CN109347206B - 一种基于iec61850通信的故障信息主站在线增容方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于IEC 61850的故障信息主站在线增容方法，应用于采用IEC61850通信的故障信息主站系统。每个接入设备用一个独立的SCD文件描述，实现各接入设备之间的SCD解耦。实现在线增加删除子站或在线增加删除IED的功能，接入设备调整过程中，正常运行的故障信息主站系统的功能可以保持运行，不受干扰。在主站系统中采用本发明，可有效提高主站系统IEC61850通信功能的稳定性、灵活性和易用性。

Description

一种基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及到一种基于IEC 61850的故障信息主站在线增容方法。

背景技术

故障信息主站一般接入变电站内的故障信息子站和录波器设备，录波器设备也可以当做一个特殊的子站。子站设备接入站内保护IED和测保IED，采集保护相关的信息及录波文件。2010年以前，工程一般采用IEC 60870-5-103规约作为主站通信规约，因103规约简单，一个主站可接入200-300个接入设备。但103规约表达的信息分散单一，不能很好地支持主站的高级应用。

IEC61850标准在变电站故障信息主站(下文中简称为主站)中已有一些工程应用。IEC61850标准相比于传统的103规约，具有信息丰富，数据面向对象化、标准化，信息分层、分级、分类，与传统的信息点扁平化对比，基于IEC61850的MMS通信是实现源端维护等高级应用的数据基础。但另一方面，故障信息主采用IEC61850通信也遇到了一些新问题。

第一，IEC61850通信的信息含量比103规约丰富很多，通信报文内容多，内存占用更多。根据已有主站工程经验，基于IEC61850的主站容量设计为50-100个子站比较合理。无论接入设备是故障信息子站还是录波器，每个子站一般管理50-100个IED设备的信息，则每个主站接入容量为2500-10000个IED设备信息，远大于变电站内站控层设备的接入数量。因IEC61850在变电中的应用非常广泛成熟，在主站应用的现阶段一般参考变电站内的使用模式设计主站。变电站内的站控层设备，采用一个SCD描述变电站信息，站内功能配置调试结束工程投运后，SCD一般不会更改。只在站内系统升级改造和扩建时才会增加接入的IED，重新配置SCD及数据库系统，站控层设备需要系统停机，调试通过后再启动系统运行。按照IEC61850标准第一版，客户端设备应采用一个SCD描述所有接入设备模型，应用于主站时SCD模型规模非常庞大，难于管理。

第二，一般情况下，布置于变电站内的子站随着变电站工程的投运而陆续接入系统主站，主站容量不断增加。如果每次增加子站都需要主站系统停机并重新导出配置等工作，会造成主站监视数据在一定时间内丢失，对于保信数据网的稳定性非常不利。工程中也会因为子站改造升级需要删除原设备或者由于某种原因子站长期保持在通信不稳定状态需要删除子站。检修扩建等工程实施过程中，可能需要删除或增加子站接入的站内IED，或者某台IED的模型发生变化需要同步更改主站SCD文件中该IED的模型。当上述原因导致子站模型变化，如果没有及时准确地更新到主站SCD文件中，则会出现通信双方的模型不一致情况，导致通信出现问题。子站变化后，要求主站不停机的情况下能动态增加删除子站或IED，以保证主站系统稳定运行。此要求需要解决在不影响运行系统功能的前提下实现在线增减接入设备的问题。

主站系统接入容量比变电站内站控层设备高出1-2个数量级，为解决上述问题，需深入分析IEC61850通信机制，从主站实际需求出发，设计不同于站内站控层系统的实现方式方法。

发明内容

针对以上基于IEC61850的故障信息主站系统在工程应用中面临的急需解决的问题，本发明提出了一种基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法。

