CN102035257A

CN102035257A - 智能变电站全景数据分析方案

Info

Publication number: CN102035257A
Application number: CN2010105639579A
Authority: CN
Inventors: 苏永春; 孙旻; 辛建波; 郑蜀江
Original assignee: Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-04-27

Abstract

一种智能变电站的全景数据分析方案，所述方案将网络报文记录、故障录波及同步相量测量设备采用一体化设计；在报文记录方面，实现智能变电站网络在线监视和报文离线分析，实时准确定位变电站网络的各种异常；在故障录波方面，实现电力系统故障暂态和长态记录，为电网故障分析，保护、断路器设备动作行为的评判提供重要依据；在同步相量测量方面，面向电力系统实时动态安全监测，通过快速、准确测量获得同步相量，为广域测量系统提供基础数据支撑。这种一体化设计方案实现了一次配置，运行人员按一套标准去维护一套系统，充分满足了智能变电站的新需求。本发明方法适用于电力系统智能变电站的全景数据分析。

Description

智能变电站全景数据分析方案

技术领域

本发明涉及一种用于电力系统智能变电站的全景数据分析方案，属电力信息自动化技术领域。

背景技术

在电力系统的常规变电站中存在着独立的故障录波及同步相量测量设备，可对一次设备波形和二次设备动作行为进行记录，用于准确地获知电力系统的运行状态、分析电网事故。但常规变电站中存在着以下问题：(1)不同设备厂商使用的网络和通信协议互不兼容，设备间互操作性能差；(2)信息难以共享；(3)系统可扩展性差等。为解决这些问题，实现变电站二次设备间的互操作性，同时满足功能在不同智能设备间自由分配的需要，国际电工技术委员会制定了IEC 61850协议体系标准，作为基于通用网络平台的变电站自动化系统的唯一国际标准，它改变了目前变电站自动化系统封闭式的结构，使之成为开放性和标准性的系统，我国对该标准进行了等同采用。

在智能变电站中，站控层、过程层的通信网络报文成为变电站智能设备之间信息交互的主要方式。因此需要设置网络报文记录设备对网络运行情况包括各类网络异常进行监视与分析，同时记录各类网络报文。

由于网络报文记录、故障录波以及同步相量测量设备分别从不同的侧面满足了变电站的需求，而各设备的记录数据都是片面的、孤立的、难于共享。为了适应智能变电站运行状况全面分析的需要，必须将动态数据记录、暂态数据记录、原始报文记录等综合起来形成智能变电站全景数据，在时间和空间上统一协调考虑，因而需要考虑一种智能变电站全景数据分析方案。

发明内容

本发明的目的是，为实现电力系统智能变电站的网络报文记录、故障录波及同步相量测量综合分析功能，提出一种智能变电站全景数据分析方案。

本发明的技术方案是：

本发明将网络报文记录、故障录波及同步相量测量设备采用一体化设计；在报文记录方面，实现智能变电站网络在线监视和报文离线分析，实时准确定位变电站网络的各种异常；在故障录波方面，实现电力系统故障暂态和长态记录，为电网故障分析，保护、断路器等设备动作行为的评判提供重要依据；在同步相量测量方面，面向电力系统实时动态安全监测，通过快速、准确测量获得同步相量，为广域测量系统提供基础数据支撑。

本发明通过一体化设计的装置实时获取智能变电站的站控层、过程层网络原始报文来监视网络状态、分析报文异常，同时通过解析原始报文获取采样点、开关量信息，从而进行故障判别、计算输出同步相量，由此实现变电站故障录波、报文记录及同步相量测量为一体的全景数据分析的目标。

本发明智能变电站全景数据分析方案通过如下步骤实现：

1.变电站数据接入。对于存在站控网及过程层网络的变电站，采用以太网直接接入的数据采集方式，同时满足IEEE 1588时间同步技术；对于过程层点对点通信的变电站，则采用光纤数据直接采集并且支持差值再采样同步的接入方式，这样的数据采集方案可适应不同现场的各类组网及应用需求。

2.数据采集。为提高数据采集速度，采用大规模现场可编程门阵列(FPGA)并行处理技术方案，用来实现通信处理完全硬件化。基于硬件的方式实时采集过程层SMV/GOOSE报文数据，实现报文异常监视和流量统计。利用高精度达(200ns)的硬件时间戳，完善支持差值再采样，精确统计SMV报文发送时间离散值。

3.数据存储。数据存储利用冗余磁盘阵列技术，满足4T以上的海量存储数据需求，实现暂态故障录波和报文异常记录，对于长网络数据报文、长故障录波数据可实现真正无损、可靠记录。为保证运行稳定性，设备采用基于嵌入式无风扇设计，同时采用PowerPC+VxWorks架构，提高系统可靠性。

4.全景数据记录与分析。采用IEC 61850协议统一建模，对故障录波、报文监视、相量表示等功能描述皆基于IEC 61850标准，数据具有语义信息，支持面向对象的事故分析，以及面向应用的按需调阅；动态、暂态数据和原始报文基于相同的数据源，统一时标、统一建模，实现全景数据记录与分析，实现从同步相量、采样点、原始报文的逐层、综合分析和关联检索。由于采用一体化方案，支持报文异常、故障扰动的交叉启动记录。

本发明与现有技术比较的有益效果是，(1)本发明方法提供全面冗余的数据记录、方便快捷的记录数据索引，为智能变电站的调试，运行和分析提供行力的手段，适用于各电压等级的智能变电站；(2)本发明实现了网络报文、故障录波及同步相量测量一体化设计，对变电站的工程配置和运行维护而言，一体化设计方案可实现一次配置，运行人员按一套标准去维护一套系统，实现了与智能变电站的高度融合。

