CN101951026A - 双机测控主备在线切换方法 - Google Patents

Abstract

双机测控主备在线切换方法，全变电站的间隔层测控装置采用对上“主备”和“对下双主”的运行模式；切换逻辑上，两台测控装置分别提供“本机闭锁”、“本机主备”两个硬接点开出：当两台测控装置中的任意一台装置的硬件或通讯出现异常，无法正常维持变电站正常监视时，输出闭锁异常信号，并驱动“本机闭锁”信号继电器输出；同时测控装置的程序根据测控装置当前的主备状态，实现变电站监控系统的冗余监控。本发明能够在现有双测控的基础上通过较小的硬件改动，实现了变电站在控制方向以及监视方向上的系统冗余，有效提高了变电站系统运行的可靠性。

Description

双机测控主备在线切换方法

技术领域

本发明涉及变电站测控方法与装置，以及保护测控一体装置冗余配置情况下的变电站监控领域；以及具有测控装置冗余配置在线切换技术领域。

背景技术

面向通用对象的变电站事件(GOOSE)是IEC 61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制。变电站配置计算机监控系统，承担运行人员正常控制、监视、信号、测量以及数据统计分析等各方面的功能，监控系统采用IEC61850通信标准，利用快速以太网特性，通过GOOSE(面向对象变电站通用事件)实现保护之间信息交换和监控间隔联闭锁功能，与保护系统统一建模、统一组网，共享统一的信息平台，提高二次系统的安全性、可靠性；IEC61850的应用，节省了规约转换设备，取消了前置等中间通信环节，减少运行、检修、维护工作量，节省重复的二次设备以达到节省成本的目的。

测控装置主要用于变电站间隔层数据和信号的测量与控制，从而实现全变电站的监控。随着保护测控一体化的工程的进一步深入实施，间隔层测控装置也随之出现了冗余配置。测控装置与保护装置相对独立且具有主动性的保护功能不同：保护不受人工干预，且没有反馈过程；测控装置是为了能够提供尽可能多且完备的监视与控制信息给运行人员，从而更好的反应变电站的运行状态。测控装置冗余配置后，带来了数据源与控制源不唯一的现实问题，降低了变电站运行人员监视的可靠性。目前对于冗余的双测控配置，大多采用仅使用其中一套装置的测控功能或者通过简单的进行人工手动切换；仅使用单套使装置不能得到最大限度的利用，而人工手动切换则由运行人员自己进行逻辑判断，造成切换标准不统一，难以管理的问题。

发明内容

本发明的目的是：提出一种简单且可靠的双机测控主备冗余切换方法，通过交互状态并确定切换逻辑，最终实现测控装置的主备逻辑，并根据该主备切换实现站控层监视方向的数据切换以及控制方向上的控制方式。

本发明的技术方案是：双机测控主备在线切换方法，其特征是：全变电站的间隔层测控装置采用“对上主备”和“对下双主”的运行模式：“对上主备”是指在站控层与间隔层的联系上两台测控装置为主备关系，测控装置按照既定逻辑进行切换；“对下双主”是指在间隔层与过程层智能操作箱的联系上为双主关系，两套测控完全独立；切换逻辑上，两台测控装置分别提供“本机闭锁”、“本机主备”两个硬接点开出：当两台测控装置中的任意一台装置的硬件(比如CPU或IO板卡)或通讯(比如链路)出现异常，无法正常维持变电站正常监视时，输出闭锁异常信号，并驱动“本机闭锁”信号继电器输出；同时测控装置的程序根据测控装置当前的主备状态，驱动“本机主备”信号继电器，当本侧装置处于主机时，该接点闭合，并通知对侧装置。

测控装置根据对侧测控装置的运行状态以及主备状态；结合测控装置的控制运行状态与主备状态进行综合判断：A)当本侧装置闭锁，对侧装置运行时：防抖1S后，本侧主机降为备机运行；B)当本侧装置运行，对侧装置闭锁时：防抖1S后，本则装置升为主机运行；C)当两侧装置均闭锁或两侧装置均运行时：根据设定的默认优先级，优先级高的为主。

