CN102291255A - 一种电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法 - Google Patents

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本发明涉及电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法，该方法可在链路失效情况下，只需本地节点参与保护倒换过程，因此具有较快的恢复速度；当网络的链路发生故障时，该故障链路两侧节点检测到网络故障后，通过本发明提出的通信网络节点装置，直接将业务倒换到预连接网络保护环上，业务将沿着该故障链路两端节点之间的预置保护环传输，从而使业务避开了网络故障，实现了快速网络保护。

Description

一种电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化与通信系统领域，具体讲涉及一种电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法。
背景技术
广域保护是基于电力系统网络通信、多点信息综合判断并实现继电保护和自动控制功能而构建的新型保护，对于电力系统安全、稳定运行具有重要作用。广域保护信息传输的可靠性是广域保护的核心问题，而广域保护通信网络的节点或链路的失效将影响广域信息的可靠、实时传输，甚至可能导致保护连锁跳闸引起大面积停电事故的发生。基于智能电网自愈、重构理念，广域保护信息传输路径失效后的快速重构是广域保护系统必不可少的手段。
广域保护信息传输所依赖的电力专用通信网由于承载了保护信号、安全稳定信号等重要电网业务，其信息传输可靠性必须满足以下三个方面的要求：①满足各种电力业务对可靠性的要求；②正常情况下通信网络中的任意2个网络节点必须保持至少2条独立物理路由连通；③必须满足N-1原则，尽量满足N-2原则，即任意1处网络通道失效，应能保持电力业务的稳定运行，且不致使其它通道发生通信质量劣化和通道阻塞，尽量保证其在任意2处网络通道失效时，不影响其它业务的正常通信。
广域保护实时通信系统由设在调度中心的主站以太网交换机、核心路由器以及设在电厂与变电站的通信子站和电力数据通信网等构成，如图1所示。在此将中心主站、通信子站、网络交换设备、通道等独立传输交换设备称为网络单元。常用的通信网络单元结构呈树形、环形和网格形的混合体，且以环形网络为主干。调度中心通过数据通信网络与各通信子站进行信息交换，安装于电力系统不同位置的通信子站不仅能获得安装点的信息，还能通过信息通信网络获得其它通信子站的信息以完成广域保护功能。
由于目前传输广域保护信息的电力通信专网基本采用SDH技术体制，SDH自愈环的高可靠性是传统电力通信网的主要保护方式，但是，随着全国互联电网的实现，电力通信网络由网络结构简单的环形网逐步向网状网结构演进。因此点对点的保护和自愈环的保护设计方式已经不再适应未来互联大电网的复杂广域保护通信体系，因此需要提出面向网状网结构的广域保通信网络的快速高效的保护恢复方法。
文献《满足广域保护通信可靠性和延时要求的路由选择方法》电力系统自动化vol 35(3)2011.2.10.提出一种广域保护通信可靠性和延时要求的路由选择模型和求解方法，该模型的提出是为了实现正常状态下广域保护信息传输路径优化选择以及通信网络中元件失效后的路径重构。该模型主要缺点是没有考虑恢复时延，只是考虑了路径传输时延。实际上元件失效后恢复路径的选择和节点倒换所产生的时延是整个故障恢复时延的主要组成部分。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于网状结构的电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法，这种实现方法不需要建立复杂信令机制，并且网络保护装置可以实现对失效业务的快速保护恢复，具有比传统自愈环保护具有更高的灵活性和扩展性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种电力系统广域保护的通信网络节点装置，其改进之处在于，所述装置为保护环状结构，包括保护控制逻辑模块、线路信号选择器Sel1和Sel2、线路信号切换开关S1～S4、保护信号端口P1和P2以及工作信号端口W1～W4；
所述保护控制逻辑模块两端分别与所述线路信号选择器Sel1和Sel2连接；
所述线路信号选择器Sel1和Sel2分别与所述保护信号端口P1和P2连接；
所述线路信号切换开关S1分别与线路信号选择器Sel2和工作信号端口W1连接；
所述线路信号切换开关S2分别与线路信号选择器Sel1和工作信号端口W2连接；