本发明具体采用以下技术方案。

一种基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：正常运行中的故障信息主站判断是否需要增加子站，如果需要则进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2：在线解析需增加子站的SCD文件，提取出SCD文件中信息，作为通信依据；与子站建立通信连接，对子站进行动静态模型一致性验证；如果子站模型验证结果正确，则在线增加接入子站，使能子站包含的所有报告控制块，开始接收并解析子站上送的报告数据，开启对定值参数读写、文件召唤，遥控等功能的支持；如果子站模型验证失败，在界面提示错误定位信息及波及范围作为操作人员分析处理问题的依据，保持与子站的通信连接并进入步骤3；

步骤3：判断是否需要删除子站，如果需要则进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：取消子站包含的所有报告控制块的使能状态，断开与该子站的连接，删除数据库中该子站的相关信息，进入步骤5；

步骤5：判断是否需要增加IED，如果需要，则进入步骤6，否则进入步骤7；

步骤6：在线解析SCD文件中该IED的模型信息，在线验证IED模型动静态一致性，如果IED模型验证结果正确，在线增加IED，使能IED的所有报告控制块，开始接收并解析IED上送的报告数据；开启对定值参数读写、文件召唤，遥控等功能的支持；如果IED模型验证结果不正确仍保持与该IED之间可用的通信功能，在界面提示错误定位信息及波及范围作为操作人员分析处理问题的依据并进入步骤7；

步骤7：判断是否需要删除IED，如果需要，则在线取消该IED的报告控制块使能状态，停止接收该IED的上送数据，删除数据库中该IED相关的配置信息，返回步骤1；否则直接返回步骤1。

本发明进一步包括以下优选方案：

在主站系统中对每个子站用一个独立的SCD文件描述，在线增加删除子站时不影响其它运行子站的正常通信功能，在线增加删除IED时不影响子站中其它运行的IED的正常通信功能。

在步骤2中，在线增加子站时，提取的SCD信息包括子站的IP地址、所有报告控制块和数据集、控制对象、定值参数对象、数据类型模板信息；模型验证内容包括遥控、遥调、遥信、遥测信息点的数据类型一致性、数据集包含的FCDA(FCDA是61850标准里的术语，即功能约束数据属性functional constrained data attribute)的数量和顺序一致性。

在步骤2和步骤6中，在线增加子站或IED时，当模型验证过程中发现存在部分模型信息动静态不一致时，则通过界面提示不一致的具体内容，模型验证通过的部分仍与主站保持正常通信。

在步骤7中，在线删除IED时，故障信息主站不断开与子站的通信连接。

本发明提出的在线增容方法，每个接入子站用一个独立SCD文件描述，解决主站全站信息存储于一个SCD文件的模式中文件规模太大不好管理的问题。在线增容方法实现对单个子站或单个IED的在线更改功能，实现主站系统接入的局部设备出现问题时不影响其它部分正常工作的功能。在主站系统中采用该方法，可以提高主站系统的稳定性、灵活性和易用性。

附图说明

图1是本发明的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法在主站系统中的实施示意图；

图2是本发明的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

本发明的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法应用于故障信息主站系统中，如图1为本发明在主站系统(本发明亦称“故障信息主站”)中的实施示意图。

本发明的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法的功能可由在线增加子站模块11、在线删除子站模块12、在线增加IED模块13，在线删除IED模块14这4个模块完成。在不影响故障信息系统正常稳定运行的情况下，完成在线增加、删除子站、在线增加删除IED的有效方法。

图1中主站系统接入的子站包括子站1、新增子站2、录波器1。子站1用SCD1描述，新增子站2用SCD2描述，录波器1用SCD3描述。每个子站用一个独立的SCD文件描述，实现子站之间的SCD信息解耦。一个子站的SCD文件发生变化时只影响该子站，同时可减少主站SCD规模，便于维护。

每个子站接入若干个IED，这些IED信息需要实时上送给主站，主站也需要实时下发操作命令给IED。主站与子站之间建立通信连接，但主站与IED之间不直接建立通信连接，所有上传下达信息通过子站代为转发，因此主站在线增加删除子站和在线增加删除IED的处理方法不同，需采用合理方法分别处理。

