CN106533502B - 一种电力控制系统中线路复用装置及线路复用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力控制系统中线路复用装置，包括数据转发模块和控制与管理模块，数据转发模块将不同线路的数据通过交换结构接口，结合本地处理单元进行数据的输入处理和输出处理后，再根据数据转发规则转发到输出线路接口中实现不同线路数据的转发，控制与管理模块通过记录和实施复用规则，对本地处理单元的数据转发规则进行调整，本发明的线路复用系统，包括电站网络、多个传输网络、应用系统网络和复用装置。本发明的线路复用装置可灵活选择和调整线路数量，且可灵活调整工控设备的通信地址，同时，本发明的线路复用装置能够辅助线路、设备的切换和记录故障，提高了故障检测和故障应对的实时性。

Description

一种电力控制系统中线路复用装置及线路复用系统

技术领域

本发明涉及电力工控领域下的物理线路复用技术，特别涉及一种在以太网环境下自动控制线路复用的装置及线路复用系统。

背景技术

在电力系统中，变电站是核心枢纽，承担了电能转换和电能重新分配的任务。随着电网对安全要求的不断提高，调度运行与变电设备集中监控业务实行分离，这体现在根据不同业务的安全级别，构造物理隔离的不同类网络及相应线路。为了保证业务通信的持续有效，需要在正常通信中断时，通过备用线路和设备重新建立连接，以保证工业生产和调度控制的正常进行。

传统技术中，电力控制系统为维持系统可靠运行，需要使用备用设备和备用线路。所以传统工业领域的线路连接模式如图1所示，主服务设备和备用设备分别通过防火墙接入不同线路，并经过传输网络与应用服务系统连接。如果主设备和主线路之一发生故障，则需要维修人员启用备用设备，并通过备用线路传递数据，系统才能继续运行。

面对这种场景，传统技术主要存在的问题有：故障发生时，在现场进行切换控制成本较高，且远端不易及时诊断故障；主设备和主要线路绑定，备用设备和备用线路绑定，设备的信息传输线路单一，不能主动选择传输线路；切换过程需要启动新设备，导致远端的监控不连贯，获得的信息不统一。这些问题导致了电力控制系统的架设成本高，检修周期长，对居民生活影响较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种可灵活调整输入线路和输出线路的复用装置及线路复用系统，使电站和调度中心不仅能灵活选择传输线路，还可以在当前传输线路在遇到故障时，能够自动通过线路复用装置，使用备用线路重新连接服务器，尽力保持原有工作状态，并辅助故障的诊断。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电力控制系统中线路复用装置，所述线路复用装置用于诊断线路或设备故障并进行不同线路数据的转发，包括数据转发模块和控制与管理模块；

所述数据转发模块包括交换结构接口、本地处理单元和输出线路接口；

所述交换结构接口用于接收不同线路中由主设备、备用设备、远程应用系统输入的数据，所述的不同线路分别连接有主设备、备用设备和远程应用系统；

所述本地处理单元用于将输入到交换结构接口的数据，根据主设备或备用设备与远程应用系统之间的通讯协议，遵循数据转发规则完成数据的输入处理和数据的输出处理，最后通过输出线路接口输出处理后的数据，所述数据转发规则为通讯协议所需的数据处理方法或复用线路所需的数据处理方法；

所述输出线路接口用于接收经输入处理和输出处理的数据，并向与主设备、备用设备、远程应用系统连接的不同线路输出经输入处理和输出处理的数据；

所述控制与管理模块用于从本地处理单元获取电力控制系统中传输的数据及数据连接状态，诊断设备的故障或线路的故障，或者直接修改数据转发规则；

所述控制与管理模块设置有线路复用规则，所述线路复用规则包括触发线路复用条件、复用线路选择规则和线路复用方法，所述触发线路复用条件为线路故障，所述复用线路选择规则为根据主设备、备用设备和不同线路的安全策略，人为规定的每台主设备、备用设备所准许使用的多条不同线路，及主设备、备用设备在线路故障发生时复用线路的选择方法，所述多条不同线路包括一条主线路和至少一条备用线路；所述线路复用方法为使电力控制系统传输的数据通过备用线路传输所需的数据转发规则。

所述电力控制系统中线路复用装置设置有电源、开关、多个线路接口和远程登录接口。

通过所述远程登录接口修改线路复用规则。

线路复用系统，包括电站网络、多个传输网络和应用系统网络，电站网络包括电站A、电站B、电站C，电站A、电站B和电站C均包括主设备和备用设备，多个传输网络包括接入网1、接入网2和民用网，所述应用系统网络为省调应用系统；

