CN104362757B - 一种基于iec61850的变电站在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IEC61850的变电站在线监测系统，所述系统包括至少一个基于IEC61850的电网一级主站侧客户端、至少一个基于IEC61850的电网二级主站侧客户端，和至少一个IEC61850服务器。通过本发明，各级主站侧都可以通过IEC61850接入各种型号的在线监测单元的实时信息和图谱文件，统一按照IEC61850来管理、控制，极大促进智能电网的发展和应用。

Description

一种基于IEC61850的变电站在线监测系统

技术领域

本发明属于智能电网领域，特别涉及一种基于IEC61850的变电站在线监测系统。

背景技术

随着智能电网的发展，各智能变电站下接驳有各种不同类型的在线监测单元，例如SF6断路器监测单元、GIS或HGIS设备局部放电在线监测单元、电容型设备监测单元，这些设备的统一、标准化管理和控制就成为了制约智能电网发展的瓶颈。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明揭示了一种基于IEC61850的变电站在线监测系统，所述系统包括至少一个基于IEC61850的电网一级主站侧客户端、至少一个基于IEC61850的电网二级主站侧客户端，和至少一个基于IEC61850服务器，其特征在于：

所述每个电网一级主站侧客户端、二级主站侧客户端均作为MMS客户端，所述每个IEC61850服务器均作为MMS服务器；

所述每个IEC61850服务器中至少连接一个智能电子设备IED；

所述多个IEC61850服务器通过串口或以太网连接方式接入与所述智能电子设备IED连接的各种在线监测单元，并通过所述智能电子设备IED来采集所述各种在线监测单元的在线监测数据，并进一步依据所述在线监测数据生成标准的IEC61850数据模型，通过ACSI接口和服务、标准IEC61850 MMS方式发送给一级主站侧或二级主站侧客户端；

所述至少一个IEC61850服务器还通过周期性自动获取方式或触发方式来获取并存储所述各种在线监测单元的谱图文件，并以IEC61850文件服务方式或者标准IEC61850MMS方式，把谱图文件发送给一级主站侧或二级主站侧客户端。

通过本发明，各级主站侧都可以通过IEC61850接入各种型号的在线监测单元的实时信息和图谱文件，统一按照IEC61850来管理、控制，极大促进智能电网的发展和应用。

附图说明

图1为本发明一个实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

在一个实施例中，本发明公开了一种基于IEC61850的变电站在线监测系统，所述系统包括至少一个基于IEC61850的电网一级主站侧客户端、至少一个基于IEC61850的电网二级主站侧客户端，和至少一个基于IEC61850服务器，其中：

所述每个电网一级主站侧客户端、二级主站侧客户端均作为MMS客户端，所述每个IEC61850服务器均作为MMS服务器；

所述每个IEC61850服务器中至少连接一个智能电子设备IED；

所述多个IEC61850服务器通过串口或以太网连接方式接入与所述智能电子设备IED连接的各种在线监测单元，并通过所述智能电子设备IED来采集所述各种在线监测单元的在线监测数据，并进一步依据所述在线监测数据生成标准的IEC61850数据模型，通过ACSI接口和服务、标准IEC61850 MMS方式发送给一级主站侧或二级主站侧客户端；

所述至少一个IEC61850服务器还通过周期性自动获取方式或触发方式来获取并存储所述各种在线监测单元的谱图文件，并以IEC61850文件服务方式或者标准IEC61850MMS方式，把谱图文件发送给一级主站侧或二级主站侧客户端。

就上述实施例而言，各级主站侧都可以通过IEC61850接入各种型号的在线监测单元的实时信息和图谱文件，统一按照IEC61850来管理、控制。无论是其各种在线监测数据，抑或谱图文件，不论实际中是实时要求还是周期性要求，或者触发方式的要求，上述实施例都能够借由所有相关数据导向到符合IEC61850的数据模型或谱图文件，来实现信息的标准化、融合化，从而实现大范围的、基于统一标准的监测处理系统。对于本实施例而言，既然是基于IEC61850规范，那么相关通讯、数据模型、文件格式也都必然要符合IEC61850规范。

就上述实施例而言，其中谱图文件是用于记录在线监测单元的特征状态量的数据文件，用于分析监测参量与时间或相位的关系，主要有局部放电谱图、油中溶解气体出峰图、断路器检测谱图等。容易理解的，鉴于无法完整枚举和罗列，此处未列举的其他本领域谱图文件，也都可以适用于上述实施例。

更明显的，对于上述实施例而言，由于其能够以IEC61850文件服务方式或者标准IEC61850 MMS方式，把谱图文件发送给一级主站侧或二级主站侧客户端，所以该实施例实现了“一站双发”功能。

