CN102638106B - 基于过程层goose网络的站域控制系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统及其实现方法，该方法包括以下步骤：采集智能变电站电源间隔实时信息；通过过程层以太网网络传输所采集的电源间隔实时信息；接收所述电源间隔实时信息，并根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据；根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择功能，并发出断路器跳、合闸命令；通过过程层GOOSE网络传输所述断路器跳、合闸命令；接收和执行断路器跳、合闸命令，实现站域控制。本发明通过独立的过程层网络交互相关信息，从而避免了系统延迟并可以有效保证GOOSE报文传输的实时性；而且具有良好的可扩展性。

Description

基于过程层GOOSE网络的站域控制系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及变电站技术领域，特别是涉及一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统以及一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法。
背景技术
传统变电站的控制与保护装置基本上是按照间隔配置的，这种配置方法导致装置间无法方便地实现信息共享。智能化变电站依托站内高速通信网及发布/订阅者通信机制，可以方便的共享信息，这就为实现全站级别的控制和保护提供了条件。
站域控制是智能化变电站建设中新出现的一项技术，其通过对变电站内信息的分布协同利用或集中处理判断，可以实现站内的自动控制功能。传统的站域控制系统，一般包括间隔层装置、监控子系统以及站域控制子系统，其中，间隔层装置采集智能变电站实时信息，监控子系统接收并监控采集的变电站实时信息，最后由站域控制子系统来实现变电站内的备自投、过负荷闭锁等功能。然而，上述的站域控制系统，极大的依赖于变电站后台监控系统及其监控数据库，而变电站后台监控系统是一个复杂的软件系统，交互信息量很大，容易发生系统延迟和信息拥塞，再加上其运行在普通计算机上而不是嵌入式装置，因此很容易发生系统死机或重启。
另外，在传统的站域控制系统中，间隔层装置与监控子系统之间的信息交互是通过站控层以太网传递MMS(manufacturing message specification，制造报文规范)报文和GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)。站控层以太网除了传输站域控制相关报文，同时还要传输大量的其他保护、测控装置的MMS报文，特别是在变电站故障发生时会爆发产生大量的报文，在这种情况下，GOOSE报文的传递将无法保证实时性。而站域控制功能恰恰又需要在故障发生时进行相应控制操作，从而导致矛盾无法规避。
发明内容
基于此，有必要针对上述系统延迟、无法保证GOOSE报文实时性的问题，提供一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统及其实现方法。
一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法，包括以下步骤：
采集智能变电站电源间隔实时信息；
通过过程层以太网网络传输所述采集的电源间隔实时信息；
接收所述电源间隔实时信息，并根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据；
根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择功能，并发出断路器跳、合闸命令；
通过过程层GOOSE网络传输所述断路器跳、合闸命令；
接收和执行断路器跳、合闸命令，实现站域控制。
一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，包括：
间隔层装置，用于采集智能变电站电源间隔实时信息；以及接收和执行通过过程层GOOSE网络传输过来的断路器跳、合闸命令，实现站域控制；
站域控制装置，用于接收所述间隔层装置通过过程层以太网网络传输过来的电源间隔实时信息，根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据，然后根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择功能，并发出断路器跳、合闸命令给所述间隔层装置。
通过以上方案可以看出，本发明的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统及其实现方法，站域控制装置与间隔层装置通过独立的过程层网络交互相关信息，从而避免了系统延迟并可以有效保证GOOSE报文传输的实时性；而且由于系统采用的是过程层独立组网模式，所以本发明的方案不会因为变电站规模扩大或主接线方式的改变而改变，具有良好的可扩展性，特别适用于大规模复杂主接线变电站的建设，为站域控制技术在智能化变电站中的应用提供了范例。另外本发明基于过程层GOOSE网络的站域控制系统及其实现方法拥有强大的GOOSE功能、不需要电缆即可实现间隔层装置间的联络和配合；而且本发明在一台集中式装置上实现了备自投功能和过负荷减载功能，同时还集成接地方式切换功能，可替代现有的已使用的各种备自投、过负荷联切等装置或系统，既节约了变电站建设成本，又提高了电网运行可靠性和负荷分配的合理性。
附图说明
图1为一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法的流程示意图；
