CN104701979A - 一种保护测控集成装置和保护测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种保护测控集成装置和保护测控方法，主要应用于110kV及以下电压等级的智能变电站。关键在于保护功能和测控功能集成在一台装置上，分别通过两个相互独立的CPU实现，同时公用的人机接口也通过单独的CPU实现，在功能集成的同时保持了相对的独立性。本发明通过保护测控集成装置的实现节约了变电站建设成本，同时也提供了保护和测控功能的集中实现方法。基于本发明的一种保护测控集成装置，通过过程层插件接收来自合并单元的采样数据和来自智能终端及其它保护设备的GOOSE信息，同时满足保护和测控功能的需求。该装置可用于智能变电站110kV及以下电压等级线路、母联、分段等保护测控一体化装置。

Description

一种保护测控集成装置和保护测控方法

技术领域

本发明电力系统继电保护及控制技术领域，尤其涉及新一代智能变电站自动化系统保护测控集成装置和方法。

背景技术

继电保护和测控装置是电力系统的重要组成部分，它对保证系统安全运行起着非常重要的作用。尤其是在智能变电站自动化系统中，IEC61850标准及电子互感器的应用对间隔层的保护、测控装置有了新的要求。

传统变电站中，保护测控一体化的运用在35kV及以下电压等级的系统中已经实现；而在高电压等级的电力系统中，保护和测控功能分别采用独立的装置实现。近年来的数字化变电站的建设中，在110kV及以上电压等级出现了保护测控一体化的装置，但多是通过一个CPU来同时完成保护和测控功能。任一功能的参数、配置或硬件的损坏都会同时造成两种功能的缺失，设备的可靠性不能满足运行的要求。

在以“结构布局合理、系统高度集成、技术装备先进、经济节能环保、支持调控一体”为技术特征的新一代智能变电站中，为满足高可靠性、高智能化、易施工、便扩展、轻维护的建设、运行与检修的要求，全面支撑调控一体，助力电网发展方式的转变，提出了110kV及以下电压等级系统保护和测控装置一体化集成的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种保护测控集成装置和保护测控方法，实 现智能变电站中110kV及以下电压等级系统保护装置和测控装置的集成。

一种保护测控集成装置，包括：

MMI插件，MMI插件用于完成就地操作和与站控层的通讯，并接收来自站控层的互锁信息，发送到测控CPU，用于实现联闭锁功能；NPI插件，NPI插件接收来自过程层的采样数据和GOOSE信息，分别发送到测控CPU和保护CPU，用于实现保护和测控功能；保护CPU，保护CPU通过分析接收到的数据，判断是否为故障，输出相应的告警信号或跳闸出口信息，并通过人机接口MMI插件和过程层NPI插件将信息发送至站控层和过程层；测控CPU，测控CPU通过分析接收到的数据，通过计算输出相应的测量、遥信信息，并通过MMI插件和NPI插件将信息发送至站控层和过程层；I/O插件，用于开入和开出。

一种保护测控方法，保护功能和测控功能集成在一台装置上实现，分别由独立的CPU完成，包括测控CPU和保护CPU；保护CPU和测控CPU通过光纤接口接收来自合并单元和智能终端的采样数据及GOOSE信息；测控CPU通过分析接收到的数据，通过计算输出相应的测量、遥信信息；将信息发送至站控层和过程层；保护CPU通过分析接收到的数据，判断是否为故障，输出相应的告警信号或跳闸出口信息，将信息发送至站控层和过程层。

通过MMI插件和NPI插件将信息发送至站控层和过程层。

站控层下发的遥控命令通过MMI插件发送至测控CPU，通过其遥控功能，并判断联闭锁状态，将遥控命令通过NPI插件发送至智能终端，以实现对断路器及刀闸的遥控操作。

NPI插件完成与保护CPU插件一致的保护启动逻辑，仅当保护启 动后才允许GOOSE跳闸信号发出。

采用多CPU结构，各个CPU功能独立，相互配合，使得装置的功能和处理能力得到提高，有力地保证了保护的快速可靠出口、遥测量的实时在线完成、遥信时间的快速处理上送，同时也提高了抗干扰能力。

有丰富的硬件资源支持，保证了遥测量的高精度，且在就地实时完成有功功率、无功功率、功率因数等的计算，并完成有功电度、无功电度的实时累加，而不是在站控层离线计算。

具有功能强大、方便易用的配套工具，可同时支撑装置研发、工程实施、用户配置等环节。首先，可视化装置设计工具提供了装置设计的环境，在装置研发的初始阶段方便61850标准建模的实施；其次，配置工具保证了icd模型的规范性；虚端子工具方便了装置配置文件的生成，同时波形分析工具将继电保护逻辑图通过.des文件清晰再现了故障过程中各保护功能元件的动作逻辑及先后顺序。

