其特征在于：
该智能终端装置包括：分时复用以太网、FPGA、启动CPU、出口CPU、启动继电器和出口插件；在智能终端装置的FPGA中设置有软核MAC以及各自独立、互不影响的第一以太网模块和第二以太网模块；
智能终端装置FPGA的软核MAC从以太网获得保护装置启动CPU的启动GOOSE报文和保护装置保护CPU的跳闸GOOSE报文，通过管道通信传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块将这两种报文通过管道通信传送给智能终端装置的启动CPU，第二以太网模块将这两种报文通过管道通信传送给智能终端装置的出口CPU；
智能终端装置的启动CPU根据保护装置启动CPU的启动GOOSE报文，通过启动继电器控制出口插件的出口继电器线圈负端与地的联接；智能终端装置的出口CPU根据保护装置保护CPU的跳闸GOOSE报文，控制出口插件的出口继电器线圈正端与电源的联接。


2.如权利要求1所述的用于智能变电站的全冗余智能终端装置，其特征在于，
保护装置的启动CPU采集到外部数据后，判断为有故障疑似时，通过以太网输出闭合启动继电器的启动GOOSE报文，智能终端装置FPGA的软核MAC接收到该启动GOOSE报文，传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块和第二以太网模块将该启动GOOSE报文传送给智能终端装置的启动CPU和出口CPU，智能终端装置的启动CPU通过GOOSE报文设备号APPID判断为启动GOOSE报文，解析该启动GOOSE报文；智能终端装置的出口CPU通过GOOSE报文的设备号APPID判断为非跳闸报文，丢弃该启动GOOSE报文；
保护装置的保护CPU采集到外部数据后，判断故障需要外部跳闸时，通过以太网输出跳闸GOOSE报文，智能终端装置FPGA中的软核MAC接收到该跳闸GOOSE报文，传送给第一以太网模块和第二以太网模块，第一以太网模块和第二以太网模块分别给传送给智能终端装置的启动CPU和出口CPU，智能终端装置的启动CPU通过GOOSE报文的设备号APPID判断为非启动报文，丢弃该跳闸GOOSE报文；智能终端装置的出口CPU通过GOOSE报文的设备号APPID判断为保护CPU的跳闸GOOSE报文，解析该跳闸GOOSE报文。


3.如权利要求2所述的用于智能变电站的全冗余智能终端装置，其特征在于，
智能终端装置的启动CPU控制启动继电器线圈正端是否与电源联接，启动继电器线圈控制启动继电器触点是否闭合，启动继电器触点控制出口插件的出口继电器线圈和控制继电器线圈的负端与地的联接；
如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为合启动继电器时，则发出闭合启动继电器命令，启动继电器触点闭合，导通出口继电器线圈负端与地的联接；
如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为分启动继电器时，则发出打开启动继电器命令，启动继电器触点断开，断开出口继电器线圈负端与地的联接。


4.如权利要求3所述的用于智能变电站的全冗余智能终端装置，其特征在于，
智能终端装置的启动CPU与启动继电器线圈之间设置有第一光耦(T1)，第一光耦(T1)原边与智能终端装置的启动CPU相连接，副边分别与启动继电器线圈正端和电源相连接；
如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为合启动继电器时，智能终端装置的启动CPU输出低电平使的第一光耦原边导通，启动继电器线圈正端与电源导通，启动继电器线圈的负端直接接地，启动继电器线圈有电流流过，启动继电器触点闭合，启动继电器触点一端接地，另一端接出口继电器线圈和控制继电器线圈的负端，导通出口继电器线圈负端与地的联接；
如果智能终端装置启动CPU解析的启动GOOSE报文中的命令为分启动继电器时，智能终端装置的启动CPU输出高电平使的第一光耦原边关断，启动继电器线圈正端与电源断开，启动继电器线圈没有电流流过，启动继电器触点断开，断开出口继电器线圈负端与地...

【专利技术属性】
技术研发人员：王富亮，董志平，王双剑，史文豪，蒋新成，姚睿，刘涛，袁海涛，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11