CN103545933A - 智能变电站在线监测系统站内i0接口协议 - Google Patents

智能变电站在线监测系统站内i0接口协议 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能变电站在线监测系统的技术领域，尤其涉及一种智能变电站在线监测系统站内I0接口协议。本发明定义了变电站在线监测系统监测装置和综合监测单元之间通信的报文格式，报文分类、数据通信方式、数据传输方式。本发明可以杜绝长期以来在线监测系统过程层的数据模型、通信方式、通信协议过于私有化，共享和统一处理困难的问题。统一状态监测数据标准化接入，实现状态监测系统的标准化通信，促进变电设备状态监测技术的应用，提高电网的运行可靠性。从而为后续的智能变电站在线监测系统建设提供一整套规范化的解决方案和实施方案，确保切实地发挥在线监测应有的作用，为一次设备状态可视化及电力设备的状态检修提供强大的支持。

Description

智能变电站在线监测系统站内I0接口协议
技术领域
本发明涉及智能变电站在线监测系统的技术领域，尤其涉及一种智能变电站在线监测系统站内I0接口协议。
背景技术
变电设备在线监测系统的设计目标是面向国家电网公司坚强智能电网建设要求，结合“三集五大”发展战略，依托PMS，在公司范围内建立“两级部署、三级应用”的统一变电设备状态监测系统，规范各类变电设备在线监测数据的接入，提供各种变电设备在线监测信息的展示、预警、分析、诊断、评估和预测功能，并集中为其他相关系统提供在线监测数据，实现变电设备状态的全面监测和状态运行管理。传统变电站在线监测系统接口示意图如图2所示，存在着长期以来在线监测系统过程层的数据模型、通信方式、通信协议私有化，共享和统一处理困难的问题。为规范现有智能变电站在线监测系统内部标准化接口，统一在线监测数据标准化接入，实现在线监测系统的标准化通信，促进变电设备状态监测技术的应用，提高电网的运行可靠性，变电站在线监测系统接口技术则成为本领域技术人员不断研发的新课题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，而提供一种智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，目的是为了建立面向智能变电在线监测系统站内I0接口协议，定义数据传输规约的约束范围、报文分类、报文基本规范、数据通信方式约定、I0数据传输规约配置文件等内容。
本发明是通过以下技术方案实现的：
智能变电站在线监测系统站内I0接口协议是：定义了变电站在线监测系统监测装置和综合监测单元之间通信的报文格式，报文分类、数据通信方式、数据传输方式；所述的通信报文格式主要包括：时间查询/设置、监测数据查询、配置信息查询/设置、报警阈值查询/设置等；所述的数据传输方式主要包括：变电站内避雷器监测装置、铁心/夹件接地监测装置、SF6监测装置、容性设备监测装置满足I0接口规范；变电设备在线监测系统站内I0数据通信方式中应用层采用MODBUS协议，下层优先采用RS485或TCP/IP协议。
所述的变电站在线监测系统监测装置和综合监测单元之间通信的报文格式，报文分类、数据通信方式、数据传输方式；具体如下：
（1）变电站站内接口定义；
智能变电站在线监测由站控层设备、综合监测单元、监测装置组成；其中：站控层设备包括站端监测单元、综合应用服务器、数据通信网关机；状态监测系统的接口包括两个部分：一是状态监测系统内部的接口，二是与外部系统的接口；其中I0、I1是状态监测系统内部接口，I2、I3是系统与外部系统间的接口；满足IEC61850的装置通过I1接口接入到CAC；
（2）I0数据传输规约范围约束功能；
I0数据传输规约要求变电站内避雷器监测装置、铁心/夹件接地监测装置、SF6监测装置、容性设备监测装置要求满足I0接口规范；数据传输采用数据帧模式，传输序列为二进制字节流；
（3）报文分类及报文基本规范；
综合监测单元与监测装置之间的通信报文主要包括：时间查询/设置、监测数据查询、配置信息查询/设置、报警阈值查询/设置；数据通信方式约定：应用层采用MODBUS协议，下层应优先采用RS485或TCP/IP协议；
