CN103683218B - 基于hsr环网的分布式母线保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于HSR环网的分布式母线保护装置，每个母线连接间隔配置一个间隔单元，各间隔单元间采用双向环网拓扑结构连接，每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据与开关量数据通过以太网口与其他间隔共享，各间隔单元之间采用HSR双环网方式连接。本发明采用HSR环网技术及法兰盘旁路提高了母线保护的可靠性，由于各间隔配置统一，扩展性强。分布式母线保护各个间隔可以单独为一个装置，可以和就地的线路保护等集成，节省了空间且优化了数据流。

Description

基于HSR环网的分布式母线保护装置
技术领域
本发明属于电力系统继电保护母线保护装置的新方法。具体讲是基于HSR环网的分布式母线保护装置，能够同时适用于智能变电站保护和传统变电站保护，满足母线保护就地下放的要求。
背景技术
新一代智能化变电站层次化保护控制系统将保护分解为就地级，站域级，广域级三个层次。母线保护属于就地级保护，应能满足就地下放的要求。
国内外就地化保护研究，总体而言国外更加领先，保护装置可以做到无防护就地安放，目前国内的就地化保护现阶段采用预制仓/智能组件柜等方式，逐步实现无防护安放。对于分布式母差保护，国内外实现方式有多种，一种是主机加子机的配置方案，属于有主式母差保护，这也是目前国内智能化变电站采用的方案。此方案从某种程度上讲母差保护仍属于集中式保护，并没有做到真正的分布。主机出现问题时，母差保护闭锁，若非双重化配置，则母线失去保护。由于目前智能站采用点对点配置方案，集中式母线保护光口众多，目前方案无法较好解决功耗及发热问题。第二种是分布式的子机，相互之间通过串口方式通信，无主式实现。此方案国内早期相关专家和科研机构做过研究，未见成熟产品应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于HSR环网的分布式母线保护装置，满足母线保护就地化要求。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个母线连接间隔配置一个间隔单元，各间隔单元间采用双向环网拓扑结构连接，每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据(支持传统采样及数字采样)与开关量数据(支持传统方式及GOOSE方式）通过以太网口与其他间隔共享，各间隔单元之间采用HSR双环网方式连接，由于采用了HSR（High-availability Seamless Ring，高可用无缝环网协议,）双环网，任意节点单环断链不影响共享数据的完备性。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：各间隔单元中任意两个间隔单元配置HMI（人机交互）模件组成双网冗余接入后台系统，同时所述两个间隔单元同时接入对时系统。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个间隔单元的结构相同，每个间隔单元包括CPU和FPGA，CPU与FPGA连接，FPGA支持来自本间隔的合并单元的数字采样以及来自交流模件输入经AD采集的传统采样；同时提供2个接口用于点对点及组网方式的GOOSE开关量；FPGA采集采样数据和GOOSE开关量数据后转发本间隔CPU进行逻辑运算，同时通过内部2个千兆HSR环网接口转发给其他间隔完成数据共享；CPU采集传统开关量，通过FPGA转发给其他间隔。CPU与FPGA维护各自的状态信号并通过LED来显示。CPU通过HMI（人机交互模件）与后台监控系统进行信息交互，同时支持PC侧软件（虚拟工作台）完成人机交互功能。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个间隔单元均配置法兰盘， HSR双环网通过法兰盘进行转接后接入间隔单元的环网接口。当间隔2因故停用或者检修退出运行时，可通过法兰盘旁路跳线将本间隔从环网中隔离，不影响其他间隔的正常运行，当本间隔恢复时，解除旁路跳线即可无缝接入环网。由于采用双环网，在进行旁路跳线操作时，各间隔保护仍能可靠运行。