所述线路复用系统还包括电力控制系统中线路复用装置，电力控制系统中线路复用装置安装于需要进行线路复用的线路两端端口处。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的线路复用装置可灵活选择和调整线路数量，且对使用复用线路的设备透明，不影响工控设备的通信地址，避免类似于“主线路和备用设备故障后，工控系统无法工作”的问题，在铺设多条线路时使用本发明线路复用装置，可以增加线路的可靠性；在铺设少量线路时使用本发明线路复用装置，可以降低线路铺设成本。

2.本发明的线路复用装置能够辅助线路、设备的切换和记录故障，提高了故障检测和故障应对的实时性，对于被诊断出现故障的线路，线路复用装置能尽力维持电力控制系统原有的线路工作状态，增加了电力控制系统的流畅性，即通过线路复用技术，复用备用线路进行数据传输，根据需要也可直接使用新的网络地址。

3.本发明的线路复用装置与现有网络设施兼容，线路复用装置的实现方式灵活多样，可通过多种软硬件组合方式实现，可进行冗余备份设计。

4.本发明的线路复用装置可远程操作，当数据转发模块和控制与管理模块不处于一个电路系统，则远程登录接口单独存在，可远程登录线路复用装置，进行线路复用规则和状态的调整，同样也可查询工作报告。

5.本发明的线路复用装置采取适当的复用请求策略，进行线路复用时，对于被动接受线路复用的一端，如果允许对方的请求，则应建立新的连接，否则拒绝请求，减少线路复用系统重新连接过程的网络数据传输量，避免了设备工作状态异常时，可能产生的多设备竞争工作权导致冲突的问题。

附图说明

图1为现有技术中电力控制系统物理线路传输原理示意图。

图2为本发明实施例1线路复用系统示意图。

图3为本发明电力控制系统中线路复用装置示意图。

图4为本发明实施例1线路复用装置连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

如图2至图4所示，本发明给出一种电力控制系统中线路复用装置及线路复用系统，所述线路复用装置用于诊断线路或设备故障并进行不同线路数据的转发，包括数据转发模块和控制与管理模块；

数据转发模块包括交换结构接口、本地处理单元和输出线路接口；

交换结构接口用于接收不同线路中由主设备、备用设备、远程应用系统输入的数据，包括用于电力控制系统进行监控的监控数据和进修调度用的控制数据，以及其他控制系统可能传输的应用系统数据，在图2中数据转发模块接收来自线路1接口、线路2接口、直到线路n接口的不同线路的数据，所述的不同线路分别连接有主设备、备用设备和远程应用系统；

所述本地处理单元用于将输入到交换结构接口的数据，根据主设备或备用设备与远程应用系统之间的通讯协议，遵循数据转发规则完成数据的输入处理和数据的输出处理，最后通过输出线路接口输出处理后的数据，所述转发规则为默认的按照通讯协议规定的数据转发过程进行输入处理和输出处理，即按照以太网格式重新填写数据包报头，或在复用线路时，由复用线路使用方法规定的方式进行数据的输入处理和数据的输出处理，所述的复用线路使用方法包含于复用规则中。

所述输出线路接口用于接收经输入处理和输出处理的数据，并向与主设备、备用设备、远程应用系统连接的不同线路输出经输入处理和输出处理的数据；

所述控制与管理模块设置有线路复用规则，所述线路复用规则包括触发线路复用条件、复用线路选择规则和线路复用方法，所述触发线路复用条件为线路故障，可以是为人为规定的自动复用时机，一般为发现特定的异常数据包；所述复用线路选择规则为根据主设备、备用设备和不同线路的安全策略，人为规定的每台主设备、备用设备所准许使用的多条不同线路，及线路故障发生时复用线路的选择方法，例如，工控网络中，安全等级低的设备不允许使用安全等级高的线路，当设备为监控设备时，使用人为指定的监控设备适用线路；当主设备工作而线路发生故障时，则从复用线路选择规则规定的主设备准许使用的多条不同线路中，依次选择下一个可用的无故障线路作为当前复用线路，若无可用的线路进行复用，则当作主设备故障，启用备用设备。所述多条不同线路包括一条主线路和至少一条备用线路；所述线路复用方法为使电力控制系统传输的数据通过备用线路传输所需的数据转发规则，例如，主设备使用备用线路，且保持原有通信地址时，线路复用方法可采用VPN通信方式。