（4）监测数据报文格式；
定义监测数据交互报文格式以及监测装置信息配置模型描述文件；
（5）监测数据报文通用格式；
监测装置寄存器地址0000H到001FH为通用描述信息，寄存器地址从0020H开始为监测装置监测参量的定义，并且是高字节在前，低字节在后，在线监测装置的生产厂家可以根据产品的特点自定义参量的种类和存储位置。
所述的定义监测数据交互报文格式以及监测装置信息配置模型描述文件，具体如下：
监测数据请求报文格式，其中主要推荐功能码：
03:读取保持寄存器在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值；
06:预置单寄存器把具体二进制值装入一个保持寄存器；
10:预置多个寄存器把具体二进制值装入多个连续的保持寄存器；
其它功能码可以根据厂家需求按照MODBUS协议规范扩展；
监测数据的表示方法说明如下：
在通信数据帧中，数据均以整数表示，为了还原真实的测量数据，应采用如下算法：
F=I*P；
其中：F－真实数据，I－整数数据，P－测量精度。
所述的监测装置信息配置模型描述文件，主要描述监测装置的配置信息，主要包括通信配置信息以及数据表示方法；
实现综合监测单元和监测装置之间通信的灵活配置，具体如下：
（1）基于RS485的MODBUS配置文件；
配置文件需要描述通信波特率、数据位、停止位、奇偶校验位信息；同时需要描述综合单元和监测装置通信协议所用到的名字、采样周期、mac地址，以及监测装置采集数据的参量描述信息；
（2）基于TCP/IP的MODBUS配置文件；
配置文件中描述网络配置信息，包括IP地址、最大传输字节数、重传次数等信息；同时需要描述综合监测单元和监测装置通信协议所用到的IP网络信息，以及监测装置采集数据的参量描述信息；
（3）参量名称定义；
智能变电站在线监测系统站内I0接口协议定义了综合监测单元与监测装置之间通信所使用的参量信息；
（4）I0接口交互规范；
I0接口交互包括综合监测单元与在线监测装置之间的数据交互、读配置交互、写配置交互、对时过程。
所述的I0接口交互过程具体如下：
（1）数据交互：综合监测单元按预定的周期向在线监测装置发送召测监测数据的命令。在线监测装置收到召测数据命令后，响应综合监测单元，综合监测单元收到监测数据并处理；
（2）读配置交互：综合监测单元发送读取配置的命令，在线监测装置收到命令后，将配置信息发送给综合监测单元；
（3）写配置交互：综合监测单元发送写取配置的命令，在线监测装置在收到命令后，修改自身配置信息，并将配置结果返回给综合监测单元；
（4）对时：综合监测单元与时间服务器时间同步的情况下综合监测单元按预定的周期给在线监测装置发送时间同步数据；在线监测装置接收到时间同步指令，修改自己的时间，并将指令执行结果返回给综合监测单元。
本发明具有以下优点：
1、采用面向对象的建模技术，对监测装置信息模型进行描述，可以不受预先定义的限制进行信息的传输，使得现场验收的验证工作变得简化，数据库的维护工作量也大为减少，同时也能够适应技术不断发展的要求。
2、采用基于TCP/IP和RS485协议的MODBUS协议，定义数据报文格式，方便监测装置厂家扩展应用。
3、I0接口定义交互规范，定义综合监测单元和监测装置之间通用通信规约。
本发明是在智能变电站在线监测系统设计思想下，提出了智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，其可以杜绝长期以来在线监测系统过程层的数据模型、通信方式、通信协议过于私有化，共享和统一处理困难的问题。统一状态监测数据标准化接入，实现状态监测系统的标准化通信，促进变电设备状态监测技术的应用，提高电网的运行可靠性。从而为后续的智能变电站在线监测系统建设提供一整套规范化的解决方案和实施方案，确保切实地发挥在线监测应有的作用，为一次设备状态可视化及电力设备的状态检修提供强大的支持。
附图说明
图1为本发明的智能变电站在线监测系统接口示意图；
图2为传统变电站在线监测系统接口示意图；