所述线路信号切换开关S3分别与线路信号选择器Sel2和工作信号端口W3连接；
所述线路信号切换开关S4分别与线路信号选择器Sel1和工作信号端口W4连接；
所述装置用的信号脉冲包括线路告警状态信号脉冲A1～A4和线路非告警状态信号脉冲
Figure BDA0000077665560000021
本发明提供的一种优选的技术方案是：所述保护信号端口P1和工作信号端口W1以及所述保护信号端口P2和工作信号端口W2表示保护环主干链路相互对立的方向设置的两个信号端口；所述工作信号端口W3和W4表示与所述两个信号端口连线一侧的垂直方向上设置的保护环跨接链路的信号端口。
一种电力系统广域保护的通信网络节点装置的实现方法，其改进之处在于，所述方法包括：
A、在保护环无故障的情况下，保护环上节点两侧的主干链路保护信号保持正常连通状态，完成所述保护信号端口P1到所述保护信号端口P2通信；
B、当保护环相互对立的方向一侧主干链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W1失效，所述线路信号切换开关S1由A1状态切换至
Figure BDA0000077665560000031
状态，并通过线路信号选择器Sel2连接至东向线路保护信号端口P2，完成工作信号端口W1到保护信号端口P1的保护倒换过程；
C、当保护环相互对立的方向的另一侧主干链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W2失效，所述线路信号切换开关S2由A2状态切换至
Figure BDA0000077665560000032
状态，并通过线路信号选择器Sel1连接至西向线路保护端口P1，完成工作信号端口W2到保护信号端口P2的保护倒换过程；或
D、当保护环与所述两个信号端口连线一侧的垂直方向上跨接链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W3和W4失效，所述线路信号切换开关S3由A3状态切换至状态，同时，所述线路信号切换开关S4由A4状态切换至
Figure BDA0000077665560000034
状态，并分别通过线路信号选择器Sel1和Sel2分别连接至线路保护信号端口P1和P2，同时完成工作信号端口W3到保护信号端口P2及工作信号端口W4到保护信号端口P1的保护倒换过程；当W3或W4单独失效的情况，则由对应的线路非告警状态信号
Figure BDA0000077665560000035
或分别触发完成工作信号端口W3到保护信号端口P2或工作信号端口W4到保护信号端口P1的保护倒换过程。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、通过本发明提供的电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法，不仅保护网状网中保护环上的主干链路，同时保护环上的跨接链路；
2、本发明提供的电力系统广域保护的通信网络节点装置的实现方法，只需本地节点参与保护倒换过程，因此具有较快的故障恢复速度；
3、当网络的链路发生故障时，该故障链路两侧节点检测到网络故障后，通过本发明提供的通信网络节点装置，直接将业务倒换到预连接网络保护环上，业务将沿着该故障链路两端节点之间的预置保护环传输，从而使业务避开了网络故障，实现了快速网络保护，进一步满足电力系统广域保护的实时通信要求；
4、通过本发明提供的通信网络节点装置，实现网络中的恢复路径的预先配置，因此一旦发生故障，即立刻按照预先规划好的路由对业务进行切换，免除了信令机制，操作简单，易于实现，具有比传统自愈环保护具有更高的灵活性和扩展性。
附图说明
图1是电力系统广域保护实时通信系统结构图；
图2是电力系统广域保护通信系统网络拓扑图；
图3是网络保护环主干链路故障图；
图4是网络保护环跨接链路故障图；
图5是本发明提供的通信网络节点装置连接图；
图6是本发明提供的主干链路失效前后环保护倒换过程；
图7是本发明提供的跨接链路失效前后环保护倒换过程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供一种适用于网状结构的电力系统广域保护的通信网络节点装置及其实现方法。本发明将广域保护通信系统抽象成由节点和链路构成的连通图，节点包括通信子站和网络交换设备，网络交换设备包括主站交换机和核心路由器；链路称作通信通道，如图1所示，图1是电力系统广域保护实时通信系统结构图。本发明提供的通信网络节点装置安置在构成网络保护环的节点之上，以完成本发明所述的链路故障下保护环的倒换过程。