基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：各间隔的间隔单元通过HSR实现信息共享后，独立进行母线保护逻辑计算，保护动作后，根据地址信息仅对本间隔动作出口；正常运行时，两个间隔组成的双网同时与后台系统进行信息交互，同时接收对时系统授时，当其中一个间隔检修或者停用时，另一间隔保证正常运行。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：对于以GOOSE方式的传输开关量，选取任意两个间隔的组网接口通过交换机与其他间隔保护、故障录波及网络分析仪进行信息交互，当其中一个间隔检修或者停用时，另一个间隔正常进行信息交互。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：各间隔单元根据本间隔的地址信息对过程层配置进行解析，仅处理过程层配置在本机地址下的采样及开关量，采样信息通过过程层不同配置项采用传统方式及IEC61850-9-2两种方式，开关量信息通过过程层不同配置项采用传统DIO及GOOSE方式。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：当通过后台系统或者HMI（人机交互）模件在间隔A进行母线保护定值压板固化时，间隔A通过HSR环网中特定管理报文同时发送至包括间隔B在内的其他间隔，通过设定的报文保证其同步性。由于各间隔对等，上述操作也可在间隔B或者其他间隔实现。
前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：通过软件固化在FLASH中的软地址以及FPGA采集的位于母板侧的硬件地址的相互校验完成FPGA间隔地址校验。
采用固定延时（传统采样采用采样节拍，数字采样采用合并单元额定延时）加测量延时（环网节点间的传输延时，根据特殊管理报文实时测量）得到环网中各间隔采样到达本间隔的延时，通过软件插值的方法保证采样的同步性。该采样同步方法不依赖于外部同步源，具有很高的可靠性和实用性。
分布式母线保护解决了母线保护功能的跨间隔实现，每个间隔地位对等，仅有间隔单元，无主单元。各间隔单元可与其他间隔保护就地安装。间隔单元之间采用HSR 实时冗余备份网络，带宽为千兆，极大保证了保护装置通讯的可靠性。
分布式母线保护各间隔单元配置一致，各间隔共享其他间隔的采样，开关量信息，独立完成母线保护功能。各间隔母线保护动作后仅切除本间隔开关，具有很高的可靠性。
分布式母线保护采样同步不依赖于外部同步源，母线保护的定值压板同步可由任意间隔完成。
分布式母线保护采用法兰盘解决母线保护单间隔检修停用的问题。
本发明的有益效果是：
（1）分布式母线保护各个间隔可以单独为一个装置，在远期可以和就地的线路保护等集成，节省了空间且优化了数据流，是母线保护就地化技术的一个很好的发展方向。
（2）各间隔采用统一配置，扩展性好。母线连接间隔的增减只需配置间隔单元的增减。而配置方式的改变，也只是各间隔单元中过程层配置及模件的改变。
（3）整体性能良好，由于点对点通过不同间隔单元实现，有效解决了装置的整体集中发热及功耗等问题，由于采用了HSR环网及法兰盘等技术，提高了整体可靠性。
附图说明
图1 基于HSR环网的分布式母线保护装置整体架构图；
图2 单间隔配示意置图；
图3 间隔间数据交互示意图；
图4 基于光旁路开关及法兰盘间隔退出示意图。
具体实施方式
以下结合框图对本发明做具体介绍。
图1为基于HSR环网的分布式母线保护装置整体架构图。如图所示母线保护由若干对等的间隔单元构成，间隔单元配置数量与母线连接间隔个数一致。各间隔单元间采用双向环网拓扑结构。每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据(支持传统采样及数字采样),开关量数据(支持传统方式及GOOSE方式）通过以太网口与其他间隔共享。由于采用了HSR双环网，任意节点单环断链不影响共享数据的完备性。
考虑到间隔单元退出后母线保护的完备性，任意选取两个间隔配置HMI（人机交互）模件组成双网冗余接入后台系统，该两个间隔同时接入对时系统。正常运行时，两个间隔组成的双网同时与后台系统进行信息交互，同时接收对时系统授时。当其中一个间隔检修或者停用时，另一间隔仍能保证保证其完备性。对于以GOOSE方式的传输开关量，选取任意两个间隔的组网接口通过交换机与其他间隔保护，故障录波，网络分析仪等设置进行信息交互。当其中一个间隔检修或者停用时，仍能保证交互信息的完备性。
图2为单间隔示意图。各间隔采用如图2所示相同的硬件配置，过程层配置，软件配置。各间隔单元根据本间隔的地址信息（软件地址写入FLASH，硬件地址配置在母板，两者相互校验，不一致时提供告警信息）对过程层配置进行解析，仅处理过程层配置在本机地址下的采样及开关量。对于采样信息通过过程层不同配置项支持传统方式及IEC61850-9-2两种，对于开关量信息通过过程层不同配置项支持传统DIO及GOOSE方式。各间隔通过HSR实现信息共享后，独立进行母线保护逻辑计算，保护动作后，根据地址信息仅对本间隔动作出口。
