CN102332751A - 智能变电站接入双套过程层设备的测控装置及其测控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能变电站接入双套过程层设备的测控装置及其实现方法，包含智能电源模块、管理主CPU模块、人机交互模块、两个I/O功能子模块。管理主CPU软件收集智能电源模块及I/O功能子模块采集的数据信息，进行数据处理后通过以太网转发给后台监控及远动设备，并通过人机交互软件控制人机交互模块进行显示输出；同时接收控制操作命令转发给I/O功能子模块或智能电源模块；管理主CPU软件控制管理主CPU进行双套冗余数据处理。本发明通过灵活的软硬件配置，适应工程应用的变化需求，解决双重化配置的过程层智能设备同时接入到单套配置的间隔测控单元的问题，满足智能变电站测控装置的要求。

Description

智能变电站接入双套过程层设备的测控装置及其测控方法
技术领域
本发明涉及电力系统的测控装置，尤其涉及智能变电站单套测控装置接入双套过程层设备的实现方法。属于智能变电站技术领域。
背景技术
随着智能变电站建设的不断开展，试点工程从110kV、220kV到500kV，不同电压等级二次设备的配置要求不尽相同，规范要求220kV电压等级及以下宜采用保护测控一体化配置，针对220kV及以上宜采用保护测控独立配置，高电压等级保护双重化配置的原则，要求过程层智能终端及合并单元双重化，而独立配置的测控单元为单套配置，测控装置需要同时接入两套不同的过程层网络，并采用相互独立的数据接口控制器，此时测控装置不仅需要完成两套设备的采集及控制功能，还需要解决由于过程层双重化配置设备接入所带来的数据冗余处理问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能变电站双套过程层设备接入单套测控装置的实现方法，解决双重化配置的过程层智能设备同时接入到单套配置的间隔测控单元的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种智能变电站接入双套过程层设备的测控装置及其测控方法。
本发明所要解决的技术问题通过如下技术方案实现。
一种智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，测控装置设置在间隔层，其特征是，包含
智能电源模块，为测控装置提供工作电源，
管理主CPU模块，
人机交互模块，用于显示输出及操作界面输入，
两个I/O功能子模块，用于过程层智能设备输入输出及前端数据采集处理，
所述管理主CPU模块与所述I/O功能子模块、智能电源模块通过内部总线连接，与所述人机交互模块通过SCI串行接口进行通信交互， 
每个I/O功能子模块具有三个独立的用于过程层合并单元的SV网接入和智能终端设备双GOOSE网的输入输出的光纤以太网口。光纤以太网口为百兆光纤以太网口。
所述智能电源模块自带一单片机处理器。
所述智能电源模块包含实时监视内部工作电源输出状态的电源监视回路。
I/O功能子模块或为传统电缆输入输出方式的传统I/O模块，或为以光缆连接的通信输入输出方式的数字化接口I/O模块。
所述管理主CPU模块包含一接收外部时钟同步信号的GPS硬件对时回路
两个I/O功能子模块采用两个完全相同的模块，每个模块的光纤以太网口采用相互独立的数据接口控制器。
管理主CPU模块具有两个独立的以太网口与站控层通过双网方式连接。 
一种智能变电站接入双套过程层设备的测控装置的测控方法，其特征是，
I/O功能子模块进行基础信号采集，转换处理为内部标准格式上送给管理主CPU软件；
管理主CPU软件收集智能电源模块及I/O功能子模块采集的数据信息，进行数据处理后通过以太网转发给后台监控及远动设备，并通过人机交互软件控制人机交互模块进行显示输出；
管理主CPU软件同时接收后台监控、远动设备和操作界面的控制操作命令转发给I/O功能子模块或智能电源模块；
管理主CPU软件控制管理主CPU进行双套冗余数据处理。
双套冗余数据处理的步骤为：配置两个硬件完全相同的数字化接口I/O模块实现对A、B套设备的数据处理，各自处理结果通过内部总线传给管理主CPU数据入库，数据入库同时根据A、B套设备的相关健康状态，按照数据选择策略，选择数据写入AB合并的虚拟逻辑设备，形成合并后的数据，对下行命令数据按照预定策略进行分解转发。