本发明方法适用于电力系统智能变电站的全景数据采集及分析处理。

附图说明

附图为智能变电站全景数据分析方案示意图；

图中图号表示：1是百兆光纤接口；2是千兆光纤接口；3是站控层网络；4是过程层网络；5是至远方主站。

具体实施方式

本发明实施例智能变电站全景数据分析方案的实现流程如附图1所示。

图中百兆光纤接口1用于传递故障状态记录，传输监视、管理信息；千兆光纤接口2用于传输网络报文长记录、网络异常事故记录、采样值长记录；站控层网络3传输MMS报文数据；过程层网络4传输SMV、GOOSE、IEEE1588数据；数据存储及分析模块按照百兆以太网通信光纤接口和远方主站5系统通信。

本发明智能变电站全景数据分析方案的具体实施方式包括以下步骤：

1、原始数据接入。

原始报文通信接口采用FPGA基于硬件的方式采集变电站网络原始报文，对站控层网络，以百兆以太网光纤通信方式接入，采集站控层MMS原始报文；对于存在过程层网络的情况，为了满足过程层网络大数据流量的需求，采用千兆光纤以太网络接口方式接入过程层网络数据；对于过程层通信采用点对点方式直采直跳的情形，则采用百兆过程层光纤接口，采集SMV、GOOSE、IEEE15888等过程层原始报文。

变电站全景数据分析系统的数据采集与处理模块FPGA与PowerPC之间采用页地址方式进行快速数据交互，FPGA与数据存储与分析模块之间经由千兆光纤接口交互数据，PowerPC与数据存储与分析模块间经由100M光纤接口交互数据。对于上级远方主站系统，数据存储及分析模块按照百兆以太网通信光纤接口和远方主站系统通信。

2.数据采集与处理。

FPGA对采集数据的处理过程包括：(1)采集各种原始报文，并为其打上精确时标；(2)报文处理，进行网络诊断及异常报文分析，置分析结果标志并打上精确时标；解析并提取出采样点和开关量状态信息，并打上精确时标；(3)发送实时数据到数据存储单元，记录长报文；对异常报文进行标记；(4)发送实时数据到PowerPC，实时数据包括采用点值及各类异常报文。

PowerPC每接收到FPGA送来的实时数据，处理过程包括：(1)产生报文异常事件，PowerPC检测到有网络报文异常标识，随即产生相应的事件并上送数据存储单元。(2)暂态录波，PowerPC根据获得的采样点数据进行暂态录波启动判别，当启动判别条件满足时产生录波启动事件、进行暂态录波；(3)记录暂态录波数据、存储为通用的COMTRADE录波文件，同时上送暂态录波启动事件及暂态录波COMTRADE文件到数据存储单元。(4)定时上送实时状态信息，PowerPC周期性、定时上送采样值和开关量状态信息到存储管理单元。

3.数据分析与存储

数据存储及分析模块分别经由百兆/千兆光纤以太网接口和数据采集处理模块通信，数据存储及分析模块完成的任务包括：(1)报文长记录。数据存储及分析模块接收到FPGA上送的网络报文，按固定时间长度形成报文长记录文件，并存入海量存储器；(2)异常报文记录。数据存储分析模块接收到FPGA上送的网络报文和异常报文标识，将异常标识前后一段时间内的报文记录为一次异常报文记录，并存入海量存储器；(3)无启动长录波。数据存储及分析模块接收到FPGA上送的采样点、开关量状态信息，按固定时间长度形成长录波文件，并存入海量存储器；(4)同步相量测量。存储管理单元接收到FPGA上送的采样点、开关量状态信息，按固定时间间隔计算出同步相量、存入海量存储器，并按指定的间隔发送同步相量上级主站；(5)暂态录波。数据存储及分析模块接收到PowerPC上送的一次暂态录波原始COMTRADE文件，对该文件进行在线故障自动分析、形成故障简报等COMTRADE分文件，并将本次暂态录波的原始COMTRADE文件和COMTRADE分文件存入海量存储器；(6)在线监视。数据存储及分析模块接收到PowerPC周期上送的采样点、开关量信息，在线监视模块提供波形显示、向量图、谐波分析等工具在线显示系统当前状态。存储管理单元收到PowerPC主动上送的事件信息，在线监视模块对事件滚动显示。

Claims

1.一种智能变电站的全景数据分析方案，其特征在于，所述方案将网络报文记录、故障录波及同步相量测量设备采用一体化设计；在报文记录方面，实现智能变电站网络在线监视和报文离线分析，实时准确定位变电站网络的各种异常；在故障录波方面，实现电力系统故障暂态和长态记录，为电网故障分析，保护、断路器设备动作行为的评判提供重要依据；在同步相量测量方面，面向电力系统实时动态安全监测，通过快速、准确测量获得同步相量，为广域测量系统提供基础数据支撑。

2.根据权利要求1所述的智能变电站的全景数据分析方案，其特征在于，所述方案通过一体化设计的装置实时获取智能变电站的站控层、过程层网络原始报文来监视网络状态、分析报文异常，同时通过解析原始报文获取采样点、开关量信息，从而进行故障判别、计算输出同步相量，由此实现变电站故障录波、报文记录及同步相量测量为一体的全景数据分析的目标；

所述的全景数据分析方法包括以下步骤：

(1)原始数据接入：采用FPGA基于硬件的方式采集变电站网络原始报文，通过百兆光纤以太网接入站控层网，以千兆光纤以太网或点对点方式接入过程层网络；

(2)数据采集与处理：采集报文并打上精确时标、网络诊断及异常报文分析、暂态录波、上送采样值和开关量状态信息、网络端点统计分析；

(3)数据分析与存储：报文长记录、异常报文记录、无启动长录波同步相量测量、暂态录波在线故障自动分析、在线监视采样点及开关量信息。