附图说明

图1是保护测控集成装置的模型示意图。

图2是过程层配置示意图。

具体实施方式

本发明的一种保护测控方法主要包括：

保护功能和测控功能集成在一台装置上实现，分别由独立的CPU完成。保护CPU提供了主保护和后备保护功能，测控CPU提供了遥测、遥信、遥控、同期合闸、电能计量、逻辑闭锁等功能，且可根据实际工程的具体需求进行配置。

人机接口的处理由单独的CPU实现，保证了操作的方便性和独立 性，同时兼备了与不同CPU通讯的独立性。

保护CPU和测控CPU通过光纤接口接收来自合并单元和智能终端的采样数据及GOOSE信息，该功能由过程层插件实现。该插件提供多个光纤接口，通过不同的配置可实现多种数据接收模式。

可提供保护CPU和测控CPU公用的就地开入和开出，该功能由I/O插件实现。该插件提供的开入可满足检修压板等强电开入的设置，开出可以满足失灵、跳闸及信号的输出。

可配置测控CPU专用的就地遥信开入，该功能由开入插件实现。

保护功能和测控功能集中在一台装置上实现，减少了变电站内装置的数量，对于站控层和过程层网络简化了二次接线及交换机端口，取消了相应的直流、信号及对时接线。

保护测控集成装置具备多个不同用途的以太网通讯接口，满足了与站控层和过程层的通信，适应不同类型数据的传输，实现了站控层通信和逻辑互锁功能。同时装置具备多个光纤通讯端口，用于接收过程层采样数据和GOOSE信息，用于保护和测控逻辑的演算。装置通过站控层以太网通讯端口向站控层上送保护动作信号和测量信息，同时通过过程层光纤通讯端口向过程层发送GOOSE报文，实现信号的传输和保护跳闸的功能。

保护功能和测控功能分别由独立的CPU板卡实现，测控板卡的损坏不影响保护板卡的功能，这样保证了保护和测控功能的相对独立性，既提供了可靠的保护功能，同时也保证了精确的测控功能。

装置具备良好的互操作性。保护和测控单元均按照IEC61850系列标准建模，保证了信息模型应用、通信服务应用、通信服务映射和通信协议栈实现等方面的一致性。

对过程层数据处理的灵活性，针对智能变电站过程层数据发送的不同模式，可采用不同的应对策略。在满足测控功能的组网模式要求的同时，对于保护功能模块，支持以下不同的通信模式：SV直采和GOOSE直跳模式、SV过程层网络接收及GOOSE网络跳闸的模式、SV/GOOSE和站控层共网的三层一网模式；对于直采直跳模式，既支持SV和GOOSE独立网口的情况，也支持SV和GOOSE共口的情况。

过程层插件处理器还完成了与保护CPU插件一致的保护启动逻辑，仅当保护启动后才允许GOOSE跳闸信号发出。

支持对过程层NPI插件光纤通信的收发光强等状态进行监视，可直观地表明装置的物理通信链路的状态，以满足智能变电站就地化继电保护装置的状态检修需求。

保护和测控的实现建立在统一的软硬件平台上，为程序的实现、管理和升级维护等提供方便。

对时方式多样化，该保护测控装置支持IRIG-B码对时、秒/分脉冲对时、IEEE1588对时。装置自身有对时钟源的判断和选择功能，保证了对时的精度，满足了智能电网的“在极端情况下的可靠运行”的需求。

保护测控集成装置的原理结构如图1所示：主要包括人机管理MMI插件、保护CPU插件、测控CPU插件、过程层NPI插件、I/O插件和可配置的光B码对时插件。

该装置还包括电源插件、背板、液晶和面板按键等。

人机管理MMI插件完成人机对话的功能，采用类WINDOWS菜单，提供灵活及人性化的操作界面。保护模块和测控模块有独立的人机对话菜单。在背板上通过两个以太网总线分别与测控CPU、保护CPU进 行通讯，接收电B码或来自光B码对时插件的对时信号，向保护CPU、测控CPU、过程层NPI插件分别下发对时脉冲，以保证装置的对时功能。该插件具有检测CPU插件个数是否正确的功能，当登记CPU个数与设置不符时，输出告警信息，但仍能够保持与正常CPU插件通讯的功能。该插件提供3个以太网接口，可以实现与站控层的通讯，同时支持接收站控层网络GOOSE收发功能，以实现测控逻辑互锁功能。