图2为一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例一
参见图1所示，本发明的一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法，包括如下步骤：
步骤S101，采集智能变电站电源间隔实时信息。
进行信息采集的装置可以是间隔层装置，作为一个较好的实施例，上述采集的电源间隔实时信息可以包括：由合并单元采集的电流电压采样值、由智能终端采集的开关量信息等。进一步的，所述开关量信息可以包括：断路器位置信息、合后位置信息、主变闭锁信息等。
作为一个较好的实施例，所述合并单元可以选择从电子式互感器直接采集所述电流电压采样值。这样一来可以有效提高站域控制装置采样值的精度、线性度以及进下实现数据的全站共享。从电子式互感器直接获得数字量，可以减少互感器饱和对保护的影响，避免了电磁干扰对模拟量采样的影响。这可以从硬件和软件两个方面得到印证。电子式互感器通过光纤将4K～5K Hz发送至合并单元，合并单元合并后上送过程层SV网络以实现采样数据的全站共享。
步骤S102，通过过程层以太网网络传输所述采集的电源间隔实时信息。本发明中以太网网络传输的是符合IEC61850-9-2标准的模拟量采样报文和符合IEC61850标准的GOOSE报文，即：步骤S102具体可以为如下：将步骤S101中由间隔层采集到的电源间隔实时信息封装成符合IEC61850-9-2标准的模拟量采样报文和符合IEC61850标准的GOOSE报文，然后才在过程层以太网网络中进行传输，具体为通过过程层的SV网络和GOOSE网络进行传输。
步骤S103，接收所述电源间隔实时信息，并根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据。该设备运行状态数据包括：断路器位置、母线与变压器设备的投退等数据。
作为一个较好的实施例，上述接收电源间隔实时信息、根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据的过程具体可以包括：
步骤S1031，接收各间隔电流电压采样值后，经拉格朗日插值同步算法、傅里叶滤波算法计算出模拟量幅值相位；
步骤S1032，接收各间隔开关量信息，经防抖算法并与所述模拟量幅值相位相校验，形成设备运行状态数据。
需要说明的是，运用上述的几个算法进行计算属于公知技术，因此本实施例中不予赘述。
步骤S104，根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择等功能，并根据所述设备运行状态发出断路器跳、合闸命令。
步骤S105，通过过程层GOOSE网络传输所述断路器跳、合闸命令；
步骤S106，接收和执行断路器跳、合闸命令，实现站域控制。
本发明中，过程层SV网和GOOSE网可以合一，也可以独立组建。
另外，为了给用户带来更好的体验，可以在步骤S103中生成设备运行状态数据之后，将该生成的设备运行状态数据在装置液晶上进行实时显示，以实现站域控制装置与操作人员的人机界面交互。
实施例二
与上述一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法相对应的，本发明还提供一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，如图2所示，包括：
间隔层装置，用于采集智能变电站电源间隔实时信息；以及接收和执行通过过程层GOOSE网络传输过来的断路器跳、合闸命令，实现站域控制；
集中式站域控制装置，用于接收所述间隔层装置通过过程层以太网网络传输过来的电源间隔实时信息，根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据，然后根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择功能，并发出断路器跳、合闸命令给所述间隔层装置。
优选的，所述间隔层装置可以包括合并单元以及智能终端；
所述合并单元用于采集所述电源间隔实时信息中的电流电压采样值；
所述智能终端用于采集所述电源间隔实时信息中的开关量信息，所述开关量信息可以包括：断路器位置信息、合后位置信息、主变闭锁信息等；以及接收和执行通过过程层GOOSE网络传输过来的断路器跳、合闸命令，实现站域控制。
优选的，所述合并单元可以从电子式互感器直接采集所述各间隔电流电压采样值。这样一来可以有效提高站域控制装置采样值的精度、线性度以及进下实现数据的全站共享。从电子式互感器直接获得数字量，可以减少互感器饱和对保护的影响，避免了电磁干扰对模拟量采样的影响。这可以从硬件和软件两个方面得到印证。电子式互感器通过光纤将4K～5K Hz发送至合并单元，合并单元合并后上送过程层SV网络以实现采样数据的全站共享。
优选的，所述间隔层装置可以包括以太网传输模块，用于将所述电源间隔实时信息封装成符合IEC61850-9-2标准的模拟量采样报文和符合IEC61850标准的GOOSE报文在过程层以太网网络中进行传输。
优选的，所述集中式站域控制装置可以包括一个显示模块，用于实时显示所述计算得到的设备运行状态数据，以实现站域控制装置与操作人员的人机界面交互。
本发明的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，基于电子式互感器和过程层网络，由合并单元和智能终端采集电源间隔的相关模拟量和开关量实时状态，由集中式站域控制装置通过独立的过程层网络与电源间隔合并单元和智能终端实时交互相关信息，由集中式站域控制装置基于变电站级控制策略实现各种大规模复杂主接线变电站的全部站域控制功能。