控制与管理模块用于从本地处理单元获取电力控制系统中传输的数据及数据连接状态，诊断设备故障或线路故障，一般的，当远程应用系统仍然有响应而数据传输中断时，为设备故障，当主设备或备用设备试图传输数据而远程应用系统无响应时，为线路故障，或者控制与管理模块从远程登录接口获取控制命令，直接修改数据转发规则。

线路通讯协议又称通信协议、通信规程，是指通信双方对数据传送控制的一种约定，约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，它也叫做链路控制规程。线路通讯协议是一种网络通用语言，例如，TCP/IP协议定义了在互联网络中如何传递、管理信息(文件传送、收发电子邮件、远程登录等)，并制定了在出错时必须遵循的规则。电网系统中，来自不同线路的各路数据在数据转发以前，需按一定的数据转发规则进行调制，以利于各路已调信号在不同线路中传输，并不致混淆，本发明的数据转发模块就是用于实现数据在不同线路之间的转发，特别是电站和公共网络线路之间的转发，当线路或设备无故障时，数据转发模块独立完成数据的转发，不需要控制与管理模块参与。

当发现线路故障时，根据线路复用规则选择合适的复用线路，并调整本地处理单元的转发规则，使其从默认的使用主要线路转发变为使用“复用线路使用方法”，通过备用线路转发，如复用线路使用方法为使用VPN隧道，则根据调整后的数据转发规则，本地处理单元在对来自主设备或备用设备的数据进行输出处理的过程中，将数据封装，并通过输出线路接口，在备用线路上进行数据转发，在对来自远程应用系统的数据进行输入处理的过程中，将数据解封装，通过输出线路接口，按照封装内容进行转发，若已无合适的复用线路，则当作该设备故障处理。

当发现设备故障时，先还原因故障设备而修改的数据转发规则，并关闭故障设备，然后尝试更换工作设备。若故障设备为主设备，则启动一个对应的备用设备，并使用该备用设备所使用的主要线路；若故障设备为备用设备，重新启动一个尚未使用过的备用设备，并使用该备用设备所使用的主要线路；若备用设备均已启用过而同样发生设备故障，控制与管理单元则屏蔽对该主设备、备用设备的故障诊断。

电力控制系统中线路复用装置设置有电源、开关、多个线路接口和远程登录接口，控制与管理模块中记录的复用规则可以通过远程登录接口修改。一般来说，若数据转发模块和控制与管理模块集成在一个电路系统中，则远程登录接口可以是普通的线路接口，特别的，当数据转发模块和控制与管理模块不处于一个电路系统，则远程登录接口单独存在。

线路复用系统，包括电站网络、多个传输网络和应用系统网络和线路复用装置，电站网络包括电站A、电站B、电站C，电站A、电站B和电站C均包括主设备和备用设备，多个传输网络包括接入网1、接入网2和民用网，所述应用系统网络为省调应用系统，线路复用装置安装于需要进行线路复用的线路两端端口处，线路复用装置除连接本地需要进行网络接入的线路外，还与多个线路相连，因为网路边缘存在单点故障问题，推荐将线路复用装置安装在用户与接入网之间的位置。

以线路复用系统中安装两个线路复用装置为例，分别为线路复用装置M1和线路复用装置M2，线路复用装置M1和线路复用装置M2复用规则兼容，线路复用装置M1安装于省调应用系统入网网关位置，并与省调、省备调、民用网网络相连，线路复用装置M2安装于电站A与电站B的入网网关位置，并与接入网1的地调、接入网2的地调、民用网网络相连，为使M1、M2的复用规则兼容，共同应对省调应用系统与电站A之间的线路的故障，线路复用装置M1、M2的线路复用规则中，触发线路复用条件为“发现电站A通信过程中特定的异常数据包”，复用线路选择规则为“电站A的设备准许使用的线路为接入网1的地调和接入网2的地调”，且电站A设备在备用线路上的线路复用方法为使用VPN。例如，电站A的主设备在接入网1故障后，可以通过线路复用装置M2连接接入网2的线路，从而与线路复用装置M1相连，继续使用原有网络地址进行通信，也可以在发现主设备故障后启用备用设备进行通信，且电站A、B可通过线路复用装置M2按需接入民用网，并通过修改M1、M2中的线路复用规则，增加民用网为新的备用线路。