将测控装置(包括本侧和对侧装置)对变电站运行监视信息分为几类：一类是能够反映变电站当前运行状态的信息：主要有电压、电流、功率、开关刀闸位置以及变电站一次设备独自具有的信息，该类信息能够较完整的表征变电站运行的状态，具有数据唯一性，称为公有信息；另一类，则是由测控装置本身所独有以及由测控装置衍生出的二级信号组成：主要有功能压板信号、通信链路的断链信号、测控装置的逻辑闭锁信号、装置自检信息，该类信息能够较完整的表征该测控装置(本侧或对侧装置)所处的运行状态，称为私有信息。

测控装置确定各自的主备后，该状态即为表征保护测控一体装置中的测控的运行状态，并通过61850模型中测控逻辑装置(LogicDevice：CTRL_PUB)的LNO$ST$Health$stVal标志送给站控层设备。站控层设备将测控装置的公有信息与私有信息进行区分，对于公有信息，站控层设备将Health位作为表征系统当前运行的可靠性的标志，切换一次设备运行的监视数据源，Health标志为TRUE(真)的装置作为监控数据源；对于私有信息则作为独立信号进行监视，以反应两台本侧和对侧测控装置的实际运行情况，便于运行人员真实掌握测控装置的实际运行情况。

在控制方向上，对于遥控命令，本侧和对侧两台测控装置均有主备之分，仅有主机可以响应站控层设备的遥控命令，备机拒绝响应；对于就地操作，两台测控则完全独立，均可接受手控手分的操作。

间隔层与过程层之间，操作箱根据测控装置的联闭锁运算结果进行双重校验，在正常运行情况下，当有任一测控的逻辑运算不满足时，则闭锁相应对象的操作，以此防止误操作，保证操作可靠性。

本侧和对侧测控装置(主机和备机)分别进行联锁计算，并将各自的闭锁状态都发给智能操作箱，智能操作箱将两个联锁状态进行“与运算”(等于双重校验)，任何一个联锁逻辑闭锁都将闭锁控制输出，两套测控装置的联锁逻辑都开放时，才允许操作；保证了在控制方向上的联锁冗余校验，提高了操作可靠性。

智能操作箱闭锁接点处理逻辑：

测控装置本机的闭锁信号发送给智能操作箱，智能操作箱根据该信号决定该测控装置的联锁信号是否有效，具体逻辑如下：1.当双套测控装置有一套处于闭锁状态时，将该套的联锁逻辑丢弃，仅以正常运行的测控联锁状态为准；2.当双套测控装置都处于闭锁状态时，则闭锁整个联锁逻辑。

当一台测控装置处于检修状态时，智能操作箱应丢弃检修测控的联锁状态：1.遇到某单一测控与操作箱GOOSE断链时，应以未断链的测控联锁状态为准，采用一票通过制。2.当GOOSE网完全断链时，操作箱应闭锁所有对象联锁接点。GOOSE是电网测控系统采用IEC61850通信标准，利用快速以太网特性，通过GOOSE(面向对象变电站通用事件)实现保护之间信息交换和监控间隔联闭锁功能。

本发明的有益效果是：本发明是一种简单且可靠的双机测控主备冗余切换方法，测控装置按照对上主备对下双主的原则，通过硬接点交互方式，简单且可靠的测控切换逻辑，保证了变电站间隔层装置运行的可靠性；通过公有信号与私有信号的区分，提高了站控层设备对变电站系统运行的可监视率；解决了在间隔层装置N-1故障情况下变电站监视盲区的问题；并通过对联闭锁运算的双重校验，提高了变电站操作的可靠性，防止误操作的发生。通过两套装置交互状态并确定切换逻辑，最终实现测控装置的主备逻辑，并根据该主备切换实现站控层监视方向的数据切换以及控制方向上的控制方式。

附图说明

图1是为一个典型站的双测控切换模式。

具体实施方式

如图1所示的一个典型站的双测控切换模式，在站控层(Station Level)网上，测控装置与站控层系统交互MMS With Health信息(信号监测系统的Health信息)，站控层装置通过Health位判断系统监视数据源；间隔层(Bay level)测控装置BCU A和BCU B直接交互Master/Slave的主备信号以及Run_OK的运行信息，从而确定主备逻辑；过程层(Process level)网络，两套测控装置各自发送联闭锁信息和遥控出口信号，过程层(Process level)智能操作箱(PCS-222A)接收两套测控装置的联闭锁信息CKWFA和CKWFB，并通过双主逻辑之后，决定最终的闭锁接点输出。