图3为本发明的监测数据请求报文示意图；
图4为本发明的基于RS485的MODBUS配置文件示意图；
图5为本发明的基于TCP/IP的MODBUS配置文件示意图；
具体实施方式
实施例1：
本发明涉及到一种智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，具体包括：
变电站内避雷器监测装置、铁心/夹件接地监测装置、SF6监测装置、容性设备监测装置可以要求满足I0接口规范。
定义了变电设备在线监测系统综合监测单元与监测装置之间的通信报文主要包括：时间查询/设置、监测数据查询、配置信息查询/设置、报警阈值查询/设置等。
变电设备在线监测系统站内I0数据通信方式中应用层采用MODBUS协议，下层优先采用RS485或TCP/IP协议。
（一）智能变电站在线监测系统站内I0接口协议定了变电站在线监测系统监测装置和综合监测单元之间通信的报文格式，报文分类、数据通信方式、数据传输方式。具体设计如下：
1、变电站站内接口定义。
智能变电站在线监测由站控层设备、综合监测单元、监测装置组成。其中：站控层设备包括站端监测单元、综合应用服务器、数据通信网关机等。系统接口的示意如图1所示。状态监测系统的接口包括两个部分：一是状态监测系统内部的接口，二是与外部系统的接口。其中I0、I1是状态监测系统内部接口，I2、I3是系统与外部系统间的接口。图2表示了传统监测装置通过I0接口接入到CAC，改造后满足IEC61850的装置通过I1接口接入到CAC。
2、I0数据传输规约范围约束功能。
I0数据传输规约要求变电站内避雷器监测装置、铁心/夹件接地监测装置、SF6监测装置、容性设备监测装置要求满足I0接口规范。数据传输采用数据帧模式，传输序列为二进制字节流。
这些监测装置采用I0接口的原因在于：1）功能单一，例如避雷器监测装置，主要采集全电流、阻性电流、动作次数等，采用modbus协议可以满足要求，如果使用光纤接入，浪费资源。2）成本考虑。以上的监测装置如果增加IEC61850的功能，必将提升监测装置的成本，但这部分的提高并没有对状态监测体现有太多的贡献。3）安装方面考虑。由于增加光纤接入，将加大装置的体积。不便于施工和安装。
3、报文分类及报文基本规范。
智能变电站在线监测系统站内I0接口协议定义了综合监测单元与监测装置之间的通信报文主要包括：时间查询/设置、监测数据查询、配置信息查询/设置、报警阈值查询/设置等。数据通信方式约定：应用层采用MODBUS协议，下层应优先采用RS485或TCP/IP协议。
4、监测数据报文格式。
定义监测数据交互报文格式以及监测装置信息配置模型描述文件。
智能变电站在线监测系统站内I0接口协议定义了监测数据请求报文格式，如图3所示，其中主要推荐功能码：
03:读取保持寄存器在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值；
06:预置单寄存器把具体二进制值装入一个保持寄存器；
10:预置多个寄存器把具体二进制值装入多个连续的保持寄存器。
其它功能码可以根据厂家需求按照MODBUS协议规范扩展。
命令帧格式实例如表1：03H功能码；表2：06H功能码；表3：10H功能码，所示。
监测数据的表示方法说明如下：
在通信数据帧中，数据均以整数表示，为了还原真实的测量数据，应采用如下算法：
F=I*P
其中：F－真实数据  I－整数数据  P－测量精度
例：F=I*P=99*0.01=0.99。
5、监测数据报文通用格式。
监测装置寄存器地址0000H到001FH为通用描述信息，具体定义如表4-表5。
寄存器地址从0020H开始为监测装置监测参量的定义，并且是高字节在前，低字节在后，在线监测装置的生产厂家可以根据产品的特点自定义参量的种类和存储位置。
（二）智能变电站在线监测系统站内I0接口协议配置文件主要描述监测装置的配置信息，主要包括通信配置信息以及数据表示方法。
实现综合监测单元和监测装置之间通信的灵活配置，具体说明如下：
1、基于RS485的MODBUS配置文件。