当主站系统运行期间需要增加子站时，由操作人员在主站界面操作发出通知。故障信息主站检测到通知后触发在线增加子站模块11，解析新接入子站的SCD模型，提取SCD中的配置信息。从SCD中提取的子站IP地址信息用于与子站建立通信连接；报告控制块、数据集、定值参数、控点信息用于上送数据解析和下发定值参数、控制命令。从SCD中提取的信息属于静态模型信息，子站实际运行的动态模型信息可以通过MMS在线服务读取。模型验证过程是比对静态模型信息和动态模型信息的一致性，只有动静态模型一致，后续的通信功能才能正确无误。模型验证内容包括遥控、遥调、遥信、遥测信息点的数据类型一致性、数据集FCDA数量和顺序一致性。

部分模型内容动静态不一致时只影响部分通信功能，比如某些数据集动静态模型不一致会导致该数据集中的信息主站无法正确解析，但其它数据集中的信息仍可正确解析。数据集不正确，不影响定值、控制、文件操作等通信功能。因此当模型校验失败后，只把失败的具体原因反馈给主站系统，主站与子站仍保持在正常通信状态。由主站系统维护人员通过人工分析模型校验失败的具体原因后，根据实际情况确定应采取的合理措施。

如果模型验证结果正确，则使能子站所有报告控制块，开始接收并解析子站上送的报告数据；开启对定值、参数读写、文件召唤，遥控等功能的支持；如果验证存在问题，则在界面提示不一致的具体内容，帮助操作员排查问题，如果子站中部分模型验证通过，则保持与子站的正常通信连接状态，则子站的部分通信功能仍可以正常运行，此策略可以最大范围地保证主站系统的通信功能正常工作。

当主站系统运行期间需要删除特定子站时，由操作人员在主站界面操作发出通知，在线增容法法检测到通知后触发在线删除子站模块12，通断开与特定子站的通信连接，删除数据库中该子站的相关信息。

当主站系统运行期间需要增加IED时，由操作人员在主站界面操作发出通知，故障信息主站检测到通知后触发在线增加IED模块13，在线解析SCD中该IED的模型信息，在线验证IED模型动静态一致性，如果模型验证结果正确，则使能IED的报告控制块，开始接收并解析IED上送的报告数据；开启对定值、参数读写、文件召唤，遥控等功能的支持；如果验证存在问题，则在界面提示不一致的具体内容，帮助操作员排查问题，如果IED中部分模型验证通过，则保持部分IED通信功能正常运行，此策略可以最大范围地保证主站系统的通信功能正常工作。

当主站系统运行期间需要删除IED时，由操作人员在主站界面操作发出通知，故障信息主站检测到通知后触发线删除IED模块14，因故障信息主站与IED不直接建立通信连接，因此在线删除IED时，故障信息主站不需要断开与子站的通信连接，只需要在线取消该IED的报告控制块使能状态，停止接收该IED的上送数据，删除数据库中该IED相关的配置信息。

图2是本发明的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法的流程示意图。一种基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法，在主站系统中对每个子站用一个SCD文件描述；所述方法包括以下步骤：

步骤1：正常运行中的故障信息主站判断是否需要增加子站，如果需要则进入步骤2，否则进入步骤3；

如图1示例，一个正常运行的故障信息主站系统中已接入2台设备：子站1和录波器1。当需要增加子站2时，操作员在主站操作界面发出通知。故障信息主站实时检测操作员界面触发的增加子站需求。当检测到增加子站需求时进入步骤2，否则进入步骤3检测是否需要删除子站。