本实施例中一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的其它技术特征与实施例一中的一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法相同，在此不予赘述。
由以上两个实施例可以看出，与传统的站域控制系统相比，本发明的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统及其实现方法，具有如下几个优点：
一、集中式站域控制装置与间隔层装置通过独立的过程层网络交互相关信息，从而有效避免了系统延迟并可以保证GOOSE报文传输的实时性；而且由于系统采用的是过程层独立组网模式，所以方案不会因为变电站规模扩大或主接线方式的改变而改变，具有良好的可扩展性，特别适用于大规模复杂主接线变电站的建设，为站域控制技术在智能化变电站中的应用提供了范例；
二、拥有强大的GOOSE功能，不需要电缆即可实现间隔层装置间的联络和配合。集中式站域控制装置与各合并单元、智能终端相互配合，通过过程层网络交互信息，实现变电站运行方式的实时判别和跨间隔的相互闭锁；
三、在一台集中式装置上实现了备自投功能、过负荷减载功能，同时还集成接地方式切换功能，可替代现有的已使用的各种备自投、过负荷联切等装置或系统。既节约了变电站建设成本，又提高了电网运行可靠性和负荷分配的合理性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集智能变电站电源间隔实时信息；
通过过程层以太网网络传输所述采集的电源间隔实时信息；
接收所述电源间隔实时信息，并根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据；
根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择功能，并发出断路器跳、合闸命令；
通过过程层GOOSE网络传输所述断路器跳、合闸命令；
接收和执行断路器跳、合闸命令，实现站域控制；
所述接收电源间隔实时信息、根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据的过程具体为：
接收各间隔电流电压采样值后，经拉格朗日插值同步算法、傅里叶滤波算法计算出模拟量幅值相位；以及
接收各间隔开关量信息，经防抖算法并与所述模拟量幅值相位相校验，形成设备运行状态数据。
2.根据权利要求1所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法，其特征在于，所述采集的电源间隔实时信息包括由合并单元采集的电流电压采样值以及由智能终端采集的开关量信息。
3.根据权利要求2所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法，其特征在于，所述开关量信息包括：断路器位置信息、合后位置信息、主变闭锁信息。
4.根据权利要求2所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统的实现方法，其特征在于，所述通过过程层以太网网络传输所述电源间隔实时信息的过程具体为：将所述电源间隔实时信息封装成符合IEC61850-9-2标准的模拟量采样报文和符合IEC61850标准的GOOSE报文在过程层以太网网络中进行传输。
5.一种基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，其特征在于，包括：
间隔层装置，用于采集智能变电站电源间隔实时信息；以及接收和执行通过过程层GOOSE网络传输过来的断路器跳、合闸命令，实现站域控制；
集中式站域控制装置，用于接收所述间隔层装置通过过程层以太网网络传输过来的电源间隔实时信息，根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据，然后根据所述设备运行状态数据以及预设的全站控制策略，实现智能变电站内的备自投、过负荷联切、接地变选择功能，并发出断路器跳、合闸命令给所述间隔层装置；
所述接收电源间隔实时信息、根据该电源间隔实时信息进行滤波计算得到设备运行状态数据的过程具体为：
接收各间隔电流电压采样值后，经拉格朗日插值同步算法、傅里叶滤波算法计算出模拟量幅值相位；以及
接收各间隔开关量信息，经防抖算法并与所述模拟量幅值相位相校验，形成设备运行状态数据。
6.根据权利要求5所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，其特征在于，所述间隔层装置包括合并单元以及智能终端；
所述合并单元用于采集所述电源间隔实时信息中的电流电压采样值；
所述智能终端用于采集所述电源间隔实时信息中的开关量信息；所述智能终端还用于接收和执行通过过程层GOOSE网络传输过来的断路器跳、合闸命令，实现站域控制。
7.根据权利要求6所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，其特征在于，所述合并单元从电子式互感器直接采集所述各间隔电流电压采样值。
8.根据权利要求6所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，其特征在于，所述间隔层装置包括以太网传输模块，用于将所述电源间隔实时信息封装成符合IEC61850-9-2标准的模拟量采样报文和符合IEC61850标准的GOOSE报文在过程层以太网网络中进行传输。
9.根据权利要求5-8任意一项所述的基于过程层GOOSE网络的站域控制系统，其特征在于，所述集中式站域控制装置包括显示模块，用于实时显示所述计算得到的设备运行状态数据。
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