CN102832708B - 基于多级综合服务器架构的智能变电站 - Google Patents

基于多级综合服务器架构的智能变电站 Download PDF

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Abstract

本发明公开了智能变电站设计领域的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站。其技术方案是，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述过程层包括非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、交流电气量采集合并单元、一次设备智能终端、检修监控合并单元和过程层以太网；所述间隔层包括仲裁器、第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元；所述站控层包括站级以太网、远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机。本发明克服了原有智能电子装置IED数量冗余和网络接口的局限性，提高了功能间的互操作性及协同能力。

Description

基于多级综合服务器架构的智能变电站
技术领域
本发明属于智能变电站设计领域，尤其涉及一种基于多级综合服务器架构的智能变电站。
背景技术
随着计算机和通信技术的发展，电力生产运行过程中对自动化水平要求的提升，智能变电站应用技术的研究越来越成为电力行业关注的焦点。智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。
在变电站网络与通信协议IEC61850标准颁发以后，数字化变电站取得了巨大的进步，得到了广泛的应用。现有的数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建，建立在变电站网络与通信协议IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。变电站网络与通信协议IEC61850标准从逻辑上将变电站自动化系统分为三层，即过程层、间隔层、变电站层。
过程层是变电站网络与通信协议IEC61850标准中提出的新概念，数字化变电站过程层主要包括电子式互感器、断路器和变压器等一次设备及其智能终端，该层主要实现信号的采集和对一次系统的操作；间隔层包括数字式保护、计量、监控等二次设备，负责间隔内信息的运算处理与控制，以及与过程层和站控层的网络通信工作；变电站层负责全站信息的管理和远方调度等信息的通信。其主要存在如下问题：
(1)智能电子装置IED间的网络接口繁多，网络接线复杂
根据变电站网络与通信协议IEC61850标准的要求，若要实现网络冗余，则间隔层智能电子装置IED需配置2个以太网接口以接入站级总线。此外，变电站网络与通信协议IEC61850 标准对网络数据传输的实时性有严格要求，如过程总线采样测量值传输的时间延迟规定在2ms内。为提高过程总线的实时性且实现网络冗余，还需配置多个以太网接口与过程级的设备组网通信，整个变电站需要更多的网络交换机，甚至需要采用多级交换的组网方式，组网结构复杂。
(2) 智能电子装置IED协同工作相对复杂
在现有数字化变电站中，智能电子装置IED数量较多，且需要协同完成工作的应用场合越来越多，如需要不同间隔智能电子装置IED数据的小电流接地选线、防误闭锁等。
(3) 管理分散
现有数字化变电站各个智能电子装置IED负责各自的功能，对于各个智能电子装置IED的管理是分散的，造成管理成本较大。
发明内容
针对上面技术背景中描述的目前的数字化变电站中存在的电站间隔层智能电子装置IED数量繁多，网络接口和整体协同方面的局限性，本发明提出了一种基于多级综合服务器架构的智能变电站。
本发明的技术方案是，一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述过程层包括非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、交流电气量采集合并单元、一次设备智能终端、检修监控合并单元和过程层以太网；所述间隔层包括仲裁器、第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元；所述站控层包括站级以太网、远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机；
其中，所述非常规电流互感器ETA和非常规电压互感器ETV分别与所述交流电气量采集合并单元连接，用于采集交流电气量数据；
所述交流电气量采集合并单元分别与所述非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、一次设备智能终端、第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元连接，用于将行交流电气量数据汇合，并将交流电气量数据传输给间隔层；
所述一次设备智能终端分别与所述交流电气量采集合并单元、仲裁器和GPS卫星对时管理单元连接，用于汇总开关量状态数据，并实现对过程层设备的控制与调节；
所述检修监控合并单元分别与所述第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元连接，用于汇总状态检修数据和视频数据，并将状态检修数据和视频数据传输给间隔层；
所述仲裁器分别与所述一次设备智能终端、第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器连接；用于通过一次设备智能终端完成命令出口确认。
所述第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器分别与过程层以太网、站级以太网、仲裁器和GPS卫星对时管理单元连接，用于接收通过程层以太网传输来的数据以及通过站级以太网向站控层传输数据；
