CN104485737B - 一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法，采用智能巡检方式实时接收继电保护和测控装置发送的GOOSE报文，对稳态报文和突变报文进行智能判断接收处理，既保证了快速动作出口的实时性，又避免长时间大量占用CPU资源影响装置稳定性和其他任务的处理；同时将断路器和刀闸的保护控制指令进行解析并区分为不同优先级，硬件上通过预出口结合CPU及FPGA，最终实现分优先级在4ms～7ms不等的时间内实现快速可靠地出口。

Description

一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法

技术领域

本发明属于电力系统变电站自动化技术领域，涉及一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法。

背景技术

智能终端是智能变电站中接收数字信号，实现对断路器和刀闸等一次设备控制操作的智能装置；GOOSE报文是符合DL/T 860变电站通信网络与系统标准定义的网络报文。智能终端作为过程层关键设备，承担着一次设备状态采集和控制的重要任务，是智能变电站过程层关键设备之一。它通过GOOSE接收继电保护装置和测控装置的命令，对断路器和刀闸等一次设备实现出口控制，是智能终端最重要的功能。

继电保护装置指当电力系统中的电力元件或电力系统本身发生故障时，能够及时告警并向所控制的断路器发出跳闸命令以终止故障的设备。测控装置指能够接收后台指令，向智能接口等执行器发出刀闸等控制命令的设备。

在常规变电站中，保护装置动作后直接驱动断路器等设备，而在智能变电站中，增加了智能终端通过网络传输命令、网络接收GOOSE报文和报文解析校验等环节，理论上会使保护跳闸时间增加。因此智能终端从接收到GOOSE命令到驱动出口成功动作的时间，即智能终端的出口时间，是智能终端的关键指标，决定着继电保护装置能否快速动作以切除故障防止故障扩大，出口时间这个指标要求尽可能短。相关技术规范规定，智能终端接收到1帧跳闸GOOSE报文就应该响应出口，且动作时间应不大于7ms，但仅出口继电器本身的固有动作时间就在3ms左右，加上网络延迟和装置处理等环节很难满足指标，因此需要采取新的设计方法实现快速出口。而继电保护装置和测控装置对断路器和刀闸的不同操作对出口时间的要求不同，需要设计不同的控制策略，实现不同命令对应的出口时间也不同。

另一方面，由于控制命令通过网络传输，可能受到干扰或者损坏，必须对网络报文进行解析和校验，以保证报文的完整、有效，避免在网络异常、报文损坏、命令重复等异常情况下进行出口。因此，需要进行在保证安全可靠的前提下进行实时快速出口，否则，有可能造成误动作，会造成巨大的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法，

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法，包括如下步骤：

(1)智能变电站智能终端的FPGA接收GOOSE报文，进行校验，通过后发给CPU，若校验不正确认为报文已损坏丢弃；

(2)CPU巡回检测继电保护装置和测控装置发送的GOOSE报文，对突变报文和稳态报文进行判断接收，并采取不同的方式进行解析处理；

(3)将通过GOOSE报文解析的继电保护装置和测控装置发送的命令进行解析并区分为不同的优先级进行出口控制：对优先级最高的命令实行预出口；对于其余优先级的命令，按照优先级的高低分别延时对应时间后再进行出口动作。

所述步骤(3)中，在进行出口控制时，出口回路采用双重驱动，驱动继电器采用光MOS继电器，出口继电器采用快速电磁继电器；驱动继电器先于出口继电器被驱动，晚于出口继电器返回，出口继电器只有当驱动继电器已经动作闭合时才能够成功动作出口；如果出口继电器在驱动过程中驱动继电器返回则出口继电器也不能动作出口。

继电保护装置和测控装置发送的命令区分为3个优先级：保护跳断路器为最高优先级A；保护合断路器、测控合断路器、测控分断路器为优先级B；分刀闸、合刀闸命令为优先级C。

对优先级为A的命令进行预出口的过程如下：在CPU解析到GOOSE报文的数据帧为保护跳断路器指令时，立即开始预驱动出口继电器；然后对接收到的GOOSE报文进行强校验，如果校验通过，则继续出口，如果检验不通过，则认为该帧报文异常，不能驱动出口，立即撤销对出口继电器的驱动。