优选的，在另一个实施例中：

每个智能电子设备IED建模为一个监测IED对象，设有一个面向与其连接的各种在线监测单元唯一公用的LD对象，inst名为“LDO”；

对于与智能电子设备IED连接的各种在线监测单元，每个在线监测单元对应一个在所述LDO对象中的一个RDRE实例；

每个在线监测单元的谱图文件的生成过程如下：在RDRE实例中增加一个CDC类为INS的量测量“DO：WaveFileNum”作为每个在线监测单元的谱图文件的生成序号，该序号从1开始循环计数，每生成一个新的谱图文件，序号加1；且每当一个谱图文件生成，在线监测单元向与其连接的智能电子设备IED发送录波完成的信号；

所述至少一个IEC61850服务器获取并存储所述各种在线监测单元的谱图文件后，将谱图文件存放在COMTRADE目录下，且不主动上送所述一级主站侧或二级主站侧客户端；

所述主站侧客户端如有需求，可根据所述WaveFileNum来触发读取文件，或周期性读取文件，其中：读取文件时，对COMTRADE目录的访问参数为“COMTRADE/”。

对于该实施例而言，为了实现对变电站内所有对象的谱图文件的召唤，该实施例给出了一种具有新颖的谱图文件建模方法。

此处“LD”为逻辑设备，逻辑设备指代模型。逻辑设备建模原则，应把具有公用特性的逻辑节点组合成一个逻辑设备。逻辑设备不宜划分过多，各监测功能相关的智能电子设备IED宜采用一个逻辑设备。单个LD可链接一个或多个智能电子设备IED，一个智能电子设备IED需隶属于某个LD。

更优选的，在另一个实施例中：

所述至少一个IEC61850服务器的谱图文件的存储能力，至少确保能存储最新的10000个谱图文件。就该实施例而言，是为谱图文件的存储设定一个存储能力参数；容易理解的，随着计算设备储存能力和数据处理能力的提高，该存储能力参数还可以继续提高。此外，如果希望加强对谱图文件的管理，那么本发明所述系统也可以进一步增设谱图文件管理单元，用于保持谱图文件的最新文件，适当必要时删除旧的谱图文件；更进一步的，也可以通过谱图文件的磁盘占用比来控制谱图文件的存储。

更优选的，在另一个实施例中，所述在线监测单元包括如下一种或多种：

(1)SF6断路器监测单元；

(2)GIS或HGIS设备局部放电在线监测单元；

(3)电容型设备监测单元；

(4)电磁式电压互感器监测单元；

(5)金属氧化物避雷器监测单元；

(6)变压器油气监测单元；

(7)变压器微水监测单元。

显然，此实施例列举了本实施例可以融合的众多不同类型的在线监测单元。不言而喻的，只要符合数字化要求的本领域在线监测单元，其都可以通过本发明的上述实施例来融合到本发明中，也就是说，该实施例并未排除其他潜在的本领域中的在线监测单元。

更优选的，在另一个实施例中：

所述系统还包括定值操作单元，定值操作单元采用IEC61850中的SelectActiveSG、SelectEditSG、SetSGValues、ConfirmEditSGValues、GetSGValues和GetSGCBValues服务进行定值组控制，用于对智能电子设备IED实施召唤定值、修改定值、召唤定值区、修改定值区。

也就是说，该实施例具体限定了定值组控制功能的实现方式。召唤、总召、定值、定值区均属于本领域的规范技术用语，此处不再赘述。下文记载的缓存报告、周期报告、SCD、ICD、状态量、量测量及其对应数据集也均属于此列，同样不需赘述。

更优选的，在另一个实施例中：

所述系统还包括用于配置SCD配置文件的SCD配置单元，所述SCD配置文件为符合IEC61850规范的变电站配置描述，用于描述智能变电站内各个智能电子设备IED以及各智能电子设备IED间的逻辑联系；在所述SCD配置文件基础上，所述系统进一步实现变电站内所属的全部智能电子设备IED的ICD文件的实时编辑，所述ICD文件为智能电子设备IED厂家提供的设备能力描述文件；

对于配置好的SCD配置文件，所述SCD配置文件通过MMS文件传输方式上送一级主站侧和二级主站侧客户端备份；

为应对SCD配置文件版本可能发生因IED重启而导致的变化，对于其中某个IED，在LDO中建模SCD配置文件版本变化告警信息的数据对象，当SCD配置文件版本变化时及时通知一级主站侧和二级主站侧客户端；