在网络图中预先配置好网络保护环，如图2所示，图2是电力系统广域保护通信系统网络拓扑图，业务工作路径为A-J-I-H-G-L-F-E-D-C-B-K，该网络保护环具有特征如下：
(1)保护环上的链路称为主干链路，主干链路承载工作信号，同时预留用于故障恢复的保护容量。当主干链路发生故障时，通过传统环保护的方式实现故障恢复，如图3所示，图3是网络保护环主干链路故障图。
(2)跨接在环上两个节点之间的链路为跨接链路，跨接链路只承载工作信号，不需要预留专门的容量用作保护。当跨接链路发生故障时，选择在保护环上两个方向进行倒换，如图4所示，图4是网络保护环跨接链路故障图。利用一个单位容量的主干链路来保护两个单位容量的跨接边容量。
(3)网络保护环上的节点支持保护预配置功能，当网络发生故障时不需要使用复杂的信令去配置恢复策略，简化网络操作，实现对业务的100％的快速保护与恢复(＜50ms)。
为实现上述网络保护环的功能特征，本发明提出一种具有支持预连接网络保护功能的通信网络节点装置，通过对该装置的保护控制逻辑的配置，不仅保护网状网中保护环上的链路，同时也保护环上跨接链路。一旦某个跨接链路发生失效，则经过该跨接链路上的业务快速倒换至预连接网络保护环上进行传输；而当被预连接保护环覆盖的任意链路发生失效时，把业务切换到保护圈的另外一侧进行传输。
如图5所示，为本发明提供的通信网络节点装置连接图，装置为保护环状结构，节点装置包括：保护控制逻辑模块，线路信号选择器Sel1和Sel2，线路信号切换开关S1～S4，西向保护环主干链路上的保护信号端口和工作信号端口P1和W1，东向保护环主干链路上的保护信号端口和工作信号端口P1和W2，W3和W4表示保护环南向跨接链路的工作信号端口。本发明的装置中用的信号脉冲包括线路段告警状态信号脉冲A1～A4和线路非告警状态信号脉冲
Figure BDA0000077665560000051
环跨接链路可承载2×(d-2)条工作信号，其中d为保护环节点度数。本图例只给出节点度数d＝3，即环跨接链路承载2条工作信号的情况。
其中，保护控制逻辑模块两端分别与线路信号选择器Sel1和Sel2连接；线路信号选择器Sel1和Sel2分别与保护信号端口P1和P2连接；线路信号切换开关S1分别与线路信号选择器Sel2和工作信号端口W1连接；线路信号切换开关S2分别与线路信号选择器Sel1和工作信号端口W2连接；线路信号切换开关S3分别与线路信号选择器Sel2和工作信号端口W3连接；线路信号切换开关S4分别与线路信号选择器Sel1和工作信号端口W4连接。
本发明提供的电力系统广域保护的通信网络节点装置的实现方法包括：
A、在保护环无故障的情况下，保护环上节点两侧的主干链路保护信号保持正常连通状态，完成保护信号端口P1到保护信号端口P2通信；
B、当保护环西向主干链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W1失效，线路信号切换开关S1由A1状态切换至
Figure BDA0000077665560000052
状态，并通过线路信号选择器Sel2连接至东向线路保护信号端口P2，完成工作信号端口W1到保护信号端口P1的保护倒换过程；
C、当保护环东向主干链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W2失效，线路信号切换开关S2由A2状态切换至
Figure BDA0000077665560000053
状态，并通过线路信号选择器Sel1连接至西向线路保护端口P1，完成工作信号端口W2到保护信号端口P2的保护倒换过程；或
D、当保护环南向跨接链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W3和W4失效，线路信号切换开关S3由A3状态切换至
Figure BDA0000077665560000054
状态，同时，线路信号切换开关S4由A4状态切换至状态，并分别通过线路信号选择器Sel1和Sel2分别连接至线路保护信号端口P1和P2，同时完成工作信号端口W3到保护信号端口P2及工作信号端口W4到保护信号端口P1的保护倒换过程；当W3或W4单独失效的情况，则由对应的线路非告警状态信号
Figure BDA0000077665560000056
或
Figure BDA0000077665560000057
分别触发完成工作信号端口W3到保护信号端口P2或工作信号端口W4到保护信号端口P1的保护倒换过程。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
