CN102237719A - 远程通信系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远程通信系统和方法。远程通信系统包括数字式继电保护器和远程监控系统。数字式继电保护器存储并保持用于标识已发生的预定数量的故障的故障索引、对应故障索引的故障时间标记和对应故障索引的故障数据。远程监控系统设定要一次性通信的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和用于指定要通信的故障数据块的故障数据块索引，并向数字式继电保护器请求故障数据块。

Description

远程通信系统和方法
技术领域
本公开的方案涉及一种远程通信系统以及在系统中使用数字式继电保护器的方法。
背景技术
通常，数字式继电保护器是一种安装于例如发电设备或输电/配电设备的电力系统中的装置，以便监控电力系统的状态。如果在电力系统中发生缺陷，则数字式继电保护器通过断路器的操作而断开电力系统和负载设备之间的回路从而保护电力系统和负载设备。
数字式继电保护器通常通过通信网络与远程监控系统(其为上级计算机系统)连接。远程监控系统通过通信网络收集数据，并利用这些数据以使电力系统执行稳定的运行。此处，所述的数据包括通过数字式继电保护器处理的电量、故障信息等。特别地，关于由电力系统的缺陷引起的故障的信息在事故分析中起重要的作用。
通常，需要例如出现故障发生、故障种类和事故时间标记的简单信息。但是，最近已逐渐需要大量的信息来进行更精确的事故分析。例如，在事故发生时，数字式继电保护器对电压、电流、数字输入/输出信息等进行每周期达到16至64次的采样，并且存储采样到的数据作为事故波形。然后，数字式继电保护器基于远程监控系统的请求传送事故波形。为了进行精确的事故分析，需要存储并保持信息达到包括事故前/后的预定时间(例如1秒)或更长。
随着由数字式继电保护器管理的数据量的增加，传送给远程监控系统的数据量也在增加。
同时，通常将两种方法用作通信方法，在上述方法中将故障数据在数字式继电保护器和远程监控系统之间进行通信。
在第一种方法中，远程监控系统请求数字式继电保护器传送最大量的数据，所述数据可以被远程监控系统接收。然后，数字式继电保护器收集相应量的故障数据并且一次性地向远程监控系统传送收集到的故障数据。DNP协议可以用作使用所述方法的通信协议的具体实例。
在第二种方法中，由于通信协议上传送的数据量的限制，远程监控系统请求数字式继电保护器以最小量的数据单元传送故障数据，并且数字式继电保护器以相应量的单元向远程监控系统传送故障数据。MODBUS协议可以用作使用所述方法的通信协议的具体实例。MODBUS协议是通过对通信协议上的每个事故波形数据分配地址来使用的。
在前一种情况下，远程监控系统必须通过多次数据交换操作从数据库接收要传送给远程监控系统的故障数据，其中数字式继电保护器的通信软件存储有故障数据。
因此，在远程监控系统请求故障数据并随后接收其响应之前需要花费大量时间。当数字式继电保护器将大量数据进行通信时，要求正常监控的联系状态数据或要求其它快速处理的数据的通信也会被延迟。
在后一种情况下，随故障数据量的增加，在通信过程中分配的地址的大小也同时增加，因而，通信协议无法接收故障数据。例如，MODBUS协议定义了地址并对地址进行读或写的操作。由于一个地址的大小为1个字(2个字节)，一个地址必须被分配给故障数据的每个字以便读取大容量的故障数据。在此情况下，被分配的地址的大小过大，因而不适合处理故障数据。
如上所述，在将大容量的故障数据在远程监控系统和数字式继电保护器之间进行通信的常规方法中，由于故障数据的通信而导致其它数据的响应延迟，或者由于通信协议上传送的数据量的限制而难以处理大容量的数据。
发明内容
本公开的实施例提供了一种远程通信系统和方法，其允许将大容量的故障数据在数字式继电保护器和远程监控系统之间进行通信的处理，而不受通信协议上传送的数据量的影响，并且能够使通信更快速地进行。
根据本公开的一个方案，提供了一种远程通信系统，该系统包括：数字式继电保护器，其被构造为存储并保持用于标识已发生的预定数量的故障的故障索引(index)、对应故障索引的故障时间标记和对应故障索引的故障数据；以及远程监控系统，其被构造为设定要一次性通信的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和用于指定要通信的故障数据块的故障数据块索引，并向数字式继电保护器请求故障数据块。