其中，SCD配置文件是否因IED重启而导致变化，则通过如下方式来判断：SCD配置单元通过MMS文件传输服务或FTP服务主动从各级主站侧客户端读取最近一次备份的SCD配置文件，并在IED重启后读取当前配置的SCD配置文件，比较二者以判断是否变化，如果发生变化，SCD配置单元则利用备份的SCD配置文件回写当前配置的SCD配置文件。

对于该实施例而言，其能够有效应对SCD配置文件版本可能发生因IED重启而导致的变化。参考图1，就SCD配置单元而言，其可以属于图1所示站端通信单元，当IEC61850服务器隶属于站端通信单元时，所述SCD配置单元用于对IEC61850服务器生成SCD相关文件。

事实上，更进一步的，也可以通过SCD配置文件的多版本管理和多版本备份、以及对最近一次正确配置的SCD配置文件的备份，该实施例可以进一步实现多版本下的备份和针对性的回写当前配置的SCD配置文件，例如：

对于每一版本的正确的SCD配置文件，所述SCD配置文件通过MMS文件传输方式上送各级主站侧客户端按版本备份；

其中，是否因IED重启导致的变化则通过如下方式来判断：通过MMS文件传输服务或FTP服务主动从各级主站侧客户端读取最近一次备份的SCD配置文件，并在IED重启后读取当前配置的SCD配置文件，比较之后判断变化，如果发生变化，则利用备份的SCD配置文件回写当前配置的SCD配置文件。

更优选的，在另一个实施例中：

所述系统还包括故障信息分析模块，用于监测IED自身的通讯工况、运行工况的告警信息；其中：

所述故障信息分析模块包括故障信息配置单元，所述故障信息配置单元通过故障信息SCD文件来表征各IED的通讯工况和运行工况的告警信息，以及与各IED连接的各在线监测单元的通讯工况和运行工况的告警信息；

所述故障信息SCD文件提供给本地控制中心和所述一级、二级主站侧客户端，以供故障应对。

就该实施例而言，其意在建立统一的故障信息反馈机制，该实施例给出了具体的实现方式。优选的，故障信息分析模块可以隶属于IEC61850服务器。

更优选的，在另一个实施例中：

所述系统还包括报告服务单元和日志服务单元；

所述报告服务单元用于报告各个在线监测单元的状态量数据集和量测量数据集；

所述报告包括缓存报告、周期性报告、针对突发事件的突发性报告和总召，其中所述缓存报告用于在网络断开后暂存数据，并在网络恢复后自动上传网络断开期间未能上传的数据；

所述状态量数据集使用缓存报告控制块BRCB(Buffered Report Control Block)控制；

所述量测量数据集使用非缓存报告控制块URCB(Unbuffered Report ControlBlock)控制；

所述日志服务单元用于为所述一级或二级主站侧客户端提供日志服务；

通过对智能电子设备IED日志的消息结构和消息类型进行扩展，并增加对各智能电子设备IED日志服务的接口调用和数据结构解析与转换，使得所述日志服务单元具备两种获取日志的方式：1)具备响应所述一级或二级主站侧客户端召唤命令，以实现由IED实时召唤其日志并向所述一级或二级主站侧客户端转发的能力；2)具备直接由IEC61850服务器的日志服务单元数据库调取已有的IED日志并向所述一级或二级主站侧客户端转发的能力；

其中，所述消息包括实时变位的遥信、突发事件。

就该实施例而言，其实现了本发明所述系统的报告服务功能和日志服务功能，日志偏重于对消息的保存和管理，报告则偏重于一种反馈机制，二者存在交集。该实施例也实现了网络中断期间的暂存数据的报告机制。就本领域技术而言，突发事件当然包括了网络中断、其他原因导致的客户端失去对控制对象的监控，比如IED的重启等情形。

更优选的，在另一个实施例中：SCD配置文件的文件名以适应所属电网设备信息分类为原则来进行文件命名，至少反映电网公司、供电局、电压等级，和厂站名。此实施例意在给出一种SCD配置文件的命名标准，尽量涵盖多个级别的单位，例如，SCD文件名以《南方电网公司电网设备信息分类与编码》前13位编码命名(命名到站)：编码+分省公司_供电局_电压等级_厂站名_序号(两位)，比如500kV沙塘变13位编码为：0402815000007。

更优选的，在另一个实施例中：

对于所述对各IED日志服务的接口调用和数据结构解析与转换，具体遵循如下原则：

由于与同一IED连接多个在线监测单元，因此针对同一IED中相关联的不同相别的模拟量，分别将与所述不同相别的模拟量对应的不同在线监测单元建模在不同的LD下，每个在线监测单元对应一个在所述LD对象中的一个RDRE实例，当以非缓存性的周期报告方式上送时，要求不同非缓存报告控制块按下述步骤实现报告中报告时间一致，以使得所有IED的同一实例号的非缓存报告控制块上送的周期报告时间为同一时间值：

