CN103346616B - 变电站保护和测控系统及其辅助检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变电站保护和测控装置的辅助检测方法与系统，将合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪连接，建立过程层网络的测试平台，对过程层网络测试平台进行配置，模拟、研究变电站的多种网络异常情况，能针对异常报文故障进行反演，为实际使用过程中的检测提供了更多的测试手段，可对网络中的数据采样值和GOOSE报文实时解析。所以本发明变电站保护和测控装置的辅助检测方法与系统可测试保护和测控装置的动作逻辑、网络性能，自动生成测试结果，且能针对异常报文情况进行故障反演。

Description

变电站保护和测控系统及其辅助检测方法与装置

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及变电站保护和测控系统及其辅助检测方法与装置。

背景技术

从IEC61850规范正式发布开始，国内陆续开始了数字化变电站的试点。主要进行了包括电子光CT、PT的应用，一二次设备进行了初步IEC61850标准的数字建模，应用面向通用对象的变电站事件(GenericObjectOrientedSubstationEvent，GOOSE)机制传输跳合闸和一次设备合并(智能)单元的应用等方面的工作。试点展示了数字化变电站的良好前景，确定了未来电力技术的发展方向。在这些数字化/智能变电站中，虽然保护设备的保护逻辑、动作原理等没有改变，但其存在形式、通信方式以及信息交互载体等内容已经发生了根本性的变化。数字化变电站应用技术改变了变电站控制系统和电气采集系统、断路器设备间连接的形式，推进了变电站内IED之间信息交互的网络化实现。因此，数字化/智能变电站中的IED设备，在检测、调试和维护等各环节上与传统变电站相比都发生了很大的变化。

在数字化变电站中，传统的测试仪器已不能满足网络条件下保护装置测试的需要，因此缺乏有效数字化变电站保护的检测手段，目前如果需要对保护装置进行测试，采用的方案是：通过测试仪对保护进行单体测试，测试结果通过保护报出来，人为判断，记录结果。

上述数字化变电站保护装置的检测，还存在以下不足：只能用测试仪对保护进行单体测试，测试结果需要人工判断记录，不能自动测试，测试结果不能自动生成；不能对整个测试过程中的报文进行记录分析，不能用异常报文对出现的故障现象进行反演，所以不能满足当前数字化变电站中保护和测控装置测试的需求。

发明内容

基于此，有必要针对一般变电站保护和测控装置的检测方法不能自动测试、生成测试结果，以及无法针对异常报文情况进行故障反演的问题，提供一种能够能自动测试、生成测试结果，且能针对异常报文情况进行故障反演的变电站保护和测控装置及其辅助检测方法与装置。

一种保护和测控装置的辅助检测方法，包括步骤：

将合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪连接，以组建过程层网络；

建立测试SCD文件，通过SCD配置待测装置与所述合并单元的订阅关系，对所述合并单元进行采样值配置，对所述待测装置进行GOOSE配置；

通过数字仿真测试系统操作对模拟量输出，经过模数转换，所述合并单元输出各间隔的采样值报文和GOOSE报文，测试所述待测装置的动作逻辑，同时验证GOOSE跳闸动作正确性和动作延时；

通过所述网络损伤仪，模拟网络的异常情况；

通过所述网络分析仪，记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

一种保护和测控装置的辅助检测系统，包括：

过程层网络组建模块，用于将合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪连接，以组建过程层网络；

配置模块，用于建立测试SCD文件，通过SCD配置待测装置与所述合并单元的订阅关系，对所述合并单元进行采样值配置，对所述待测装置进行GOOSE配置；

报文处理模块，用于通过数字仿真测试系统操作对模拟量输出，经过模数转换，所述合并单元输出各间隔的采样值报文和GOOSE报文，测试所述待测装置的动作逻辑，同时验证GOOSE跳闸动作正确性和动作延时；

网络异常模拟模块，用于通过所述网络损伤仪，模拟网络的异常情况；

网络分析模块，用于通过所述网络分析仪，记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

一种保护和测控装置的辅助检测装置，包括网络损伤仪、网络分析仪、网络数据交换设备和至少一个合并单元，所述网络损伤仪分别连所述接网络分析仪和待测试装置，所述合并单元分别连接所述待测试装置和外接的数字仿真测试系统；