根据本公开的另一个方案，提供了一种在数字式继电保护器和远程监控系统之间进行通信的远程通信方法，该方法包括：存储用于标识最近已发生的预定数量的故障的故障索引、对应故障索引的故障时间标记和对应故障索引的故障数据；从远程监控系统接收对于特定故障数据的请求；以及在存储的故障数据中基于从远程监控系统接收到的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引向远程监控系统传送相应的故障数据块。
根据本公开的又一个方案，提供了一种在数字式继电保护器和远程监控系统之间进行通信的远程通信方法，该方法包括：设定要一次性通信的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和用于指定要通信的故障数据块的故障数据块索引，并向数字式继电保护器请求故障数据块；以及从数字式继电保护器接收故障数据块。
优选地，数字式继电保护器和远程监控系统可以通过将故障数据划分为具有适当的故障数据块大小的故障数据块来彼此传送并接收大容量的故障数据，并且各个故障数据块被指定在通信帧的用户定义域中。
根据本公开的远程通信系统和使用该远程通信系统的方法的有益效果在于，不需要为了传送大容量的故障数据而对每个故障数据块进行分配地址的操作，因而大容量的故障数据可以被传送和接收，而与根据通信协议的种类传送的数据量的限制无关。
根据本公开的远程通信系统和使用该远程通信系统的方法的另一有益效果在于，由于大容量的故障数据不是被集中传送，而是通过将故障数据划分为具有适当的故障数据块大小的数据块来传送和接收，因此不需要花费大量时间在数字式继电保护器内部进行故障数据交换，因而可以解决通信延迟的问题，例如向远程监控系统传送响应数据的时间延迟或传送其它数据的延迟。
因此，尽管改变了故障数据大小，但是能够容易地克服故障数据大小的改变而无需改变通信协议，并且与常规方法相比，数据传送的迅捷和稳定性得以提高，从而便于故障事故的分析。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，本公开的这些和/或其它方案及优势将变得明显且更易理解：
图1为示出根据本公开的数字式继电保护器和远程监控系统之间的连接的示意图；
图2为示出数字式继电保护器的实例的框图；
图3为示出存储故障数据的数据库的结构的图；
图4为图示根据本公开的远程通信方法的实施例的流程图；
图5为示出在通信帧中的用户定义域的实例的图；以及
图6为图示根据本公开的远程通信方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
现将参考附图在下文中更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的优选实施例。但是，本公开可以多种不同的形式实施并且不应被解释为限制于在此所列出的实施例。
应该理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可以在此用于表示不同部件，但这些部件并不应受这些术语的限制。这些术语仅是用于将一个部件与另一个部件相区别。因此，在不偏离本公开的教导的情况下，下面讨论的“第一”部件也可以被称为“第二”部件。
可以理解的是，当一个元件被称为与另一元件“耦合”或“连接”时，其可以直接与另一元件耦合或连接或者也可以存在介入元件(intervening element)。相反，当一个元件被称为与另一元件“直接耦合”或“直接连接”时，则不存在介入元件。全文中相同的附图标记表示相同的部件。在此使用的术语“和/或”包括相关列举项目中的任一个或一个或多个的全部组合。
在此使用的术语的目的仅是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在对本公开构成限制。除非上下文另有明确说明，否则在此使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。在本说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”可以进一步理解为表明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个以上其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
应当理解的是，为了便于图示，附图被适当地放大或缩小。全文中相同的附图标记表示相同的元件。
图1为示出根据本公开的数字式继电保护器和远程监控系统之间的连接的示意图。