本发明的预连接通信网络节点装置及其实现方法，在链路失效情况下，只需本地节点参与保护倒换过程，因此具有较快的恢复速度。当网络的链路发生故障时，该故障链路两侧节点检测到网络故障后，通过本发明提出的网络保护节点装置，直接将业务倒换到预连接网络保护环上，业务将沿着该故障链路两端节点之间的预置保护环传输，从而使业务避开了网络故障，实现了快速网络保护。图6和图7分别表示主干链路失效和跨环链路失效两种故障场景下的保护倒换实现过程。
如图6所示，A-B-C-D-E为预设置的网络保护环，其中链路A-C为跨接链路。正常工作时，业务工作路径为A-B-C-D，如图6(a)所示；当网络保护环主干链路B-C发生故障或失效后，节点B和节点C检测到失效告警信号，通过网络节点保护装置，立即将该链路上的失效业务倒换到保护环B-A-E-D-C上，从而对故障进行快速的保护恢复，如图6(b)所示。
如图7所示，A-B-C-D-E为预设置的网络保护环，其中链路A-C为跨接链路。正常工作时，业务工作路径为A-C-D，如图7(a)所示；当网络保护环跨接链路A-C发生故障或失效后，跨接段两侧节点A和节点C检测到失效告警信号，通过网络节点保护装置，立即将该跨接链路A-C上的失效业务倒换到预先设置恢复路径A-B-C上，或者倒换另一条恢复路径A-E-D-C上，从而对故障进行快速的保护恢复，如图7(b)所示。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种电力系统广域保护的通信网络节点装置，其特征在于，所述装置为保护环状结构，包括保护控制逻辑模块、线路信号选择器Sel1和Sel2、线路信号切换开关S1～S4、保护信号端口P1和P2以及工作信号端口W1～W4；
所述保护控制逻辑模块两端分别与所述线路信号选择器Sel1和Sel2连接；
所述线路信号选择器Sel1和Sel2分别与所述保护信号端口P1和P2连接；
所述线路信号切换开关S1分别与线路信号选择器Sel2和工作信号端口W1连接；
所述线路信号切换开关S2分别与线路信号选择器Sel1和工作信号端口W2连接；
所述线路信号切换开关S3分别与线路信号选择器Sel2和工作信号端口W3连接；
所述线路信号切换开关S4分别与线路信号选择器Sel1和工作信号端口W4连接；
所述装置用的信号脉冲包括线路告警状态信号脉冲A1～A4和线路非告警状态信号脉冲
Figure FDA0000077665550000011
2.如权利要求1所述的电力系统广域保护的通信网络节点装置，其特征在于，所述保护信号端口P1和工作信号端口W1以及所述保护信号端口P2和工作信号端口W2表示保护环主干链路相互对立的方向设置的两个信号端口；所述工作信号端口W3和W4表示与所述两个信号端口连线一侧的垂直方向上设置的保护环跨接链路的信号端口。
3.一种电力系统广域保护的通信网络节点装置的实现方法，其特征在于，所述方法包括：
A、在保护环无故障的情况下，保护环上节点两侧的主干链路保护信号保持正常连通状态，完成所述保护信号端口P1到所述保护信号端口P2通信；
B、当保护环相互对立的方向一侧主干链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W1失效，所述线路信号切换开关S1由A1状态切换至
Figure FDA0000077665550000012
状态，并通过线路信号选择器Sel2连接至东向线路保护信号端口P2，完成工作信号端口W1到保护信号端口P1的保护倒换过程；
C、当保护环相互对立的方向的另一侧主干链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W2失效，所述线路信号切换开关S2由A2状态切换至状态，并通过线路信号选择器Sel1连接至西向线路保护端口P1，完成工作信号端口W2到保护信号端口P2的保护倒换过程；或
D、当保护环与所述两个信号端口连线一侧的垂直方向上跨接链路发生故障时，导致该链路工作信号端口W3和W4失效，所述线路信号切换开关S3由A3状态切换至
Figure FDA0000077665550000014
状态，同时，所述线路信号切换开关S4由A4状态切换至状态，并分别通过线路信号选择器Sel1和Sel2分别连接至线路保护信号端口P1和P2，同时完成工作信号端口W3到保护信号端口P2及工作信号端口W4到保护信号端口P1的保护倒换过程；当W3或W4单独失效的情况，则由对应的线路非告警状态信号
Figure FDA0000077665550000021
或
Figure FDA0000077665550000022
分别触发完成工作信号端口W3到保护信号端口P2或工作信号端口W4到保护信号端口P1的保护倒换过程。
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