步骤2：在线解析需增加子站的SCD文件，提取出SCD文件中信息，作为通信依据；与子站建立通信连接，对子站进行动静态模型一致性验证；如果子站模型验证结果正确，则在线增加接入子站，使能子站包含的所有报告控制块，开始接收并解析子站上送的报告数据，开启对定值参数读写、文件召唤，遥控等功能的支持；如果子站模型验证失败仍保持与子站的通信连接，通过界面显示错误信息提醒操作人员处理；进入步骤3。

当检测到在线增加子站2需求时，线增加子站模块11解析子站2的SCD2文件，提取的SCD信息包括子站的IP地址、所有报告控制块和数据集、控制对象、定值参数对象、数据类型模板信息，与子站2建立通信。启动模型校验，模型验证内容包括遥控、遥调、遥信、遥测信息点的数据类型一致性、数据集包含的FCDA的数量和顺序一致性。如果模型校验正确使能子站2中所有报告控制块，开启对子站2定值参数读写、控制操作、文件操作的支持；模型检验失败在界面提示错误定位信息及波及范围作为操作人员分析处理问题的依据。错误定位信息能提示出错误发生的数据集或数据集中的信息点或遥控对象点等具体原因。因模型校验的内容非常多，如果没有错误定位信息，操作人员需要耗费较多的时间才能在海量的报文信息中找到错误位置。错误定位信息可提高操作人员分析解决校验失败问题的效率。操作人员根据校验模块能提示的错误波及范围信息可以初步判断模型不一致可能造成的后果，比如当遥控点的数据类型不一致时，对应的遥控点操作会失败；数据集中的数据顺序动静态不匹配，则无法正确该数据集中的数据等，操作人员根据系统需求评估是否需要立即处理。无论操作员是否处理模型校验失败问题，只要有部分模型信息校验通过时，故障信息主站仍保持与子站2的通信连接且模型校验通过部分的通信功能保持正常通信功能；进入步骤3检测是否需要删除子站。本步骤2中增加子站2的过程中，主站系统与子站1和录波器1的通信保持正常。

步骤3：判断是否需要删除子站，如果需要则进入步骤4，否则进入步骤5；

如图1示例，一个正常运行的故障信息主站系统中已接入2台设备：子站1和录波器1。当需要删除子站1时，操作员在主站操作界面发出通知。故障信息主站实时检测操作员界面触发的删除子站需求。当检测到删除子站1需求时进入步骤4，否则进入步骤5检测是否需要增加IED。

步骤4：取消子站包含的所有报告控制块的使能状态，断开与该子站的连接，删除数据库中该子站的相关信息，进入步骤5；

当检测到在线删除子站1需求时，在线删除子站模块12取消子站包含的各IED中的各报告控制块的使能状态，通知子站1停止向主站上送报告信息。断开与子站1的通信连接，删除数据库中子站1的相关信息，完成删除子站1，进入步骤5检测是否需要增加IED。本步骤4中在线删除子站1的过程中，主站系统与子站2和录波器1的通信保持正常。

步骤5：判断是否需要增加IED，如果需要，则进入步骤6，否则进入步骤7；

如图1示例，故障信息主站系统中已接入的子站2包括IED1等多个IED。当需要增加子站2中的保测IEDn时，操作员在主站操作界面发出通知。故障信息主站实时检测操作员界面触发的增加IED需求。当检测到增加子站2的IEDn需求时进入步骤6，否则进入步骤7检测是否需要删除IED。

步骤6：在线解析SCD中该IED的模型信息，在线验证IED模型动静态一致性，如果IED模型验证结果正确，在线增加IED，使能IED的所有报告控制块，开始接收并解析IED上送的报告数据；开启对定值参数读写、文件召唤，遥控等功能的支持；如果IED模型验证结果不正确仍保持与该IED之间可用的通信功能，通过界面显示错误定位信息及波及范围作为操作人员分析处理问题的依据；进入步骤7；