参考图1，数字式继电保护器15是一种用于监控并保护电力系统的状态的装置。如果在电力系统中发生故障，则数字式继电保护器15通过断开电力系统和负载设备之间的回路来保护电力系统和负载设备。
数字式继电保护器15与远程监控系统11(其为上级计算机系统)通过如以太网的通信网络13连接。
根据其种类和用途，数字式继电保护器15可以被不同地构造。在图2中示出了数字式继电保护器的一个实例。
模拟接口21从电压互感器12-1、电流互感器12-2等接收模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号。然后，模拟接口21将转换后的数字信号传递给主处理单元23。此处，电压互感器12-1检测来自电力系统的电压，并且电流互感器12-2检测来自电力系统的电流。
主处理单元23包括：处理器23-1，其通常控制数字式继电保护器15的运行；只读存储器(ROM)23-2，其存储用于使数字式继电保护器15运行的基本计算机程序；以及随机存取存储器(RAM)23-3，其在数字式继电保护器15的运行期间临时存储数据。微处理器、中央处理单元(CPU)等可以被用作处理器23-1。
数字接口22输入和输出数字信号。例如，数字接口22使主处理器23能够在发生事故时向断路器12-3输出断开信号(跳闸信号)并断开发生故障的回路。
网络接口26与远程监控系统11通过例如以太网的通信网络13进行通信。网络接口26根据通信协议(例如DNP或MOBUS协议)传送并接收数据，用在数字式继电保护器15和远程监控系统11之间的通信中。
存储介质24具有非易失性，可在其中进行数字数据的读或写，并且存储与数字式继电保护器15的运行相关的各种类型的信息。
如果开始驱动数字式继电保护器15，则主处理单元23的处理器23-1通过以下方式使数字式继电保护器15运行：将存储在ROM23-2或存储介质24中的各种软件存储在RAM23-3中并驱动存储在RAM23-3的软件。在必要时，数字式继电保护器15的运行所需的软件种类可以被不同地构造。例如，所述软件可以包括：DB管理软件25-1，其保持存储介质24中与故障数据相关的数据库，通信软件25-2，其负责与远程监控系统11的通信操作。DB管理软件25-1存储并保持存储介质24的数据库中的各种故障数据。
如图3中所示的实例，由DB管理软件25-1管理的数据库31包括用于分别标识最近发生的n个故障的故障索引、对应相应故障索引的故障时间标记和在其中存储了对应相应故障索引的故障数据的域。
故障索引被按故障发生次序顺序地分配给最近发生的n个故障。例如，当假定n的值为1000时，最近生成的n个故障数据被保持在数据库31中。
在故障数据的数量超过1000的情况下，去除最旧的故障数据，并且对应于相应的故障索引输入新生成的故障数据。即，当发生故障时，故障索引从0增加至999。如果在故障索引变为999后再次发生故障，则将新发生的故障的时间标记和故障数据输入最旧的故障索引中。
故障时间标记域和故障数据域的大小可以被随机地设定。如下面的实例所示，故障时间标记域具有6个字节的大小，故障数据的大小可以被固定或可变地管理。
如果发生故障，则通信软件25-2通知远程监控系统11通告发生相应故障的消息，例如关于对应故障的故障索引、故障时间标记和故障种类等的信息。
因此，远程监控系统11可以通过数字式继电保护器监控与何时发生故障和发生了何种故障相关的内容。
将参考图4对根据本公开的数字式继电保护器的远程通信方法进行描述。
要从数字式继电保护器接收特定故障数据的远程监控系统11设定变量‘i’(S41)，并请求数字式继电保护器15传送用于特定故障数据的第i个故障数据块(S42)。
即，在远程监控系统11和数字式继电保护器15之间以预定大小的故障数据块的单元传送和接收数据。因此，在远程监控系统11要从数字式继电保护器15接收的故障数据的整个大小大于故障数据块的大小的情况下，数据的传送和接收必须进行多次。在此，变量‘i’起到指定当前哪个故障数据块被传送和接收的功能。
在步骤S42处，需要关于故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引的信息，以便远程监控系统11向数字式继电保护器15请求故障数据。
故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引被设定在通信帧50的用户定义域52中，如图5所示。
根据通信协议确定通信帧50的其它域。例如，MODBUS协议包括通信域代码、功能代码、循环冗余校验(CRC)等。