配置文件需要描述通信波特率、数据位、停止位、奇偶校验位信息；同时需要描述综合单元和监测装置通信协议所用到的名字、采样周期、mac地址，以及监测装置采集数据的参量描述信息，具体如图4所示。
2、基于TCP/IP的MODBUS配置文件。
配置文件中描述网络配置信息，包括IP地址、最大传输字节数、重传次数等信息；同时需要描述综合监测单元和监测装置通信协议所用到的IP网络信息，以及监测装置采集数据的参量描述信息，具体如图5所示。
3、参量名称定义。
智能变电站在线监测系统站内I0接口协议定义了综合监测单元与监测装置之间通信所使用的参量信息，具体如表6-表10。
4、I0接口交互规范。
I0接口交互包括综合监测单元与在线监测装置之间的数据交互、读配置交互、写配置交互、对时过程。I0接口的详细交互过程具体规定如下。
1）数据交互：综合监测单元按预定的周期向在线监测装置发送召测监测数据的命令。在线监测装置收到召测数据命令后，响应综合监测单元，综合监测单元收到监测数据并处理。
2）读配置交互：综合监测单元发送读取配置的命令，在线监测装置收到命令后，将配置信息发送给综合监测单元。
3）写配置交互：综合监测单元发送写取配置的命令，在线监测装置在收到命令后，修改自身配置信息，并将配置结果返回给综合监测单元
4）对时：综合监测单元与时间服务器时间同步的情况下综合监测单元按预定的周期给在线监测装置发送时间同步数据。在线监测装置接收到时间同步指令，修改自己的时间，并将指令执行结果返回给综合监测单元。
表1：03H功能码。
Figure BDA0000411926270000091
表2：06H功能码。
命令实例 将1号节点设置成读取历史数据模式
发送（十六进制） 01          06     00 04   00 01   09 CB
说明 设备地址 功能码 寄存器地址 寄存器值 CRC校验
返回（十六进制） 01          06     00 04   00 01   09 CB
说明 设备地址 功能码 寄存器地址 寄存器值 CRC校验
表3：10H功能码：
Figure BDA0000411926270000092
表4：基于RS485通用描述信息。
Figure BDA0000411926270000101
表5：基于TCP/IP通用描述信息。
Figure BDA0000411926270000102
表6：避雷器监测参量。
Figure BDA0000411926270000103
表7：铁心监测参量。
Figure BDA0000411926270000111
表8：SF6密度监测参量。
Figure BDA0000411926270000112
表9：环境监测参量。
Figure BDA0000411926270000113
表10：电容型设备。
Figure BDA0000411926270000114

Claims (5)

1.智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，其特征是：
定义了变电站在线监测系统监测装置和综合监测单元之间通信的报文格式，报文分类、数据通信方式、数据传输方式；
所述的通信报文格式主要包括：时间查询/设置、监测数据查询、配置信息查询/设置、报警阈值查询/设置等；
所述的数据传输方式主要包括：变电站内避雷器监测装置、铁心/夹件接地监测装置、SF6监测装置、容性设备监测装置满足I0接口规范；
变电设备在线监测系统站内I0数据通信方式中应用层采用MODBUS协议，下层优先采用RS485或TCP/IP协议。
2.根据权利要求1所述的智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，其特征是：所述的变电站在线监测系统监测装置和综合监测单元之间通信的报文格式，报文分类、数据通信方式、数据传输方式；具体如下：
（1）变电站站内接口定义；
智能变电站在线监测由站控层设备、综合监测单元、监测装置组成；其中：站控层设备包括站端监测单元、综合应用服务器、数据通信网关机；状态监测系统的接口包括两个部分：一是状态监测系统内部的接口，二是与外部系统的接口；其中I0、I1是状态监测系统内部接口，I2、I3是系统与外部系统间的接口；满足IEC 61850的装置通过I1接口接入到CAC；