所述合并单元，用于同步采集多路所述数字仿真测试系统采样值报文，并将采集到的所述采样值报文根据相应协议发送到所述待测试装置；

所述网络损伤仪，用于模拟网络异常情况；

所述网络数据交换设备，用于划分虚拟局域网和防止广播报文泛滥；

所述网络分析仪，用于记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

一种变电站保护和测控装置的辅助检测系统，采用如上述的保护和测控装置的辅助检测方法或包括上述的保护和测控装置的辅助检测系统或包括上述的保护和测控装置的辅助检测装置。

上述变电站保护和测控装置的辅助检测方法与系统，建立过程层网络的测试平台，对过程层网络测试平台进行配置，模拟、研究变电站的多种网络异常情况，能针对异常报文故障进行反演，为实际使用过程中的检测提供了更多的测试手段，可对网络中的数据采样值和GOOSE报文实时解析。所以本发明变电站保护和测控装置的辅助检测方法与系统可测试保护和测控装置的动作逻辑、网络性能，自动生成测试结果，且能针对异常报文情况进行故障反演。

附图说明

图1为本发明保护和测控装置的辅助检测方法第一个实施例的流程示意图；

图2为本发明保护和测控装置的辅助检测方法第二个实施例的流程示意图；

图3为本发明保护和测控装置的辅助检测系统其中一个实施例的结构示意图；

图4为本发明保护和测控装置的辅助检测装置其中一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种保护和测控装置的辅助检测方法，包括步骤：

S100：将合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪连接，以组建过程层网络。

合并单元，是IEC标准中定义的关于过程层与间隔层之间的数字化接口的重要组成部分，它用于连接数字化输出的电子式互感器与保护、测控设备，其主要功能是同步采集多路ECT/EVT输出的数字信号后并按照规定的格式发送给保护、测控设备。其具有以下重要的特点，1、多任务同时处理，合并单元需同时接收各自独立的多路数据，并对各路数据在传输过程中是否发生畸变进行校验，以防止提供错误数据给保护测量设备。2、高可靠性和强实时性，合并单元所接收的电流、电压信息是保护动作判据需要的信息，接口通信处理时间的快慢将直接影响到保护的动作时间。此数据通信位于开关附近，故对其抗于扰性要求很高，需保证数据安全可靠地传输给保护等设备。3、通信信息流量大，合并单元需要采集三相电流、电压信息，电流信息又分保护和测量两种，这些信息均是周期性的，接口通信流量较大。在对采样率要求较高的线路差动保护和计量等应用中，通信流量会更大。4、通信速度较高，由于接口的通信环境恶劣，故合并单元与各路数据通道一般采用光纤通信，选择串行通信的方式更为合理，这就对通信速度提出了较高的要求。

网络数据交换设备，用于划分虚拟局域网和防止广播报文泛滥。优选的，网络数据交换设备支持IEEE802.1Q协议，能够根据需要支持依据端口或MAC地址划分的虚拟局域网。支持IEEE802.1P优先级控制协议。支持符合IEEE802.3ad标准的端口聚集功能，并能与支持该标准的设备互通。网络数据交换设备能够在不影响自身转发性能的前提下，限制每端口上行接入速率，具有基于虚拟局域网和特定数据流量的带宽控制。网络数据交换设备具有广播风暴抑制功能，自动检测并抑制广播风暴，有效限制广播报文的泛滥。设备的MAC地址缓存能力不低于8K。

S200：建立测试SCD文件，通过SCD配置待测装置与所述合并单元的订阅关系，对所述合并单元进行采样值配置，对所述待测装置进行GOOSE配置。

S300：通过数字仿真测试系统操作对模拟量输出，经过模数转换，所述合并单元输出各间隔的采样值报文和GOOSE报文，测试所述待测装置的动作逻辑，同时验证GOOSE跳闸动作正确性和动作延时。

S400：通过所述网络损伤仪，模拟网络的异常情况。

网络损伤仪，用于模拟网络异常情况。优选的，网络异常情况包括包括智能或手工方形过滤需要加载网络质量问题的目标流量，网络链路的闪断情况，以太网接口上加载物理误码，网络时延，支网络丢包、乱序问题，以及测试待测装置的通信性能。