尽管故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引是远程监控系统11从数字式继电保护器15接收特定故障数据所需的信息，但它们必须由数字式继电保护器一次性传送。随后将描述与此相关的实施例。
故障索引和故障时间标记具有与当数字式继电保护器15管理数据库中的故障数据时所使用的含义相同的含义。故障索引和故障时间标记被用作用于指定远程监控系统11要接收的故障数据的信息。
如上所述，n个故障索引被保持在数字式继电保护器15的数据库中。如果发生另外的故障，则去除与最长故障索引相关的故障数据，因此可以通过结合故障索引和故障时间标记来完全指定一个故障。
故障时间标记可以用各种方法表示。作为一个实例，故障时间标记可以被表示为6个字节的数据，其被标示为年/月/日/小时/分钟/秒/毫秒的形式。在该情况下，2个字节被分配给年/月。在高位字节中，2000年后的值可以被标示为二进制编码的十进制(BCD)的形式。在低位字节中，从1月至12月的值也可以被标示为BCD的形式。例如，2009/1月的值被标示为‘0x0901’。4个字节被分配给日/小时/分钟/秒/毫秒。可以在5个高位中标示日(1至31)，并且通过将小时/分钟/秒/毫秒作为毫秒的单位计算而获取的值可以被标示在其它低位中。例如，20/17/19/54/598ms的值可以被标示为‘0xA3B810E6’。
故障数据块大小指定了在远程监控系统11和数字式继电保护器15之间要一次性传送和接收的故障数据的大小。故障数据块大小可以被设定为256个字节、512个字节等。
故障数据块索引指定了远程监控系统11要接收的故障数据中当前要传送和接收的故障数据块属于哪一部分。
如果在步骤S42处由远程监控系统11传送的对故障数据块#i的请求被接收到，则数字式继电保护器15的通信软件25-2参照接收到的通信帧中包含的信息从数据库中提取相应的故障数据块#i，然后将相应的故障数据块#i传送给远程监控系统11(S44)。
通过步骤S44从数字式继电保护器15接收故障数据的远程监控系统11判断全部故障数据是否已被接收到(S45)。
如果在步骤S45处判定出还留有仍待接收的故障数据块，则远程监控系统11使变量‘i’增加‘1’并随后前进到步骤S42(S46)。远程监控系统11向数字式继电保护器15请求下一个故障数据块。
但是，如果在步骤S45处判定出全部故障数据已被接收到，则结束相应故障数据的接收程序(S47)。
即，步骤S42至S46重复进行‘k’次。此处，‘k’可以如下获得。
k＝在大于(远程监控系统要接收的故障数据的大小/故障数据块的大小)的整数中最小的整数或更大
作为一个具体的实例，当假设故障数据块的大小被设定为256个字节并且远程监控系统11要从数字式继电保护器15接收的故障数据的大小为168K个字节时，168*1024/256＝672。因此，‘k’为672。在此情况下，步骤S42至S46重复进行672次。
同时，远程监控系统11可以首先确认当前在数字式继电保护器15中是否存在要从数字式继电保护器15接收的故障数据。
将参考图6描述与此相关的实施例。在该实施例中，步骤S41和S44至47与参考图4所描述的实施例中的步骤相同，因而将省略重复的描述。
远程监控系统11首先向数字式继电保护器15传送特定故障数据的故障索引和故障时间标记，以便查询数字式继电保护器15是否存在相应的故障数据(S42-1)。
基于在步骤S42-1处的查询，数字式继电保护器15查询数据库，并且确认是否存在具有相应故障索引和故障时间标记的故障数据。然后，数字式继电保护器15将确认的结果作为响应传送给远程监控系统11(S42-2)。
如果作为通过步骤S42-2从数字式继电保护器15接收到的作为响应的结果而存在相应的故障数据(S42-3)，则远程监控系统11向数字式继电保护器15传送当前次序的故障数据块大小和故障数据块索引(S42-4)。如果不存在相应的故障数据，则结束相应故障数据的接收程序(S47)。
数字式继电保护器15向远程监控系统11传送数字式继电保护器15已接收到在步骤S42-4处由远程监控系统11传送的故障数据块大小和故障数据块索引的响应(S42-5)。
在步骤S42-5处已接收到响应的远程监控系统11向数字式继电保护器15请求对于通过步骤S42-1传送的特定故障数据指定的当前次序的故障数据，(S42-6)。
数字式继电保护器15的通信软件25-2从数据库中提取在步骤42-6处请求的相应的故障数据块#i并向远程监控系统11传送相应的故障数据块#i(S44)。
已从数字式继电保护器15接收到故障数据的远程监控系统11判断全部故障数据是否已被接收到(S45)。