所述GPS卫星对时管理单元分别与所述交流电气量采集合并单元、所述一次设备智能终端、所述检修监控合并单元、所述第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器连接，用于提供统一授时信号，完成模块之间的同步对时操作；
所述站控层包括远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机分别与所述站级以太网连接，用于集中对交流电气量数据、开关量状态数据和视频监控数据进行管理。
所述过程层以太网包括交流量数据采集网SV1、视频监测数据网SV2和面向变电站事件网GOOSE，用于过程层交流电气量数据、视频监控数据和开关量状态数据通过过程层以太网传输给间隔层。
所述第一综合软智能设备服务器包括运行控制子系统和检修子系统，双重冗余配置；用于对运行控制数据和检修监控数据进行处理，实现上行的测量数据上传、保护动作决策、电能计量和设备状态检修监测功能，以及下行的跳闸命令和装置参数整定。
所述第二综合软智能设备服务器包括运行控制子系统和检修子系统，双重冗余配置；用于对运行控制数据和检修监控数据进行处理，实现上行的测量数据上传、保护动作决策、电能计量和设备状态检修监测功能，以及下行的跳闸命令和装置参数整定。
所述第一综合软智能设备服务器与所述第二综合软智能设备服务器互为热备用。
所述过程层以太网采用千兆光纤以太网；所述站级以太网采用千兆光纤以太网。
所述第一站级综合服务器采用UNIX服务器；所述UNIX服务器包括高速以太网接口。
所述第二站级综合服务器采用UNIX服务器；所述UNIX服务器包括高速以太网接口。
所述第一站级综合服务器与所述第二站级综合服务器互为备用。
本发明的有益效果是，在现有数字化变电站的基础上，提出了一种基于多级综合服务器架构的智能变电站设计方法，该方案的核心是对变电站间隔层智能电子装置IED进行重新设计，以实时多任务操作系统为基础的变电站保护、控制、测量设备的逻辑化，软件化实现。不但克服了原有智能电子装置IED数量冗余和网络接口的局限性，而且提高了功能间的互操作性及协同能力。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站的整体结构示意图；
图2是本发明提供的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站的数据流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
图1是本发明提供的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站的整体结构示意图。图1中，一种基于多级综合服务器架构的智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述过程层包括非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、交流电气量采集合并单元、一次设备智能终端、检修监控合并单元和过程层以太网；所述间隔层包括第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元；所述站控层包括站级以太网、远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机；
其中，所述非常规电流互感器ETA和非常规电压互感器ETV分别与所述交流电气量采集合并单元连接，用于采集交流电气量数据；
所述交流电气量采集合并单元分别与所述非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、一次设备智能终端、第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元连接，用于将行交流电气量数据汇合，并将交流电气量数据传输给间隔层；
所述一次设备智能终端分别与所述交流电气量采集合并单元、仲裁器和GPS卫星对时管理单元连接，用于汇总开关量状态数据，并实现对过程层设备的控制与调节；
所述检修监控合并单元分别与所述第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元连接，用于汇总状态检修数据和视频数据，并将状态检修数据和视频数据传输给间隔层；
所述仲裁器分别与所述一次设备智能终端、第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器连接；用于通过一次设备智能终端完成命令出口确认。
所述第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器分别与过程层以太网、站级以太网、仲裁器和GPS卫星对时管理单元连接，用于接收通过程层以太网传输来的数据以及通过站级以太网向站控层传输数据；
所述GPS卫星对时管理单元分别与所述交流电气量采集合并单元、所述一次设备智能终端、所述检修监控合并单元、所述第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器连接，用于提供统一授时信号，完成模块之间的同步对时操作；
所述站控层包括远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机分别与所述站级以太网连接，用于集中对交流电气量数据、开关量状态数据和视频监控数据进行管理。
所述第一综合软智能设备服务器包括运行控制子系统和检修子系统，双重冗余配置；用于对运行控制数据和检修监控数据进行处理，实现上行的测量数据上传、保护动作决策、电能计量和设备状态检修监测功能，以及下行的跳闸命令和装置参数整定。
所述第二综合软智能设备服务器包括运行控制子系统和检修子系统，双重冗余配置；用于对运行控制数据和检修监控数据进行处理，实现上行的测量数据上传、保护动作决策、电能计量和设备状态检修监测功能，以及下行的跳闸命令和装置参数整定。
图2是本发明提供的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站的数据流程图。图2中，数据流主要体现为三种形式，即①运行控制数据流、②监测数据流、③面向变电站事件网GOOSE数据流。根据数据功能用途的不同，运行控制类数据和监测类数据主要是上行数据，面向变电站事件网GOOSE数据流分为上行和下行两种传输方向。