（2）I0数据传输规约范围约束功能；
I0数据传输规约要求变电站内避雷器监测装置、铁心/夹件接地监测装置、SF6监测装置、容性设备监测装置要求满足I0接口规范；  数据传输采用数据帧模式，传输序列为二进制字节流；
（3） 报文分类及报文基本规范；
综合监测单元与监测装置之间的通信报文主要包括：时间查询/设置、监测数据查询、配置信息查询/设置、报警阈值查询/设置；数据通信方式约定：应用层采用MODBUS协议，下层应优先采用RS485或TCP/IP协议；
（4）监测数据报文格式；
定义监测数据交互报文格式以及监测装置信息配置模型描述文件；
（5）监测数据报文通用格式；
监测装置寄存器地址0000H到001FH为通用描述信息，寄存器地址从0020H开始为监测装置监测参量的定义，并且是高字节在前，低字节在后，在线监测装置的生产厂家可以根据产品的特点自定义参量的种类和存储位置。
3.根据权利要求2所述的智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，其特征是：所述的定义监测数据交互报文格式以及监测装置信息配置模型描述文件，具体如下：
监测数据请求报文格式，其中主要推荐功能码：
03: 读取保持寄存器  在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值； 
06:预置单寄存器  把具体二进制值装入一个保持寄存器 ； 
10:预置多个寄存器  把具体二进制值装入多个连续的保持寄存器；
其它功能码可以根据厂家需求按照MODBUS协议规范扩展；
监测数据的表示方法说明如下：
在通信数据帧中，数据均以整数表示，为了还原真实的测量数据，应采用如下算法：
       F=I*P；
其中： F－真实数据，I－整数数据，P－测量精度。
4. 根据权利要求2所述的智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，其特征是：所述的监测装置信息配置模型描述文件，主要描述监测装置的配置信息，主要包括通信配置信息以及数据表示方法；
实现综合监测单元和监测装置之间通信的灵活配置，具体如下：
（1）基于RS485的MODBUS配置文件；
配置文件需要描述通信波特率、数据位、停止位、奇偶校验位信息；同时需要描述综合单元和监测装置通信协议所用到的名字、采样周期、mac地址，以及监测装置采集数据的参量描述信息；
（2）基于TCP/IP的MODBUS配置文件；
配置文件中描述网络配置信息，包括IP地址、最大传输字节数、重传次数等信息；同时需要描述综合监测单元和监测装置通信协议所用到的IP网络信息，以及监测装置采集数据的参量描述信息；
（3）参量名称定义；
智能变电站在线监测系统站内I0接口协议定义了综合监测单元与监测装置之间通信所使用的参量信息；
（4）I0接口交互规范；
I0接口交互包括综合监测单元与在线监测装置之间的数据交互、读配置交互、写配置交互、对时过程。
5.根据权利要求4所述的智能变电站在线监测系统站内I0接口协议，其特征是：所述的I0接口交互过程具体如下：
（1）数据交互：综合监测单元按预定的周期向在线监测装置发送召测监测数据的命令；在线监测装置收到召测数据命令后，响应综合监测单元，综合监测单元收到监测数据并处理；
（2）读配置交互：综合监测单元发送读取配置的命令，在线监测装置收到命令后，将配置信息发送给综合监测单元；
（3）写配置交互：综合监测单元发送写取配置的命令，在线监测装置在收到命令后，修改自身配置信息，并将配置结果返回给综合监测单元；
（4）对时：综合监测单元与时间服务器时间同步的情况下综合监测单元按预定的周期给在线监测装置发送时间同步数据；在线监测装置接收到时间同步指令，修改自己的时间，并将指令执行结果返回给综合监测单元。
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