所述步骤(2)中，如果判定接收的报文为突变报文，则立即把突变报文的解析作为最高优先级的任务，抢占可调度资源，同时将低优先级的任务进行阻塞；若判定为稳态报文时，则将稳态报文的解析处理作为低优先级任务，等待高优先级任务结束后再进行处理。

智能终端对接收到的GOOSE报文进行两轮校验：第一轮首先由FPGA在物理层进行CRC校验，校验无误则认为该帧报文未损坏，可提供给CPU使用；然后由CPU对GOOSE报文进行解析后，进行第二轮校验，对GOOSE报文依据标准GOOSE库进行强校验，如校验结果正确，继续出口，如校验结果不正确，则认为报文异常，取消出口。

本发明智能变电站智能终端的分级出口控制方法采用智能巡检方式实时接收继电保护和测控装置发送的GOOSE报文，对稳态报文和突变报文进行智能判断接收处理，既保证了快速动作出口的实时性，又避免长时间大量占用CPU资源影响装置稳定性和其他任务的处理；同时将断路器和刀闸的保护控制指令进行解析并区分为不同优先级，硬件上通过预出口结合CPU及FPGA，最终实现分优先级在4ms～7ms不等的时间内实现快速可靠地出口。

出口回路实行双重驱动，由于驱动继电器动作速度快，当驱动继电器动作后对出口继电器的驱动相当于两个继电器的驱动电源一起加载到出口继电器的线圈上，为继电器动作提供更大功率达到快速驱动的效果。

附图说明

图1是智能终端的分级出口控制流程图；

图2是GOOSE报文事件传输机制示意图；

图3是智能巡检接收稳态和突变报文示意图；

图4是双重驱动出口回路示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示，本发明提供了一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法，包括如下步骤：

(1)智能变电站智能终端的FPGA接收GOOSE报文，进行校验，通过后发给CPU，若校验不正确认为报文已损坏丢弃。

根据IEC61850系列标准，GOOSE报文的传输服务是由应用层到表示层编码后，直接映射到底层(数据链路层和物理层)，不经过网络层和传输层，并采用交换式以太网技术保证报文的实时传输。为了保证GOOSE报文传输的实时性，在GOOSE传输机制中有以下重要参数：GOOSE报文最长传输时间T0,GOOSE报文最短传输时间T1,状态改变计数stNumber和事件序列计数sqNumber。

在稳态情况下，即保护和测控装置未产生新的命令，GOOSE控制块数据集的各个数据没有发生变化，保护和测控装置将稳定地以T0间隔循环发送GOOSE报文，stNumber不变，每发送一帧报文，sqNumber加1(到最大值后将归零重新计数)。当有新的命令如需要进行保护跳断路器或者测控合刀闸等，保护和测控装置将立即发送事件变化报文，报文中的stNumber和sqNumber都会加1；在变化事件发送完成一次后，以最短时间间隔，快速重传两次变化报文；在三次快速传输完成后，以T2、T3时间间隔各传输一次报文，然后再次进入稳态传输过程，如图2所示。

(2)CPU巡回检测继电保护装置和测控装置发送的GOOSE报文，对突变报文和稳态报文进行判断接收，并采取不同的方式进行解析处理，并分配相应的CPU资源。

如图2所示，智能终端的CPU接收到GOOSE报文后，首先将报文中的stNumber与存储的上一帧报文的stNumber进行对比，如果变化，说明是突变报文，则立即把突变报文的解析作为最高优先级的任务，抢占可调度资源，同时将低优先级的任务进行阻塞；如果不变，说明是稳态报文，则将稳态报文的解析处理作为低优先级任务，等待高优先级任务结束后再进行处理。通过这样的方式，避免在GOOSE报文的接收和解析环节占用过多时间。

(3)将通过GOOSE报文解析的继电保护装置和测控装置发送的命令进行解析并区分为不同的优先级进行出口控制：对优先级最高的命令实行预出口；对于其余优先级的命令，按照优先级的高低分别延时对应时间后再进行出口动作。

继电保护装置和测控装置发送的5种命令区分为3个优先级：保护跳断路器为优先级A；保护合断路器，测控合断路器，测控分断路器,为优先级B；分刀闸，合刀闸命令为优先级C。其中，对优先级为A的命令实行预出口。