数据入库及数据选择策略分为简单选择策略和复杂选择策略，
（1）简单选择策略，当两个数字化接口I/O模块工作正常时，对来自两个模块的数据首先会分别写入各自逻辑设备LogicDev_A或LogicDev_B， 然后根据各自对应的过程层设备健康状态进行选择，健康状态都好时优先选择其中一套的数据写入逻辑设备Logic_AB；出现部分健康状态异常时，按照GOOSE网络和SV网络分别选择健康状态好的写入逻辑设备Logic_AB中相应的逻辑节点LN_AB_Pub_GOOSE、LN_AB_Pub_SV，同时更新LN_AB_Pri中数据来源标识；
（2）复杂选择策略，在两套设备都工作正常的情况下，增加公共部分的数据分析比较，由于两套设备只能二选一，同时发现不一致时，给出告警提示信息。
本发明所达到的有益效果： 
本发明针对智能变电站高电压等级双重化配置的过程层智能设备同时接入到单套配置的间隔测控单元的要求，提出了一种适用可行的测控装置及其测控实现方法。通过灵活的软硬件配置，适应工程应用的变化需求，解决了过程层智能终端及合并单元双重化，而独立配置的测控单元为单套配置，双重化配置的过程层智能设备同时接入到单套配置的间隔测控单元的问题，满足智能变电站测控装置的要求。测控装置同时接入两套不同的过程层网络，并采用相互独立的数据接口控制器，测控装置完成两套设备的采集及控制功能，还解决了由于过程层双重化配置设备接入所带来的数据冗余处理问题。
附图说明
图1为本发明的测控装置的架构；
图2为测控装置组网实现；
图3为双套数据处理过程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施包括三个主要部分：软硬件组成、测控组网方式、双套冗余数据处理。
图1为测控装置的架构。测控装置硬件组成主要包括电源模块PWR、管理主CPU、人机交互模块PNL、各I/O功能子模块。
管理主CPU模块与各I/O功能子模块、电源模块PWR通过内部高速总线连接，与人机交互模块通过SCI串行接口进行通信交互，实现显示输出及界面操作输入，通过GPS对时回路接收外部时钟同步信号，再经过内部时钟同步总线，将外部输入的GPS对时同步信号扩展到各功能子模块、电源模块PWR，保证装置内部多CPU间时钟一致性，同时管理主CPU模块设计了两个百兆以太网口，可对外提供双网工作方式；电源模块提供整个装置工作电源，该电源模块自带一个单片机处理器，并设计电源监视回路，可实时监视内部工作电源（3.3V/5V/24V）输出状态；人机交互模块PNL采用320X240点阵图形化大液晶显示器输出，输入采用触摸屏方式，输入/输出简洁方便；各I/O功能子模块可分为传统I/O模块和数字化接口I/O模块，传统I/O模块是指包括开入DI模块、开出DO模块、交流采集AC模块、模拟温度直流采集TDC模块等传统电缆输入输出方式；数字化接口I/O模块是指以光缆连接的通信输入输出方式，图1中所示的STI模块（smart terminal interface）即为数字化接口I/O模块，设置STI-A模块、STI-B模块两个STI模块，该模块对外提供三个独立的百兆光纤以太网，用于过程层智能设备输入输出。
测控装置软件组成：与硬件组成划分相匹配，每个测控装置硬件内包含相应的软件，软件分为电源模块PWR内的电源监视软件、管理主CPU内的管理主CPU软件、人机交互模块PNL内的人机交互软件、各I/O功能子模块内的各I/O功能子模块软件，各部分软件运行在各自硬件模块上，相互配合协作完成测控应用功能。
各I/O功能子模块软件主要完成各自基础信号采集，转换处理为内部标准格式上送给管理主CPU软件，管理主CPU软件负责收集电源模块及各I/O功能模块采集数据信息，进行数据处理后通过以太网转发给后台监控及远动，通过人机交互软件显示输出，同时负责接收后台监控、远动和人机界面的控制操作命令转发给各I/O功能子模块或电源模块PWR。除了实现基础采集传送功能外，其他测控的应用功能如同期功能主要在交流子模块完成，间隔联闭锁功能及双套冗余数据处理都由管理主CPU软件管理主CPU实现。
系统软硬件采用平台化、模块化通用插槽结构，因此在模块配置上每台测控装置的电源模块、管理主CPU模块、人机交互模块为必选模块，其插槽位置固定，其他各I/O功能子模块可依据具体工程要求在数量及功能上进行灵活选择配置，各I/O功能子模块插槽通用，硬件上设计为即插即用，软件上内部采用自解释协议实现管理主CPU对各I/O功能子模块自动识别，不需要额外软件配置。