一、站控层后台监控系统：

监视方向上，后台监控系统根据测控装置上送的主备标志信息(LNO$ST$Health$stVal)来判断出所连接测控装置的主备状态，并根据此状态来决定监视方向主备数据的取舍。Health位作为表征系统当前运行的可靠性的标志，切换一次设备运行的监视数据源，Health标志为TRUE(真)的装置作为监控数据源；对于私有信息则作为独立信号进行监视。控制方向上，后台监控系统只向测控装置主机发送遥控命令，确保只从主机执行遥控指令。当测控装置由于出现双主或者双备的情况时，后台监控系统根据默认配置来选择一台测控装置作为主机，保证在间隔层判断失效的情况下进行监视与控制。

二、间隔层测控装置：

间隔层装置运行方式：间隔层测控装置采用对上主备对下双主的工作模式，两套测控功能上完全独立，仅仅在与站控层进行信息交互时存在主备，而在对下就地控制以及联闭锁运算上均为双主。

间隔层装置数据模型与切换逻辑：间隔层测控装置根据所测对象的属性不同，将测控模型分为两个逻辑装置(LD)，一个LD用于私有信息(例如：GOOSE的通信状态、联锁状态，测控本身的报警自检信息、本身的操作报告、参数定值)；另外一个LD用于公共信息(例如YG量、开关刀闸的位置)；同时测控装置提供两付接点输出，一付用于表征主备状态(测控对上通信的主备)的输出，另外一付表征闭锁状态(测控故障)的输出；测控装置交互该状态，并根据逻辑进行主备机的状态迁移：

A)当本装置闭锁，另一装置运行时，防抖1s后，本机将为备机运行；

B)当本装置运行，另一装置闭锁时，防抖1s后，本机升为主机运行；

C)当两台装置均闭锁或两侧均运行时，根据设定的默认设定的优先级，优先级高的为主。

间隔层测控装置确定主备关系后，将主备状态置入公共信息CTRL/LNO$ST$Health$stVal，表征该间隔测控装置的主备状态，并通过变位上送以及周期上送的方式上送站控层装置。

在控制方向上，对于站控层设备发送来的远方控制命令，只有主机测控装置能响应遥控命令，备机测控装置拒绝响应遥控命令。而在就地控制屏上为保证运行人员在紧急操作时的成功率，任一测控装置均响应运行人员的就地控制命令。

三、过程层智能操作箱：

对下就地控制以及联闭锁运算上均为双主：两套测控装置分别进行联锁计算，并将各自的闭锁状态都发给智能操作箱，智能操作箱将两个联锁状态进行“与运算”(等于双重校验)，任何一个联锁逻辑闭锁都将闭锁控制输出，两套测控的联锁逻辑都开放时，才允许操作；保证了在控制方向上的联锁冗余校验，提高了操作可靠性。

智能操作箱闭锁接点处理逻辑：

测控装置本机的闭锁信号发送给智能操作箱，智能操作箱根据该信号决定该测控装置的联锁信号是否有效，具体逻辑如下：1.当双套测控装置有一套处于闭锁状态时，将该套的联锁逻辑丢弃，仅以正常运行的一测控装置的联锁状态为准；2.当双套测控都处于闭锁状态时，则闭锁整个逻辑。

当一台测控装置处于检修状态时，智能操作箱应丢弃检修测控的联锁状态：1.遇到某单一测控与操作箱GOOSE断链时，应以未断链的测控联锁状态为准，采用一票通过制。2.当GOOSE网完全断链时，操作箱应闭锁所有对象联锁接点。

Claims (8)