如果在步骤S45处判断出还留有仍待接收的故障数据块，则远程监控系统11使变量‘i’增加‘1’并随后前进到步骤S42(S46)。如果在步骤S45处判断出全部故障数据已被接收到，则结束相应故障数据的接收程序(S47)。
尽管已结合优选实施例对本公开进行了描述，但是本公开的实施例仅是用于说明性目的，而不应被解释为对本公开范围的限制。本领域技术人员可以理解的是，可以在所附权利要求限定的技术实质和范围内对本公开做出各种改变和改进。

Claims (14)

1.一种远程通信系统，其用于监控电力系统的状态并向上级报告所述状态，所述系统包括：
数字式继电保护器，其被构造为存储并保持用于标识已发生的预定数量的故障的故障索引、对应故障索引的故障时间标记和对应故障索引的故障数据；以及
远程监控系统，其被构造为设定要一次性通信的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和用于指定要通信的故障数据块的故障数据块索引，并向数字式继电保护器请求故障数据块。
2.如权利要求1所述的系统，其中，数字式继电保护器基于从远程监控系统接收到的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引向远程监控系统传送相应的故障数据块。
3.如权利要求1所述的系统，其中，远程监控系统向数字式继电保护器请求故障数据块直至全部故障数据基本被接收到，并且数字式继电保护器基于远程监控系统的请求向远程监控系统传送相应的故障数据块。
4.如权利要求1所述的系统，其中，故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引被设定在远程监控系统向数字式继电保护器传送的通信帧的用户定义域中。
5.如权利要求1所述的系统，其中，当发生另外的故障时，数字式继电保护器删除与最旧的故障索引相关的故障数据。
6.如权利要求1所述的系统，其中，故障数据块索引指定哪个故障数据块将被通信。
7.一种在数字式继电保护器和远程监控系统之间进行通信从而监控电力系统的状态并向上级报告所述状态的远程通信方法，所述方法包括：
(a)存储用于标识已发生的预定数量的故障的故障索引、对应故障索引的故障时间标记和对应故障索引的故障数据；
(b)从远程监控系统接收对于特定故障数据的请求；以及
(c)在存储的故障数据中基于从远程监控系统接收到的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引向远程监控系统传送相应的故障数据块。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括(d)重复进行步骤(b)和(c)直至全部故障数据的故障数据块被传送给远程监控系统。
9.如权利要求7所述的方法，其中，从远程监控系统接收到的请求包括故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引，并且将故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引设定在远程监控系统向数字式继电保护器传送的通信帧的用户定义域中。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括(e)当发生另外的故障时去除与最旧的故障索引相关的故障数据。
11.一种在数字式继电保护器和远程监控系统之间进行通信从而监控电力系统的状态并向上级报告所述状态的远程通信方法，所述方法包括：
(a)设定要一次性通信的故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和用于指定要通信的故障数据块的故障数据块索引，并向数字式继电保护器请求故障数据块；以及
(b)从数字式继电保护器接收故障数据块。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括(c)重复进行步骤(a)和(b)直至从数字式继电保护器接收到全部故障数据的故障数据块。
13.如权利要求11所述的方法，其中，将故障索引、故障时间标记、故障数据块大小和故障数据块索引设定在远程监控系统向数字式继电保护器传送的通信帧的用户定义域中。
14.如权利要求11所述的方法，进一步包括(d)请求数字式继电保护器确认是否存在相应的故障数据。
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