如图1示例，当检测到在线增加子站2接入的保测IEDn需求时，在线增加IED模块13解析子站2的SCD2文件中保测IEDn的模型信息，进行模型校验。模型校验正确使能IEDn的全部报告控制块，开启对IEDn定值参数读写、文件召唤，遥控等操作命令的支持，模型检验失败在界面提示错误信息提醒操作人员处理，IEDn模型中通过模型校验的部分通信功能保持正常；进入步骤7检测是否需要删除IED。本步骤6中增加IEDn的过程中，主站系统与其它接入子站和IED的通信保持正常。

步骤7：判断是否需要删除IED，如果需要，则在线取消该IED的报告控制块使能状态，停止接收该IED的上送数据，删除数据库中该IED相关的配置信息，返回步骤1；否则直接返回步骤1。如图1示例，当检测到在线删除子站1接入的IED1需求时，在线删除IED模块14在线取消IED1的所有报告控制块使能状态，停止接收IED1的上送数据，删除数据库中IED1相关的配置信息，完成在线删除IED1的功能。本步骤7中删除IED1的过程中，主站系统与其它接入子站和IED的通信保持正常。

如果没有检测到删除IED的需求，直接返回步骤1。

本发明的实施方式不限于此，在本发明上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本发明内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法，其特征在于，在主站系统中对每个子站用一个独立的SCD文件描述，在线增加删除子站时不影响其它运行子站的正常通信功能，在线增加删除IED时不影响子站中其它运行的IED的正常通信功能，所述方法包括以下步骤：

步骤1：正常运行中的故障信息主站判断是否需要增加子站，如果需要则进入步骤2，否则进入步骤3；

步骤2：在线解析需增加子站的SCD文件，提取出SCD文件中的信息，作为通信依据；与子站建立通信连接，对子站进行动静态模型一致性验证；如果子站模型验证结果正确，则在线增加接入子站，使能子站包含的所有报告控制块，开始接收并解析子站上送的报告数据，开启对定值参数读写、文件召唤，遥控功能的支持；如果子站模型验证失败仍保持与子站的通信连接，在界面提示错误定位信息及波及范围作为操作人员分析处理问题的依据并进入步骤3；

步骤3：判断是否需要删除子站，如果需要则进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：取消子站包含的所有报告控制块的使能状态，断开与该子站的连接，删除数据库中该子站的相关信息，进入步骤5；

步骤5：判断是否需要增加IED，如果需要，则进入步骤6，否则进入步骤7；

步骤6：在线解析SCD文件中该IED的模型信息，在线验证IED模型动静态一致性，如果IED模型验证结果正确，在线增加IED，使能IED的所有报告控制块，开始接收并解析IED上送的报告数据；开启对定值参数读写、文件召唤，遥控功能的支持；如果IED模型验证结果不正确仍保持与该IED之间可用的通信功能，在界面提示错误定位信息及波及范围作为操作人员分析处理问题的依据并进入步骤7；

步骤7：判断是否需要删除IED，如果需要，则在线取消该IED的报告控制块使能状态，停止接收该IED的上送数据，删除数据库中该IED相关的配置信息，返回步骤1；否则直接返回步骤1。

2.根据权利要求1所述的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法，其特征在于：

在步骤2中，在线增加子站时，提取的SCD信息包括子站的IP地址、所有报告控制块和数据集、控制对象、定值参数对象、数据类型模板信息；模型验证内容包括遥控、遥调、遥信、遥测信息点的数据类型一致性、数据集包含的功能约束数据属性FCDA的数量和顺序一致性。

3.根据权利要求1所述的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法，其特征在于：

在步骤2和步骤6中，在线增加子站或IED时，当模型验证过程中发现存在部分模型信息动静态不一致时，则通过界面提示不一致的具体内容，模型验证通过的部分仍与主站保持正常通信。

4.根据权利要求1所述的基于IEC61850通信的故障信息主站在线增容方法，其特征在于：

在步骤7中，在线删除IED时，故障信息主站不断开与子站的通信连接。

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