一种基于VxWorks系统的智能化GIS控制装置

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化领域，尤其涉及一种基于VxWorks系统的智能化GIS控制装置。

背景技术

目前，在我国在能源互联网的起步发展阶段，智能电网作为其中重要组成也在迅速扩展，需要更多的GIS设备接入智能电网，作为高电压设备的GIS造价高需求数量大，传统GIS设备生产工艺成熟产能大，因此提出兼容现有传统GIS生产方式的、成本较低、准入门槛低的数字化GIS实现方案是必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种基于VxWorks系统的智能化GIS控制装置，其技术方案如下：

一种基于VxWorks系统的智能化GIS控制装置，包括外壳和智能单元，智能单元设置在外壳内，智能单元包括IED供电单元、核心单元和出口控制单元，核心单元分别和IED供电单元以及出口控制单元连接；核心单元包括核心主板和光纤网卡，核心主板固定设置在外壳内的基板上，光纤网卡通过PCI-E接口与核心主板连接，核心主板通过光纤网卡与站控层网络主机连接。

出口控制单元包括光电隔离电路和出口继电器，出口继电器通过光电隔离电路与核心主板连接，出口继电器通过电力控制线与操动机构连接。

IED供电单元包括激光器、光电转换器、驱动和载波装置和温控保护装置，所述激光线与光电转换器通过光纤连接，光电转换器与核心主板连接，为核心主板供电。

驱动和载波装置对激光器进行控制。

温控保护装置对激光器输出加以限制。

光电转换器由DC-DC变换器和光电池组成。

外壳包括壳体、接口面板和IED外壳， IED外壳设置在壳体一侧，接口面板设置在与IDE外壳相邻的壳体一侧。

与现有技术相比，其有益效果在于：传统GIS仅需要加装本申请中设计的控制装置，即可实现传统GIS数字化控制，满足接入智能电网的要求。这使得智能化GIS的生产过程兼容现有传统GIS生产方式，降低了智能化GIS的生产成本和准入门槛。并且本申请设计的控制装置，相较于通过规约转换装置实现的传统GIS数字化控制，提高了响应速度，降低时延，改善了传输时延的稳定性。

附图说明

图1是数字GIS一、二次设备组合示意图；

图2是智能化GIS控制装置结构示意图；

图3 是智能化GIS控制装置外观及接口示意图；

图4是IDE供电单元结构示意图；

图5是IDE供电单元过流保护电路示意图；

图6是IDE供电单元驱动电路设计示意图；

图7是出口控制单元电路图；

图8是GRT程序流程图；

图9是SGM应用关联示意图；

图中：1、IED外壳接口，2、220/110V接口，3、光纤接口，4、网口，5、一次线路供能接口，6、USB接口，7、485串口，8、线路供能DCSV接口，9、供能光纤接口。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，以下实施例用于说明本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

如图2所示，核心单元中，核心主板通过螺丝固定在外壳内底部的基板上，通过PCI-E接口连接光纤网卡，再通过光纤网卡与站控层网络主机连接；核心单元与出口控制单元通过串口数据线连接，在出口控制单元中转换成继电器控制信号，出口继电器工作电源从操动机构控制本体接入，出口继电器通过电力控制线连接到操动机构控制接线端口；激光器与光电转换器通过光纤连接，组成IED供电单元，IED供电单元与核心单元通过5VDC连接，为其提供能量。

实施例2

如图2所示，IED供电单元为核心单元提供能量，能量由350mW激光器发出，通过光纤传输、光电转换为电能；实时监测数据由传感器采集通过GOOSE及SV网络传入核心单元，数据通过光纤到PCI-E总线进入，保证传输速度，核心单元对数据进行处理之后输出至出口控制单元，信号在这里通过光电隔离屏蔽一次高压设备对其的影响，通过出口继电器将电力控制信号输出至操动机构本体。

实施例3

如图3所示，外壳包括壳体、接口面板和IED外壳，壳体采用7075铝合金，内附B-604G导电涂料，壳体尺寸120cm×65cm×40cm；接口面板材质是304不锈钢，设置有220/110V接口2、光纤接口3、网口4、一次线路供能接口5、USB接口6、485串口7、线路供能DCSV接口8、供能光纤接口9。

实施例4

如图4所示， IED供电单元包括：包括激光器、DC-DC变换器、光电池、驱动和载波装置和温控保护装置；IED供电单元通过5VDC 3000mA的供电接口，提供直流可持续能量输入，采用SPL2F81型激光发射器作为供能输出，可输出光功率为1.7w，最大驱动电流为2.7A；一次设备端采用PPC型光电池和DC-DC变换器用作光电转换，转换效率高于26%，中间媒介采用光纤输送能量。