图2为测控装置组网实现单套测控装置接入双套合并单元和智能终端的网络结构。对于智能变电站过程层设备完全数字化的情况，测控装置配置模块为电源模块、管理主CPU模块、人机交互模块、数字化接口I/O模块即STI模块；其中数字化接入STI模块配置两块，其他模块各配置一块，不需要配置传统I/O功能模块。两个STI模块分别提供三个独立的百兆光纤以太网，用于过程层合并单元MU的SV网接入和智能终端设备STD双网GOOSE的输入输出，过程层包含两套设备分别接入A套网络和B套网络，两套网络物理上完全独立，其任何一套网络的SV采样值网路与GOOSE网络独立，图中虚线部分为可选网络，一般过程层为单套配置时GOOSE按双网配置，过程层为双套配置时，每套分别接入一个GOOSE网络，特殊要求双套双GOOSE接入也可支持。间隔层测控装置管理主CPU模块提供两个独立的以太网接口与站控层之间通过双网方式连接，测控间隔间GOOSE交互通过站控层网络通信，即MMS与间隔层GOOSE共网。
测控装置对双套冗余数据处理的基本思路是：配置两个硬件完全相同的STI模块实现对A、B套设备的数据处理，各自处理结果通过内部总线传给管理CPU入库，入库同时根据A、B套设备的相关健康状态，按照一定数据选择策略，选择数据写入AB合并的虚拟逻辑设备，形成合并后的数据，对下行命令数据按照一定策略进行分解转发。
图3双套冗余数据处理过程为，将来自过程层设备数据分为设备私有数据、公共数据。私有数据是指反应智能终端及合并单元装置本身内部的信息数据，如对应的各通道状态、内部故障告警等细信息；公共数据包括实际一次设备的测量、位置信号、控制等数据。其中双套设备反应的公共数据应该是一致的，私有数据不同厂家可能存在差异，不能参与合并处理。
在STI模块中为A、B两套过程层设备分别配置各自的通道数据健康状态，并且将GOOSE网络与SV网络通道分开配置。STI模块将处理数据结果全部发送给管理主CPU模块。
在管理主CPU模块进行IEC61850模型配置，分别为两个STI模块建立逻辑设备LogicDev_A、LogicDev_B对应A、B两套设备源，再建立一个虚拟的逻辑设备Logice_AB对应A、B两套设备的数据合并处理，每个逻辑设备中建立三个基本的逻辑节点LN_X_Pri、LN_X_Pub_GOOSE、LN_X_Pub_SV分别对应各逻辑设备的私有数据信息、公共的开关控制信息、公共的测量信息。其中虚逻辑节点LN_AB_Pri中包括公共信息数据来源标识以及测控装置本身的私有状态告警信息、LN_AB_Pub_GOOSE、LN_AB_Pub_SV为合并处理后的选择结果。
数据入库及数据选择策略，（1）简单选择策略，当两个STI模块工作正常时，对来自两个模块的数据首先会分别写入各自逻辑设备LogicDev_A或LogicDev_B， 然后根据各自对应的过程层设备健康状态进行选择，健康状态都好时可优先选择其中一套（A或B套）的数据写入逻辑设备Logic_AB，出现部分健康状态异常时，按照GOOSE网络和SV网络分别选择健康状态好的写入逻辑设备Logic_AB中相应的逻辑节点LN_AB_Pub_GOOSE、LN_AB_Pub_SV，同时需要更新LN_AB_Pri中数据来源标识。（2）复杂选择策略，可在两套设备都工作正常的情况下，增加公共部分的数据分析比较，由于两套设备只能二选一，同时发现不一致时，可给出告警提示信息。
结合图2、图3所示，上送数据集DataSet配置，测控装置已经完成了对两套设备的数据冗余处理，因此后台监控系统及远动设备只需要订阅注册逻辑设备的LogicDev_AB的所有DataSet数据信息，如果用户需要关心两套数据源各自的工作状态情况，可以选择订阅注册逻辑设备LogicDev_A和LogicDev_B的私有数据LN_A_Pri、LN_B_Pri。
对于下行控制操作，后台监控系统或远动设备首先下发命令给逻辑设备Logice_AB，测控装置根据当前的各设备及通道状态选择合适的实际设备进行控制命令转发，当出现异常无法转发时，测控装置给出异常告警提示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1. 一种智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，测控装置设置在间隔层，其特征是，包含