1.双机测控主备在线切换方法，其特征是：全变电站的间隔层测控装置采用对上主备和对下双主的运行模式：“对上主备”是指在站控层与间隔层的联系上两台测控装置为主备关系，测控装置按照既定逻辑进行切换；“对下双主”是指在间隔层与过程层智能操作箱的联系上两台测控装置为双主关系，两套测控完全独立；切换逻辑上，两台测控装置分别提供“本机闭锁”、“本机主备”两个硬接点开出：当两台测控装置中的任意一台装置的硬件或通讯出现异常，无法正常维持变电站正常监视时，输出闭锁异常信号，并驱动“本机闭锁”信号继电器输出；同时测控装置的程序根据测控装置当前的主备状态，驱动“本机主备”信号继电器，当本侧装置处于主机时，该接点闭合，并通知对侧装置。

2.如权利要求1所述的双机测控主备在线切换的方法，其特征是：切换逻辑上，两台测控装置分别提供“本机闭锁”和“本机主备”两个硬接点的开出，并将该开出连接到另外一个装置；测控装置根据对方的运行状态以及主备状态，结合自己的运行状态与主备状态进行综合判断：

A)当本装置闭锁，另一装置运行时，本机将为备机运行；

B)当本装置运行，另一装置闭锁时，本机升为主机运行；

C)当两台装置均闭锁或两侧均运行时，根据设定的默认设定的优先级，优先级高的为主。

3.如权利要求2所述的双机测控主备在线切换的方法，其特征是：测控装置根据对侧测控装置的运行状态以及主备状态；结合测控装置的控制运行状态与主备状态进行综合判断：

A)当本侧装置闭锁，对侧装置运行时：防抖1秒后，本侧主机降为备机运行；

B)当本侧装置运行，对侧装置闭锁时：防抖1秒后，本则装置升为主机运行；

C)当两侧装置均闭锁或两侧装置均运行时：根据设定的默认优先级，优先级高的为主。

4.如权利要求1所述的双机测控主备在线切换方法，其特征是：

A)测控装置确定各自的主备后，该状态为表征保护测控一体装置中的测控运行状态，通过IEC61850模型中的测控装置的逻辑标志送给站控层设备；

B)站控层设备将测控装置的公有信息与私有信息进行区分：公有信息：指能够反映变电站当前运行状态的信息：主要有电压、电流、功率、开关刀闸位置以及变电站一次设备独自具有的信息，该类信息能够较完整的表征变电站运行的状态，具有数据唯一性；私有信息：是指由测控装置本身所独有以及由测控装置衍生出的二级信号组成：主要有功能压板信号、通信链路的断链信号、测控装置的逻辑闭锁信号、装置自检信息，该类信息能够较完整的表征该测控装置所处的运行状态；

C)对于共有信息：站控层将获取的标志后得到信息来判断当前装置是否系统为是可靠运行的并切换监视装置的监视数据源；对于私有信息作为独立信号进行监视；

D)对于私有信息则作为独立信号进行监视。

5.如权利要求1所述的双机测控主备在线切换方法，其特征是：在控制方向上，对于遥控命令，两台测控均有主备之分，仅有主机可以响应站控层设备的遥控命令，备机拒绝响应；对于就地操作，两台测控则完全独立，均可接受手控手分的操作。

6.如权利要求1所述的双机测控主备切换方法，其特征是：间隔层与过程层之间，操作箱根据测控装置的联闭锁运算结果进行双重校验，在正常运行情况下，当有任一测控的逻辑运算不满足时，则闭锁相应对象的操作。

7.如权利要求5或6所述的双机测控主备在线切换方法，其特征是：测控装置本机的闭锁信号发送给智能操作箱，智能操作箱根据该信号决定该测控装置的联锁信号是否有效，具体逻辑：

A)当双套测控装置有一套处于闭锁状态时，将该套的联锁逻辑丢弃，仅以正常运行的测控联锁状态为准；

B)当双套测控都处于闭锁状态时，则闭锁整个联锁逻辑。

8.如权利要求5所述的双机测控主备切换方法，其特征是：当一台测控处于检修状态时，智能操作箱应丢弃检修测控的联锁状态：

A)遇到某单一测控与操作箱GOOSE断链时，应以未断链的测控联锁状态为准，采用一票通过制；

B)当GOOSE网完全断链时，操作箱应闭锁所有对象联锁接点。

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