保护、测控CPU插件分别独立完成保护和测控功能，两CPU相对独立，具有可各自独立整定的定值、定值区、软压板、参数等信息，两插件具有完全相同硬件结构和软件平台，其优点在于维护便利、功能独立。

过程层NPI插件通过光口接收来自过程层的信息，包括来自合并单元的SV采样数据和来自智能终端的GOOSE信息，在背板上通过两个以太网总线分别与测控、保护CPU进行通讯。同时，将保护CPU和测控CPU的GOOSE开出按照不同的组发送至过程层网络。保护、测控CPU通过以太网总线发送重采样脉冲至过程层NPI插件，对来自过程层合并单元的SV采样数据进行重采样，生成不同频率的采样数据，以支持保护和测控功能的不同需求。该插件可提供多个光口，支持各种通讯模式的配置，各光口采用可插拔的独立光模块，方便不同配置的实现，同时利于硬件的维护和更换。

同时，过程层NPI插件选取了自带光纤收发功率的光电转换模块，运行环境温度可达85℃以上，并且可以自检测收发光功率、工作电压、器件核心部分运行温度等参数。保护CPU插件的软件模块中增加读取光模块的实时运行参数，并将光收发功率(单位mW)转换为可读性更强的光强度(单位dB)，通过液晶显示，并扩展IEC61850逻辑节点模 型，上送至监控系统。

I/O插件作为装置I/O数据的接口具备就地开入和开出功能，完成硬压板及信号采集、控制硬开出。该插件通过数据总线与过程层NPI插件通讯，NPI插件以GOOSE接收形式获取硬压板等信息，并发送至保护CPU和测控CPU。

面板提供一个调试以太网口，支持模型导出、配置写入等功能，可同时访问人机管理MMI插件、保护CPU插件、测控CPU插件和过程层NPI插件。其中，MMI插件中存放站控层配置文件，以实现站控层的通讯。保护CPU插件、测控CPU插件和过程层NPI插件中分别存放同一个过程层配置文件，以实现与过程层数据的收发。为方便工程配置，保护CPU和测控CPU使用同一个过程层配置文件，配置方法及实现：NPI插件的SV、GOOSE接收根据配置接收过程层的信息，并按照配置顺序组帧发给两个以太网口，由各自CPU根据相应的配置信息决定具体需要哪些内容。

本发明提供的保护测控集成装置，可应用于智能变电站110kV及以下电压等级线路、母联/分段等要求保护测控集成的装置。

Claims (5)

1.一种保护测控集成装置，其特征在于，包括：

MMI插件，MMI插件用于完成就地操作和与站控层的通讯，并接收来自站控层的互锁信息，发送到测控CPU，用于实现联闭锁功能；

NPI插件，NPI插件接收来自过程层的采样数据和GOOSE信息，分别发送到测控CPU和保护CPU，用于实现保护和测控功能；

保护CPU，保护CPU通过分析接收到的数据，判断是否为故障，输出相应的告警信号或跳闸出口信息，并通过人机接口MMI插件和过程层NPI插件将信息发送至站控层和过程层；

测控CPU，测控CPU通过分析接收到的数据，通过计算输出相应的测量、遥信信息，并通过MMI插件和NPI插件将信息发送至站控层和过程层；

I/O插件，用于开入和开出。

2.一种保护测控方法，其特征在于，保护功能和测控功能集成在一台装置上实现，分别由独立的CPU完成，包括测控CPU和保护CPU；

保护CPU和测控CPU通过光纤接口接收来自合并单元和智能终端的采样数据及GOOSE信息；

测控CPU通过分析接收到的数据，通过计算输出相应的测量、遥信信息；将信息发送至站控层和过程层；

保护CPU通过分析接收到的数据，判断是否为故障，输出相应的告警信号或跳闸出口信息，将信息发送至站控层和过程层。

3.根据权利要求2所述的一种保护测控方法，其特征在于：通过MMI插件和NPI插件将信息发送至站控层和过程层。

4.根据权利要求2所述的一种保护测控方法，其特征在于：站控层下发的遥控命令通过MMI插件发送至测控CPU，通过其遥控功能，并判断联闭锁状态，将遥控命令通过NPI插件发送至智能终端，以实现对断路器及刀闸的遥控操作。

5.根据权利要求2所述的一种保护测控方法，其特征在于：NPI插件完成与保护CPU插件一致的保护启动逻辑，仅当保护启动后才允许GOOSE跳闸信号发出。