智能电源模块，为测控装置提供工作电源，
管理主CPU模块，
人机交互模块，用于显示输出及操作界面输入，
两个I/O功能子模块，用于过程层智能设备输入输出及前端数据采集处理，
所述管理主CPU模块与所述I/O功能子模块、智能电源模块通过内部总线连接，与所述人机交互模块通过SCI串行接口进行通信交互， 
每个I/O功能子模块具有三个独立的用于过程层合并单元的SV网接入和智能终端设备双GOOSE网的输入输出的光纤以太网口。
2.根据权利要求1所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，其特征是，所述智能电源模块自带一单片机处理器。
3.根据权利要求1所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，其特征是，所述智能电源模块包含实时监视内部工作电源输出状态的电源监视回路。
4.根据权利要求1所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，其特征是，I/O功能子模块或为传统电缆输入输出方式的传统I/O模块，或为以光缆连接的通信输入输出方式的数字化接口I/O模块。
5.根据权利要求1所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，其特征是，所述管理主CPU模块包含一接收外部时钟同步信号的GPS硬件对时回路。
6.根据权利要求1或4所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，其特征是，两个I/O功能子模块采用两个完全相同的模块，每个模块的光纤以太网口采用相互独立的数据接口控制器。
7.根据权利要求1所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置，其特征是，管理主CPU模块具有两个独立的以太网口与站控层通过双网方式连接。 
8.一种智能变电站接入双套过程层设备的测控装置的测控方法，其特征是，
I/O功能子模块进行基础信号采集，转换处理为内部标准格式上送给管理主CPU软件；
管理主CPU软件收集智能电源模块及I/O功能子模块采集的数据信息，进行数据处理后通过以太网转发给后台监控及远动设备，并通过人机交互软件控制人机交互模块进行显示输出；
管理主CPU软件同时接收后台监控、远动设备和操作界面的控制操作命令转发给I/O功能子模块或智能电源模块；
管理主CPU软件控制管理主CPU进行双套冗余数据处理。
9.根据权利要求8所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置的测控方法，其特征是，双套冗余数据处理的步骤为：配置两个硬件完全相同的数字化接口I/O模块实现对A、B套设备的数据处理，各自处理结果通过内部总线传给管理主CPU数据入库，数据入库同时根据A、B套设备的相关健康状态，按照数据选择策略，选择数据写入AB合并的虚拟逻辑设备，形成合并后的数据，对下行命令数据按照预定策略进行分解转发。
10.根据权利要求9所述的智能变电站接入双套过程层设备的测控装置的测控方法，其特征是，数据入库及数据选择策略分为简单选择策略和复杂选择策略，
（1）简单选择策略，当两个数字化接口I/O模块工作正常时，对来自两个模块的数据首先会分别写入各自逻辑设备LogicDev_A或LogicDev_B， 然后根据各自对应的过程层设备健康状态进行选择，健康状态都好时优先选择其中一套的数据写入逻辑设备Logic_AB；出现部分健康状态异常时，按照GOOSE网络和SV网络分别选择健康状态好的写入逻辑设备Logic_AB中相应的逻辑节点LN_AB_Pub_GOOSE、LN_AB_Pub_SV，同时更新LN_AB_Pri中数据来源标识；
（2）复杂选择策略，在两套设备都工作正常的情况下，增加公共部分的数据分析比较，由于两套设备只能二选一，同时发现不一致时，给出告警提示信息。
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