CN109980779B - 一种智能变电站多间隔集群测控装置及其部署方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能变电站多间隔集群测控装置及其部署方法，装置包括一个管理CPU模块和多个并行处理的功能CPU模块；任一所述的功能CPU模块可以划分为至少一个容器，每个容器运行至少一个间隔容量的间隔功能模块来实现间隔测控功能；管理CPU模块，用于管理多个并行的功能CPU模块处理的数据并对远方进行通信转发；间隔功能模块包括程序模块和开发配置模块。本发明任何一个间隔运行需要程序模块与指定的开发配置模块组合形成一个典型间隔单元体，即公共的程序模块与不同的典型开发配置模块组形成不同类型的间隔测控功能，可满足对于集群测控装置在不同工程应用中快速定制化要求，集群测控组态实现效率大大提高且更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的测控装置，尤其涉及智能变电站多间隔集群测控装置及其部署方法，属于智能变电站技术领域。
背景技术
目前智能变电站依然按三层两网结构进行配置，即过程层设备、间隔层设备、站控层设备以及过程层网络、站控层网络。现阶段的智能变电站监控采用面向间隔层的配置方式；站控层设备种类多，功能设置分散，信息交互复杂，功能应用效率低，运行可靠性低；间隔层设备数量多，功能单一，无冗余备用，一旦发生故障后设备信息采集功能失效，造成实时数据不全。面向间隔配置过程层MU(Merging Unit,MU，合并单元)、智能终端设备、间隔层配置单套测控单元，当单套测控出现故障或检修时，该间隔测控功能将短期丧失，不利于变电站的安全稳定运行，因此在全站冗余配置集群测控，作为多个间隔测控的后备使用。集群测控需要能够同时加载运行多个间隔测控功能，在具体工程应用中需要针对具备规模变电站进行相关工程设计，各变电站电压等级及间隔类型数量的差异导致各变电站的集群测控具体实施都存在一定差异性，这将导致面向间隔的集群测控组态实现起来效率不高，不容易灵活快速地满足不同的定制需求且增加了额外的产品研发费用和工作量。
发明内容
本发明针对智能变电站目前面向间隔配置的测控装置及其部署方法的不足，提出了一种可满足不同工程快速定制化要求的适用可行的集群测控装置及部署方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
在第一方面，本发明提供了一种智能变电站多间隔集群测控装置，包括一个管理CPU模块、多个并行处理的功能CPU模块；
所述功能CPU模块，用于根据测控类型完成前端数字信号的实时采集及预处理；任一所述的功能CPU模块可以划分为至少一个容器，每个容器运行至少一个间隔容量的间隔功能模块来实现间隔测控功能；
所述管理CPU模块，用于管理多个并行的功能CPU模块处理的数据并对远方进行通信转发；
所述程序模块，用于通过程序代码方式将基本功能封装各功能算法元件；每个算法元件在逻辑图配置工具软件中映射为一个逻辑图算法图元；所述开发配置模块，用于根据工程应用的典型测控类型，通过逻辑图配置工具软件将输入输出信号与逻辑图算法图元进行关联，最终形成典型间隔配置信息。
进一步地，基本功能包括：遥测模块、遥信模块、遥控模块和同期模块。
进一步地，所述功能CPU模块包括FPGA、核心处理器、数据存储芯片和通信接口资源组成。
再进一步地，所述核心处理器采用多核处理器并且多核处理器采用非对称多进程的方式运行。
优选地，根据多核处理的核的数量进行容器的划分。
优选地，所述管理CPU模块采用多核处理器架构，并且采用对程多进程方式运行。
在另一方面，本发明提供了一种智能变电站多间隔集群测控装置的配置部署方法，包括以下步骤：
统计：统计工程实际测控对象类型及数量信息；
实例化：通过逻辑图配置工具软件实现工程应用实例化模型，包括对应类型的程序模块和开发配置模块的开发配置；
物理映射：导入过程层物理对象实际输入/输出资源信息，将实例化的间隔对象逻辑输入/输出与实际物理对象输入/输出资源进行关联映射；
物理部署：将实例化的间隔对象配置到指定的功能CPU模块，实现所有间隔对象的功能CPU模块的部署。
进一步地，实例化配置过程包括以下步骤：
使用逻辑图配置工具软件定义软硬件资源，包括输入信号和输出信号，所述输入信号包括采样通道和定值参数，所述输出信号包括采样计算量和告警状态信息；
使用逻辑图配置工具软件定义逻辑图算法图元，即通过程序代码方式将基本功能封装各功能算法元件；各功能的程序代码经过编译后形成执行程序模块，每个算法元件在逻辑图配置工具软件中映射为一个逻辑图算法图元；
配置元件的输入出接口类型；
通过逻辑图配置工具软件进行测控应用功能的配置组态，将软硬件配置的输入输出信号与逻辑图算法图元进行关联；
打包形成间隔测控的开发配置信息。
本发明所达到的有益效果：