利用非常规电流互感器ETA和非常规电压互感器ETV采集交流电气量数据，电气量采集合并单元对交流电气量进行汇总采集，通过交流量数据采集网SV1网以运行控制数据流的形式传输给综合软智能设备服务器的运行控制子系统，综合软智能设备服务器的运行控制子系统根据业务逻辑功能对数据进行处理，一部分处理结果传输给站级综合服务器，作为站控层应用的数据源之一，另一部分以决策命令为主，以面向变电站事件网GOOSE数据流的形式送入面向变电站事件网GOOSE，发布给一次设备智能终端，实现对过程层设备的控制与调节作用。
检修监控合并单元对视频和状态检修数据进行汇总采集，通过视频监测数据网SV2网以监测类数据流的形式传输给综合软智能设备服务器的检修监控子系统，综合软智能设备服务器的检修监控子系统把这些数据处理完后传输给站级综合服务器，作为站控层应用的数据源之一。
一次设备智能终端获取一次设备的状态信息，以面向变电站事件网GOOSE数据流形式通过面向变电站事件网GOOSE传输给综合软智能设备服务器的运行控制子系统,通过综合软智能设备服务器的处理，以运行控制数据流的形式传输给站级综合服务器，站控层可以集中获取一次设备状态信息；同时，上级调度部门或者站级综合服务器对本变电站ISS和过程层一次设备的控制、调节和整定命令，以面向变电站事件网GOOSE数据流的形式下行传达。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述智能变电站包括过程层、间隔层和站控层；所述过程层包括非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、交流电气量采集合并单元、一次设备智能终端、检修监控合并单元和过程层以太网；所述间隔层包括仲裁器、第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元；所述站控层包括站级以太网、远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机； 
其中，所述非常规电流互感器ETA和非常规电压互感器ETV分别与所述交流电气量采集合并单元连接，用于采集交流电气量数据； 
所述交流电气量采集合并单元分别与所述非常规电流互感器ETA、非常规电压互感器ETV、一次设备智能终端、第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元连接，用于将交流电气量数据汇合，并将交流电气量数据传输给间隔层； 
所述一次设备智能终端分别与所述交流电气量采集合并单元、仲裁器和GPS卫星对时管理单元连接，用于汇总开关量状态数据，并实现对过程层设备的控制与调节； 
所述检修监控合并单元分别与所述第一综合软智能设备服务器、第二综合软智能设备服务器和GPS卫星对时管理单元连接，用于汇 总状态检修数据和视频数据，并将状态检修数据和视频数据传输给间隔层； 
所述仲裁器分别与所述一次设备智能终端、第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器连接；用于通过一次设备智能终端完成命令出口确认；
所述第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器分别与过程层以太网、站级以太网、仲裁器和GPS卫星对时管理单元连接，用于接收通过程层以太网传输来的数据以及通过站级以太网向站控层传输数据； 
所述GPS卫星对时管理单元分别与所述交流电气量采集合并单元、所述一次设备智能终端、所述检修监控合并单元、所述第一综合软智能设备服务器和第二综合软智能设备服务器连接，用于提供统一授时信号，完成模块之间的同步对时操作； 
所述站控层包括远动管理机、第一站级综合服务器、第二站级综合服务器、综合监测屏、若干个浏览器、操作员工作站、工程师工作站和打印机分别与所述站级以太网连接，用于集中对交流电气量数据、开关量状态数据和视频数据进行管理。 
2.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述过程层以太网包括交流量数据采集网SV1、视频监测数据网SV2和面向变电站事件网GOOSE，用于过程层交流电气量数据、视频数据和开关量状态数据通过过程层以太网传输给间隔层。 
3.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述第一综合软智能设备服务器包括运行控制子系统和检修子系统，双重冗余配置；用于对运行控制数据和检修监控数据进行处理，实现上行的测量数据上传、保护动作决策、电能计量和设备状态检修监测功能，以及下行的跳闸命令和装置参数整定。 
4.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述第二综合软智能设备服务器包括运行控制子系统和检修子系统，双重冗余配置；用于对运行控制数据和检修监控数据进行处理，实现上行的测量数据上传、保护动作决策、电能计量和设备状态检修监测功能，以及下行的跳闸命令和装置参数整定。 
5.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述第一综合软智能设备服务器与所述第二综合软智能设备服务器互为热备用。 
6.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述过程层以太网采用千兆光纤以太网；所述站级以太网采用千兆光纤以太网。 
7.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述第一站级综合服务器采用UNIX服务器；所述UNIX服务器包括高速以太网接口。 
8.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述第二站级综合服务器采用UNIX服务器；所述UNIX服务器包括高速以太网接口。 
9.根据权利要求1所述的一种基于多级综合服务器架构的智能变电站，其特征在于，所述第一站级综合服务器与所述第二站级综合服务器互为备用。 
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