图3为间隔间数据交互示意图。如图所示当通过后台系统或者HMI（人机交互）模件再间隔A进行母线保护定值压板固化时，间隔A通过HSR环网中特定管理报文同时发送至包括间隔B在内的其他间隔，通过一定的报文能够保证其同步性。由于各间隔对等，上述操作也可在间隔B或者其他间隔实现。
采用固定延时（传统采样采用采样节拍，数字采样采用合并单元额定延时）加测量延时（环网节点间的传输延时，根据特殊管理报文实时测量）得到环网中各间隔采样到达本间隔的延时，通过软件插值的方法保证采样的同步性。该采样同步方法不依赖于外部同步源，具有很高的可靠性和实用性。
图4为基于法兰盘间隔退出示意图。如图所示各间隔单元配置法兰盘，间隔1环网经间隔1法兰盘转出后经过间隔2法兰盘A口进入，经内部跳线连接B后接入间隔2间隔的环网接口，另一环网经CD接口与间隔3连接。当间隔2因故停用或者检修退出运行时，可通过法兰盘旁路跳线将本间隔法兰盘BC端口连接，从而将间隔2从环网中隔离，不影响其他间隔的正常运行。当本间隔恢复时，解除旁路跳线即可无缝接入环网。由于采用双环网，在进行旁路跳线操作时，各间隔保护仍能可靠运行。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个母线连接间隔配置一个间隔单元，各间隔单元间采用双向环网拓扑结构连接，每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据与开关量数据通过以太网口与其他间隔共享，各间隔单元之间采用高可用无缝环网协议双环网方式连接，每个间隔单元的结构相同，每个间隔单元包括CPU和FPGA，CPU与FPGA连接，FPGA支持来自本间隔的合并单元的数字采样以及来自交流模件输入经AD采集的传统采样；同时包括2个接口用于点对点及组网方式的GOOSE开关量；FPGA采集采样数据和GOOSE开关量数据后转发本间隔CPU进行逻辑运算，同时通过内部2个千兆高可用无缝环网协议环网接口转发给其他间隔完成数据共享；CPU采集传统开关量，通过FPGA转发给其他间隔。
2.根据权利要求1所述的基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置，其特征在于：各间隔单元中任意两个间隔单元配置人机交互模件组成双网冗余接入后台系统，同时所述两个间隔单元同时接入对时系统。
3.根据权利要求1所述的基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个间隔单元均配置法兰盘，高可用无缝环网协议双环网通过法兰盘进行转接后接入间隔单元的环网接口。
4.基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：各间隔的间隔单元通过高可用无缝环网协议实现信息共享后，独立进行母线保护逻辑计算，保护动作后，根据地址信息仅对本间隔动作出口；正常运行时，两个间隔组成的双网同时与后台系统进行信息交互，同时接收对时系统授时，当其中一个间隔检修或者停用时，另一间隔保证正常运行。
5.根据权利要求4所述的基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：对于以GOOSE方式的传输开关量，选取任意两个间隔的组网接口通过交换机与其他间隔保护、故障录波及网络分析仪进行信息交互，当其中一个间隔检修或者停用时，另一个间隔正常进行信息交互。
6.根据权利要求4所述的基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：各间隔单元根据本间隔的地址信息对过程层配置进行解析，仅处理过程层配置在本机地址下的采样及开关量，采样信息通过过程层不同配置项选用传统方式或IEC61850-9-2方式，开关量信息通过过程层不同配置项选用传统DIO或GOOSE方式。
7.根据权利要求5所述的基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：当通过后台系统或者人机交互模件在间隔A进行母线保护定值压板固化时，间隔A通过高可用无缝环网协议环网中特定管理报文同时发送至包括间隔B在内的其他间隔。
8.根据权利要求5所述的基于高可用无缝环网协议环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：通过软件固化在FLASH中的软地址以及FPGA采集的位于母板侧的硬件地址的相互校验完成FPGA间隔地址校验。
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