S500：通过所述网络分析仪，记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

网络分析仪，用于记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。优选的，网络分析仪分析GOOSE报文和数据采样值报文的解析和异常检测可分为下述步骤。1、原始报文捕捉；2、对GOOSE报文和数据采样值报文的协议数据单元部分的数据做抽象语法的解码；3、为报文寻找或查询相应的报文链路；4、报文自身做语法检查，对照SCD中的配置信息做语义检查。

合并单元对数字仿真测试系统输出的模拟信号进行数模转换，并按照用户的配置，用IEC-61850-9-1/2的标准将采样值报文发送到过程层网络，供保护测试使用。合并单元采集数字仿真测试系统输出的开关节点信息，按照用户配置，用GOOSE报文将数字仿真测试系统的开关节点信息发送到过程层网络。同时模数转换单元还能够订阅GOOSE报文，根据订阅信息输出正确的节点信息给数字仿真测试系统。模数转换单元支持IEEE-1588网络对时协议、IRIG-B对时协议，实现单板或装置之间的同步采样要求。能模拟合并单元采样延时或提前的失步现象。

本发明保护和测控装置的辅助检测方法，建立过程层网络的测试平台，对过程层网络测试平台进行配置，模拟、研究变电站的多种网络异常情况，能针对异常报文故障进行反演，为实际使用过程中的检测提供了更多的测试手段，可对网络中的数据采样值和GOOSE报文实时解析。所以本发明变电站保护和测控装置的辅助检测方法可测试保护和测控装置的动作逻辑、网络性能，自动生成测试结果，且能针对异常报文情况进行故障反演。

如图2所示，在其中一个实施例中，步骤100之后还有步骤：

S120：将所述合并单元的采样接口、开入/开出接口分别与所述数字仿真测试系统连接，以形成数模转换单元，所述数模转换单元用于将所述合并单元与所述数字仿真测试系统之间交互的数据进行数模转换。

在其中一个实施例中，所述网络的异常情况包括：网络链路的闪断、以太网接口上加载物理误码、网络时延、以及网络丢包或乱序情况。

在其中一个实施例中，合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪是通过光纤通信连接的。

光纤通信具有下述有点：频带极宽，通信容量大、损耗低，中继距离长、抗电磁干扰能力强、无串音干扰，保密性好。

在其中一个实施例中，所述网络数据交换设备为交换机或路由器。

交换机：网络节点上话务承载装置、交换级、控制和信令设备以及其他功能单元的集合体。交换机能把用户线路、电信电路和(或)其他要互连的功能单元根据单个用户的请求连接起来。路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。交换机和路由器都是最常见的网络数据交换设备，两者均具有划分虚拟局域网和防止广播报文泛滥的功能。综合性价比来说，优选的是选取交换机作为网络数据交换设备。

如图3所示，一种保护和测控装置的辅助检测系统，包括：

过程层网络组建模块100，用于将合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪连接，以组建过程层网络；

配置模块200，用于建立测试SCD文件，通过SCD配置待测装置与所述合并单元的订阅关系，对所述合并单元进行采样值配置，对所述待测装置进行GOOSE配置；

报文处理模块300，用于通过数字仿真测试系统操作对模拟量输出，经过模数转换，所述合并单元输出各间隔的采样值报文和GOOSE报文，测试所述待测装置的动作逻辑，同时验证GOOSE跳闸动作正确性和动作延时；

网络异常模拟模块400，用于通过所述网络损伤仪，模拟网络的异常情况；

网络分析模块500，用于通过所述网络分析仪，记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

本发明保护和测控装置的辅助检测系统，建立过程层网络的测试平台，对过程层网络测试平台进行配置，模拟、研究变电站的多种网络异常情况，能针对异常报文故障进行反演，为实际使用过程中的检测提供了更多的测试手段，可对网络中的数据采样值和GOOSE报文实时解析。所以本发明变电站保护和测控装置的辅助检测系统可测试保护和测控装置的动作逻辑、网络性能，自动生成测试结果，且能针对异常报文情况进行故障反演。

如图4所示，一种保护和测控装置的辅助检测装置，包括网络损伤仪600、网络分析仪620、网络数据交换设备和至少一个合并单元640，所述网络损伤仪600分别连接网络分析仪620和待测试装置，所述合并单元640分别连接所述待测试装置和外接的数字仿真测试系统；