(1)在IEC61850服务器的报告控制块RCB(Report Control Block)被所述一级或二级主站侧客户端使能时，将同一实例号的非缓存报告控制块中已经使能的下一周期触发时间规整为同一时间值，同时确定RPT_CTRL_MAN结构体中IntgPd为所有非缓存报告控制块中设置的周期最短值，所述RPT_CTRL_MAN为同一实例号管理结构体；

(2)RPT_CTRL_MAN结构体中包括一start变量，其缺省为FALSE；

(3)IEC61850服务器定时检测非缓存性的周期报告的周期时间，如达到发送时间，当RPT_CTRL_MAN结构体中start变量为FALSE时，则将报告时间记录到同一实例号管理结构体RPT_CTRL_MAN中与本次周期报告时间所对应的变量中，同时置位start变量为TRUE，当start变量为TRUE，则报告时间使用RPT_CTRL_MAN结构体中本次周期报告时间；

(4)所有报告检测完成后置RPT_CTRL_MAN结构体中start变量为FALSE，等待下次触发周期报告。

就该实施例而言，其主要用于应对同一IED中相关联的不同相别的模拟量如何报告的问题，其中涉及了非缓存性的周期报告中报告时间一致的问题，并给出了解决方案。

以上利用具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的技术方案及其核心思想；对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

Claims (10)

1.一种基于IEC61850的变电站在线监测系统，所述系统包括至少一个基于IEC61850的电网一级主站侧客户端、至少一个基于IEC61850的电网二级主站侧客户端，和至少一个IEC61850服务器，其特征在于：

每个电网一级主站侧客户端、二级主站侧客户端均作为MMS客户端，每个IEC61850服务器均作为MMS服务器；

所述每个IEC61850服务器至少连接一个智能电子设备IED；

多个IEC61850服务器通过串口或以太网连接方式接入与所述智能电子设备IED连接的各种在线监测单元，并通过所述智能电子设备IED来采集所述各种在线监测单元的在线监测数据，并进一步依据所述在线监测数据生成标准的IEC61850数据模型，通过ACSI接口和服务、标准IEC61850MMS方式发送给一级主站侧或二级主站侧客户端；

所述至少一个IEC61850服务器还通过周期性自动获取方式或触发方式来获取并存储所述各种在线监测单元的谱图文件，并以IEC61850文件服务方式或者标准IEC61850MMS方式，把谱图文件发送给一级主站侧或二级主站侧客户端。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

每个智能电子设备IED建模为一个监测IED对象，设有一个面向与其连接的各种在线监测单元唯一公用的LD对象，inst名为“LD0”；

对于与智能电子设备IED连接的各种在线监测单元，每个在线监测单元对应一个在所述LD0对象中的一个RDRE实例；

每个在线监测单元的谱图文件的生成过程如下：在RDRE实例中增加一个CDC类为INS的量测量“DO：WaveFileNum”作为每个在线监测单元的谱图文件的生成序号，该序号从1开始循环计数，每生成一个新的谱图文件，序号加1；且每当一个谱图文件生成，在线监测单元向与其连接的智能电子设备IED发送录波完成的信号；

所述至少一个IEC61850服务器获取并存储所述各种在线监测单元的谱图文件后，将谱图文件存放在COMTRADE目录下，且不主动上送所述一级主站侧或二级主站侧客户端；

所述主站侧客户端如有需求，可根据所述WaveFileNum来触发读取文件，或周期性读取文件，其中：读取文件时，对COMTRADE目录的访问参数为“COMTRADE/”。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述至少一个IEC61850服务器的谱图文件的存储能力，至少确保能存储最新的10000个谱图文件。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述在线监测单元包括如下一种或多种：

(1)SF6断路器监测单元；

(2)GIS或HGIS设备局部放电在线监测单元；

(3)电容型设备监测单元；

(4)电磁式电压互感器监测单元；

(5)金属氧化物避雷器监测单元；

(6)变压器油气监测单元；

(7)变压器微水监测单元。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

所述系统还包括定值操作单元，定值操作单元采用IEC61850中的SelectActiveSG、SelectEditSG、SetSGValues、ConfirmEditSGValues、GetSGValues和GetSGCBValues服务进行定值组控制，用于对智能电子设备IED实施召唤定值、修改定值、召唤定值区、修改定值区。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述系统还包括用于配置SCD配置文件的SCD配置单元，所述SCD配置文件为符合IEC61850规范的变电站配置描述，用于描述智能变电站内各个IED以及各IED间的逻辑联系；在所述SCD配置文件基础上，所述系统进一步实现变电站内所属的全部IED的ICD文件的实时编辑，所述ICD文件为IED厂家提供的设备能力描述文件；