如图4所示，出口回路实行双重驱动设计，其中出口继电器采用快速电磁继电器，动作时间小于4ms，驱动继电器采用光MOS继电器，动作时间0.3ms；驱动继电器总会先于出口继电器被驱动，晚于出口继电器返回。出口继电器只有当驱动继电器已经动作闭合时才能够成功动作出口；如果出口继电器在驱动过程中驱动继电器返回则出口继电器也不能动作出口。

如图1所示，对于优先级为A的命令进行预出口，即在CPU解析到GOOSE报文的数据帧为保护跳断路器指令时，立即驱动出口继电器和驱动继电器；然后对GOOSE报文进行第二轮强校验，如果校验通过，则继续出口，如果检验不通过，则认为该帧报文异常，不能驱动出口，立即撤销对驱动继电器和出口继电器的驱动，由于驱动继电器动作速度远远快于出口继电器，因此在撤销出口命令时可以迅速切断出口继电器的电源，使其快速返回。

对于优先级为B和C的命令，CPU合理调度资源进行强校验确认命令后，进行相应延时后驱动出口继电器进行动作。优先级B的出口时间小于6ms，优先级C的出口时间小于7ms。

智能终端对接收到的GOOSE报文进行：第一轮，首先由FPGA在物理层进行CRC校验，校验无误则认为该帧报文未损坏，可提供给CPU使用；然后由CPU对GOOSE报文进行解析，通过报文头、MAC地址、appID等判断是否为保护跳断路器指令，如是则立即预出口，然后进行第二轮校验，对GOOSE报文依据标准GOOSE库进行强校验，如校验结果正确，继续出口，如校验结果不正确，则认为报文异常，取消出口；如果判断不是保护跳断路器指令，则在进行强校验并做相应延时后再驱动相应出口。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能变电站智能终端的分级出口控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)智能变电站智能终端的FPGA接收GOOSE报文，进行校验，通过后发给CPU，若校验不正确认为报文已损坏丢弃；

(2)CPU巡回检测继电保护装置和测控装置发送的GOOSE报文，对突变报文和稳态报文进行判断接收，并采取不同的方式进行解析处理；

(3)将通过GOOSE报文解析的继电保护装置和测控装置发送的命令进行解析并区分为不同的优先级进行出口控制：对优先级最高的命令实行预出口；对于其余优先级的命令，按照优先级的高低分别延时对应时间后再进行出口动作；

继电保护装置和测控装置发送的命令区分为3个优先级：保护跳断路器为最高优先级A；保护合断路器、测控合断路器、测控分断路器为优先级B；分刀闸、合刀闸命令为优先级C；

对优先级为A的命令进行预出口的过程如下：在CPU解析到GOOSE报文的数据帧为保护跳断路器指令时，立即开始预驱动出口继电器；然后对接收到的GOOSE报文进行强校验，如果校验通过，则继续出口，如果检验不通过，则认为该帧报文异常，不能驱动出口，立即撤销对出口继电器的驱动。

2.根据权利要求1所述的智能变电站智能终端的分级出口控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在进行出口控制时，出口回路采用双重驱动，驱动继电器采用光MOS继电器，出口继电器采用快速电磁继电器；驱动继电器先于出口继电器被驱动，晚于出口继电器返回，出口继电器只有当驱动继电器已经动作闭合时才能够成功动作出口；如果出口继电器在驱动过程中驱动继电器返回则出口继电器也不能动作出口。

3.根据权利要求1所述的智能变电站智能终端的分级出口控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，如果判定接收的报文为突变报文，则立即把突变报文的解析作为最高优先级的任务，抢占可调度资源，同时将低优先级的任务进行阻塞；若判定为稳态报文时，则将稳态报文的解析处理作为低优先级任务，等待高优先级任务结束后再进行处理。

4.根据权利要求1所述的智能变电站智能终端的分级出口控制方法，其特征在于，智能终端对接收到的GOOSE报文进行两轮校验：第一轮首先由FPGA在物理层进行CRC校验，校验无误则认为该帧报文未损坏，可提供给CPU使用；然后由CPU对GOOSE报文进行解析后，进行第二轮校验，对GOOSE报文依据标准GOOSE库进行强校验，如校验结果正确，继续出口，如校验结果不正确，则认为报文异常，取消出口。