电站C并没有安装配套的复用装置，若电站C需与省调应用中心通信，其设备在故障后切换流程仍然不变，远端的复用装置M1可以通过网络，对切换过程起到部分辅助作用。因此，即使是在工控系统部分位置使用本发明，也可对传统切换过程进行兼容和辅助。

线路复用系统进行功能调整时，根据复用装置的实现方式，可以重新分解利用硬件资源。

针对接入网中存在单点故障的特点，使用本发明时，通常可以在电站与线路的连接处或者远程应用系统与线路的连接处安装使用本发明线路复用装置，根据需要也可自行在其他位置进行安装，线路复用装置的控制与管理模块将监听连接状态，并且根据既定复用规则自动进行线路复用，尽力维持系统连续运行，根据需要，还可以远程登录切换装置，进行状态查看、规则调整、主动切换线路及其他复杂操作。

本发明线路复用系统的基本运行过程，包括以下部分：

1.线路复用装置初始化

线路复用装置启动时，不同业务、不同网络的逻辑线路相互隔离。然后线路复用装置的控制与管理模块识别具有不同功能的设备，并加载线路复用规则，最后控制与管理模块加载连接诊断功能，对网络数据进行侦听和诊断。

2.故障发现与处理

对于被诊断出现故障的线路，线路复用装置尽力维持工控系统原有工作状态，即通过一定的复用技术，复用备用线路进行数据传输。根据需要，也可直接使用新的网络地址。对于被动接受线路复用的一端，如果允许对方的请求，则应建立新的连接，否则应拒绝请求。

3.异常处理

若线路复用失败或者线路复用成功后工控设备仍未正常工作，则对当前设备放弃使用当前线路，若所有备用线路均无法使用，则线路复用装置的控制与管理单元尝试辅助备用设备启动。

对备用设备的侦听与故障处理过程与主设备相同，若所有该系列设备在准许使用的线路中均无法完成正常通信，则直到下次人工调整时，线路复用系统均放弃对该系列设备的主动重连以节省成本。

Claims (4)

1.一种电力控制系统中线路复用装置，所述线路复用装置用于诊断线路或设备故障并进行不同线路数据的转发，包括数据转发模块和控制与管理模块；

所述数据转发模块包括交换结构接口、本地处理单元和输出线路接口；

所述交换结构接口用于接收不同线路中由主设备、备用设备、远程应用系统输入的数据，所述的不同线路分别连接有主设备、备用设备和远程应用系统；

所述本地处理单元用于将输入到交换结构接口的数据，根据主设备或备用设备与远程应用系统之间的通讯协议，遵循数据转发规则完成数据的输入处理和数据的输出处理，最后通过输出线路接口输出处理后的数据，所述数据转发规则为通讯协议所需的数据处理方法或复用线路所需的数据处理方法；

所述输出线路接口用于接收经输入处理和输出处理的数据，并向与主设备、备用设备、远程应用系统连接的不同线路输出经输入处理和输出处理的数据；

其特征在于，所述控制与管理模块用于从本地处理单元获取电力控制系统中传输的数据及数据连接状态，诊断设备故障或线路故障，或者控制与管理模块直接修改数据转发规则；

所述控制与管理模块设置有线路复用规则，所述线路复用规则包括触发线路复用条件、复用线路选择规则和线路复用方法，所述触发线路复用条件为发现线路故障，所述复用线路选择规则为根据主设备、备用设备和不同线路的安全策略，人为规定的每台主设备、备用设备所准许使用的多条不同线路，及主设备、备用设备在线路故障发生时复用线路的选择方法，所述多条不同线路包括一条主线路和至少一条备用线路；所述线路复用方法为使电力控制系统传输的数据通过备用线路传输所需的数据转发规则。

2.如权利要求1所述电力控制系统中线路复用装置，其特征在于，所述电力控制系统中线路复用装置设置有电源、开关、多个线路接口和远程登录接口。

3.如权利要求2所述电力控制系统中线路复用装置，其特征在于，通过所述远程登录接口修改线路复用规则。

4.线路复用系统，包括电站网络、多个传输网络和应用系统网络，电站网络包括电站A、电站B、电站C，电站A、电站B和电站C均包括主设备和备用设备，多个传输网络包括接入网1、接入网2和民用网，所述应用系统网络为省调应用系统；

其特征在于，所述线路复用系统还包括权利要求1所述电力控制系统中线路复用装置，电力控制系统中线路复用装置安装于需要进行线路复用的线路两端端口处。