对于配置好的SCD配置文件，所述SCD配置文件通过MMS文件传输方式上送一级主站侧和二级主站侧客户端备份；

为应对SCD配置文件版本可能发生因IED重启而导致的变化，对于其中某个IED，在LD0中建模SCD配置文件版本变化告警信息的数据对象，当SCD配置文件版本变化时及时通知一级主站侧和二级主站侧客户端；

其中，SCD配置文件是否因IED重启而导致变化，则通过如下方式来判断：SCD配置单元通过MMS文件传输服务或FTP服务主动从各级主站侧客户端读取最近一次备份的SCD配置文件，并在IED重启后读取当前配置的SCD配置文件，比较二者以判断是否变化，如果发生变化，SCD配置单元则利用备份的SCD配置文件回写当前配置的SCD配置文件。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述系统还包括故障信息分析模块，用于监测IED自身的通讯工况、运行工况的告警信息；其中：

所述故障信息分析模块包括故障信息配置单元，所述故障信息配置单元通过故障信息SCD文件来表征各IED的通讯工况和运行工况的告警信息，以及与各IED连接的各在线监测单元的通讯工况和运行工况的告警信息；

所述故障信息SCD文件提供给本地控制中心和所述一级、二级主站侧客户端，以供故障应对。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述系统还包括报告服务单元和日志服务单元；

所述报告服务单元用于报告各个在线监测单元的状态量数据集和量测量数据集；

所述报告包括缓存报告、周期性报告、针对突发事件的突发性报告和总召，其中所述缓存报告用于在网络断开后暂存数据，并在网络恢复后自动上传网络断开期间未能上传的数据；

所述状态量数据集使用缓存报告控制块BRCB(Buffered Report Control Block)控制；

所述量测量数据集使用非缓存报告控制块URCB(Unbuffered Report Control Block)控制；

所述日志服务单元用于为所述一级或二级主站侧客户端提供日志服务；

通过对智能电子设备IED日志的消息结构和消息类型进行扩展，并增加对各智能电子设备IED日志服务的接口调用和数据结构解析与转换，使得所述日志服务单元具备两种获取日志的方式：1)具备响应所述一级或二级主站侧客户端召唤命令，以实现由IED实时召唤其日志并向所述一级或二级主站侧客户端转发的能力；2)具备直接由IEC61850服务器的日志服务单元数据库调取已有的IED日志并向所述一级或二级主站侧客户端转发的能力；

其中，所述消息包括实时变位的遥信、突发事件。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：SCD配置文件的文件名以适应所属电网设备信息分类为原则来进行文件命名，至少反映电网公司、供电局、电压等级，和厂站名。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：

对于所述对各IED日志服务的接口调用和数据结构解析与转换，具体遵循如下原则：

由于与同一IED连接多个在线监测单元，因此针对同一IED中相关联的不同相别的模拟量，分别将与所述不同相别的模拟量对应的不同在线监测单元建模在不同的LD下，每个在线监测单元对应一个在所述LD对象中的一个RDRE实例，当以非缓存性的周期报告方式上送时，要求不同非缓存报告控制块按下述步骤实现报告中报告时间一致，以使得所有IED的同一实例号的非缓存报告控制块上送的周期报告时间为同一时间值：

(1)在IEC61850服务器的报告控制块RCB(Report Control Block)被所述一级或二级主站侧客户端使能时，将同一实例号的非缓存报告控制块中已经使能的下一周期触发时间规整为同一时间值，同时确定RPT_CTRL_MAN结构体中IntgPd为所有非缓存报告控制块中设置的周期最短值，所述RPT_CTRL_MAN为同一实例号管理结构体；

(2)RPT_CTRL_MAN结构体中包括一start变量，其缺省为FALSE；

(3)IEC61850服务器定时检测非缓存性的周期报告的周期时间，如达到发送时间，当RPT_CTRL_MAN结构体中start变量为FALSE时，则将报告时间记录到同一实例号管理结构体RPT_CTRL_MAN中与本次周期报告时间所对应的变量中，同时置位start变量为TRUE，当start变量为TRUE，则报告时间使用RPT_CTRL_MAN结构体中本次周期报告时间；

(4)所有报告检测完成后置RPT_CTRL_MAN结构体中start变量为FALSE，等待下次触发周期报告。