所述合并单元640，用于同步采集多路所述数字仿真测试系统采样值报文，并将采集到的所述采样值报文根据相应协议发送到所述待测试装置；

所述网络损伤仪600，用于模拟网络异常情况；

所述网络数据交换设备，用于划分虚拟局域网和防止广播报文泛滥；

所述网络分析仪620，用于记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

本发明保护和测控装置的辅助检测装置，包括网络损伤仪、网络分析仪、网络数据交换设备和至少一个合并单元，网络损伤仪、网络分析仪、网络数据交换设备和至少一个合并单元连接组成过程层网络，过程层网络分别与待测试装置和数字仿真测试系统连接，装置对过程层网络测试平台进行配置，网络损伤仪模拟、研究变电站的多种网络异常情况，网络分析仪针对异常报文故障进行反演。所以本发明变电站保护和测控装置的辅助检测装置可测试保护和测控装置的动作逻辑、网络性能，自动生成测试结果，且能针对异常报文情况进行故障反演。

在其中一个实施例中，所述合并单元的采样接口、开入/开出接口分别与所述数字仿真测试系统连接，形成数模转换单元，所述数模转换单元用于将所述合并单元与所述数字仿真测试系统之间交互的数据进行数模转换。

在其中一个实施例中，所述网络数据交换设备为交换机或路由器。

一种变电站保护和测控装置的辅助检测系统，采用上述的保护和测控装置的辅助检测方法或包括上述保护和测控装置的辅助检测系统或包括上述的保护和测控装置的辅助检测装置。

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 (7)

1.一种保护和测控装置的辅助检测方法，其特征在于，包括步骤：

将合并单元、网络分析仪、网络数据交换设备和网络损伤仪连接，以组建过程层网络；

将所述合并单元的采样接口、开入/开出接口分别与数字仿真测试系统连接，以形成模数转换单元，所述模数转换单元用于将所述合并单元与所述数字仿真测试系统之间交互的数据进行模数转换；

建立测试SCD文件，通过SCD文件配置待测试装置与所述合并单元的订阅关系，对所述合并单元进行采样值配置，对所述待测试装置进行GOOSE配置；

通过数字仿真测试系统操作对模拟量输出，经过模数转换，所述合并单元输出各间隔的采样值报文和GOOSE报文，测试所述待测试装置的动作逻辑，同时验证GOOSE跳闸动作正确性和动作延时；

通过所述网络损伤仪，模拟网络的异常情况；

通过所述网络分析仪，记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演。

2.根据权利要求1所述的保护和测控装置的辅助检测方法，其特征在于，所述步骤通过所述网络损伤仪，模拟网络的异常情况中，所述网络的异常情况包括：网络链路的闪断、以太网接口上加载物理误码、网络时延、以及网络丢包或乱序情况。

3.根据权利要求1或2所述的保护和测控装置的辅助检测方法，其特征在于，所述合并单元、所述网络分析仪、所述网络数据交换设备和所述网络损伤仪通过光纤通信连接。

4.根据权利要求1或2所述的保护和测控装置的辅助检测方法，其特征在于，所述网络数据交换设备为交换机或路由器。

5.一种保护和测控装置的辅助检测装置，其特征在于，包括网络损伤仪、网络分析仪、网络数据交换设备和至少一个合并单元，所述网络损伤仪分别连接所述网络分析仪和待测试装置，所述合并单元分别连接所述待测试装置和外接的数字仿真测试系统；

所述合并单元，用于同步采集多路所述数字仿真测试系统采样值报文，并将采集到的所述采样值报文根据相应协议发送到所述待测试装置，所述相应协议为IEC-61850-9-1/2的标准；

所述网络损伤仪，用于模拟网络异常情况；

所述网络数据交换设备，用于划分虚拟局域网和防止广播报文泛滥；

所述网络分析仪，用于记录所有测试报文，分析报文是否异常，当测试中发现问题时，用异常报文进行反演；

其中，所述合并单元的采样接口、开入/开出接口分别与所述数字仿真测试系统连接，形成模数转换单元，所述模数转换单元用于将所述合并单元与所述数字仿真测试系统之间交互的数据进行模数转换。

6.根据权利要求5所述的保护和测控装置的辅助检测装置，其特征在于，所述网络数据交换设备为交换机或路由器。

7.一种变电站保护和测控装置的辅助检测系统，其特征在于，采用如权利要求1-4中任意一项所述的保护和测控装置的辅助检测方法或包括如权利要求5或6所述的保护和测控装置的辅助检测装置。