实施例5

如图5所示，激光器通过温控保护装置对输出加以限制，瞬时电流冲击或长时间工作于较大的电流， 都会影响激光器的使用寿命甚至损坏激光器，因此 要设计过流保护电路对激光器电流加以限制，此电路 以RS触发器为核心器件。前端是比较器，产生过流的触发信号。后端电路将触发信号反转和放大，通过控制激光器电流通路上的一个起开关作用的MOS管M

实施例6

如图6所示，激光器在驱动和载波装置控制下激发光能，为了将光能传输和异步串行通信结合起来，设计了一种可以实现载波驱动的恒流源电路．其脉冲电流的频率可达100kHz，这样可以将对数据采集系统的控制信息以光脉冲的形式传到高压侧，减少了信号光纤和光电转换器件，也降低了高压侧的功耗；信息传送使用曼彻斯特编码，可以使平均能量不变，在信息传递的同时，保证高压侧电源正常工作，该电路以大功率MOS管为核心元件，3个放大器构成驱动和负反馈回路，RS是采样电阻。

实施例7

如图7所示，出口控制单元包括：光电隔离电路和出口继电器，采用反相器的输出方式提供抗干扰、信号放大等功能，核心主板对出口控制单元输入开入开出信号，出口控制单元对操动机构输出控制信号。

实施例8

如图8所示，GRT的功能为：对接收到的GOOSE报文的APDU编码部进行解析，然后传递给其他应用完成相对作业，Get：获取数据；Up：更新数据；Read：读APDU编码；Write：写APDU编码；Call：调用函数；TG：定时获取数据，其流程简明阐述就是解析和判断的2个过程。

实施例9

如图9所示，关于应用层任务设计，其中GOOSE报文信息传输要求一般在1ms内完成，是该模型中实时性要求最高的报文，而SAV主要是把电子互感器所在合并单元的数据，持续不断的传送到间隔层设备中，一般要求在2~3ms完成单次传输。SAV有很大的通信量和较高的实时性要求，其中SGM是IEC61850定义的实时性要求最高的通信服务，其他类型应用与其相近，包括VxWorks下网络发送机制的分析和收处理方式的实现。GOOSE报文的帧结构简单来说可以分成2部分：帧字域和报文内容域，帧字域包括MAC地址、TPID（标志协议标识）、TCI（标志控制信息）、VID（虚拟LAN标识）、EtherType（以太网报文类型）、APPID（应用标识）、Length（长度）、Rserverd1&2（保留1和保留2），报文内容域采用抽象语法标记（ASN.1）描述APDU的构成，是主体报文内容。SGM的功能主要由tGooseReceiveTask（GRT）、tGooseSendTask（GST）、fGooseSend（FGS）实现，GOOSE订阅者由应用GRT实现，发布者功能由GST和FGS实现。

实施例10

核心单元包括：CPU核心主板和扩展功能单元，CPU核心板集成的PowerQUICC处理器是带加密功能的MPC8315E，设计有千兆以太网、SATA、PCI-E、USB3.0、WATCHDOG；扩展功能单元搭载32位的双倍数据速率(DDR1/DDR2)存储器控制器、16位本地总线和4个直接存储器访问（DMA）信道，RS-485接口，I2C接口的256x8Bit EEPROM，I2C、SPI、GPIO用排针，标准16线JTAG接口，可提供对MMS、GOOSE、SV技术的运算支持，使操动机构接入符合IEC61850规约的新型变电站网络。

实施例11

硬件配置如下：

处理器：Freescale MPC8315E(MPC8315VRAFDA)，620pin TEPBGA，主频333M；

SDRAM：128MB 32位 DDR2 SDRAM内存(2片 16bit DDR2 SDRAM,每片64M)；

NOR FLASH：8MB byte NOR FLASH；

NAND FLASH：32MB byte 8位NAND FLASH；

PCI总线：32bit，33MHz~66MHz，1个标准PCI接口，2个mini PCI接口；

SATA：2个SATA(MPC8315才支持SATA接口)；

PCI-E：2个x1 PCI-E接口；

LAN：2个1000M以太网口，和MPC8315E的TSEC0/TSEC1 RGMII连接；

串口：2个串口 ,其中1个用作console口；

USB：1个USB 2.0高速HOST接口；

EEPROM：1个I2C接口的EEPROM，256x8Bit（选购模块）；

其他接口：I2C、SPI、GPIO用排针引出；

看门狗：MPC8315E芯片自带WATCHDOG；

JTAG：标准16线JTAG接口；

指示灯：1个电源 4个自定义灯；

按键：1个复位按键；

功耗：典型功耗 5W，最大功耗8W；

主板尺寸：15cm × 12cm。

实施例12

基于VxWorks操作系统驱动设计包括：主处理和协处理协同设计，主处理只对环状链表中的单一通信缓冲节点做循环处理，协处理在协议栈的指示下补充结构间隙，提供GOOSE网络响应的实时性与稳定性。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。