1、本发明通过程序模块和开发配置模块组成的间隔功能模块来实现间隔测控功能，使得任何一个间隔运行需要程序模块与指定的开发配置模块组合形成一个典型间隔单元体，即公共的程序模块与不同的典型开发配置模块组形成不同类型的间隔测控功能，可满足对于集群测控装置在不同工程应用中快速定制化要求，集群测控组态实现效率大大提高且更加灵活；
同时本发明采用由多个功能CPU模块分布式并行处理实现多间隔的测控功能，使装置处理能力大大提升且效率高，对于通过多核容器划分在一个物理CPU即功能CPU模块上实现面向间隔的采集，配置更加清晰，从技术实现层避免或减少间隔间相互耦合影响，提升整个系统的运行可靠性以及可维护性；
本发明包括了一个管理CPU模块对各个并行的功能CPU模块处理后的数据进行统一管理和对外通信，同时对各间隔数据进行分类分间隔管理，实现多核的统一调度支撑，满足性能效率及资源的要求；
2、本发明中每个功能CPU模块采用多核处理器，可根据实际需求进行间隔功能及工程应用配置部署,集群测控装置作为独立配置的间隔测控的后备方式运行，当独立间隔测控装置检修或故障时，集群测控对应的相应间隔测控功能启动运行，替代独立间隔测控装置。
附图说明
图1是本发明具体实施例中功能CPU模块和管理CPU模块的组成结构示意图；
图2是本发明具体实施例中集群测控装置多CPU组成及容器划分示意图；
图3是本发明具体实施例中集群测控间隔测控功能组态示意图；
图4是本发明具体实施例中集群测控功能及工程应用实例化部署示意图；
图5是本发明具体实施例中集群测控装置后备运行方式工程应用组网示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1为具体实施例集群测控装置组成及模块划分
如图1所示，基于多CPU并行处理的集群测量控制装置，其组成主要包括管理CPU模块(简称HMI)、多个并行处理的功能CPU模块(CPU1、CPU2、CPU3…)。当前采用处理器为双核处理器，因此按核数量划分为两个容器，每个容器可承担2-4个间隔测控功能。
在具体实施例中，一个功能CPU模块即一个物理CPU某块，其主要由FPGA、核心处理器、数据存储芯片和通信接口资源组成(如图2所示)，优选地，核心处理器选择多核处理器，使用时按核数量进行容器划分(如每个核对应一个容器)，多核处理器采用非对称多处理(Asymmetric multiprocessing,AMP)方式运行，即每个核独立运行(相当于1个独立处理器)，每个核运行各自独立的嵌入式操作系统及应用软件，各核之间应用功能独立不存在耦合，通过BSP(Board Support Package，板级支持包)驱动共享本CPU板上集成的IO输入输出、通信接口及其它硬件配置资源，通过多核容器划分在一个物理CPU上实现面向间隔的采集，配置更加清晰，从技术实现层避免或减少间隔间相互耦合影响，提升整个系统的运行可靠性以及可维护性。
管理CPU模块(即HMI模块)也采用多核处理器架构，与采集CPU模块运行方式有所不同，采用对称多处理(Symmetrical Multi-Processing，SMP)方式，一个操作系统同等的管理各个内核，即对于应用软件而言不需要区分多个核的调度和资源分配，完全由操作系统进行统一调度管理。该模块主要承担对外即时通信(非强实时)及管理，在呈现上能够按间隔展现(所述间隔是一组相互关联的的完成一定功能的设备集合)，但从数据上又需要集中监控管理，因此通过应用软件设计实现间隔的划分，同时通过嵌入式操作系统实现多核的统一调度支撑，满足性能效率及资源的要求。SMP系统中有多个处理器，每一个都含有它自己的控制单元，算术逻辑单元和寄存器；每个处理器都可以通过某种互联机制访问一个共享的主存和I/O设备，通常是系统总线。处理器之间还可以通过存储器中的共享地址空间中的消息和状态信息相互通信。
图2为另一个具体实施例集群测控功能开发及组态设计，如图2所示，
本实施例中，一个间隔测控功能模块主要由程序模块和开发配置模块组成，程序模块实现通用基本功能包括遥测模块、遥信模块、遥控模块、同期模块等，该部分通过程序代码方式实现，封装成各功能算法元件，如针对遥测模块设计封装出幅值计算、频率计算、功率计算、谐波计算、零序计算、角度计算、零序越限告警、断线告警等算法，每个算法元件在逻辑图配置工具软件中映射为一个逻辑图图元，以供逻辑图配置工具组态配置时灵活配置引用，所有各功能代码经过编译后形成执行程序模块。
开发配置模块是根据工程应用的典型测控类型，通过逻辑图配置工具软件进行I/O输入输出组态配置开发，最终形成典型间隔配置信息如线路间隔测控、3/2接线测控、母线测控、公用测控等开发配置模块。
开发配置过程如下：
使用逻辑图配置工具软件(即逻辑图配置工具软件)，定义软硬件资源：输入信号(如括采样通道、定值参数)、输出信号(如各采样计算量、告警状态信息等)；
使用逻辑图配置工具软件定义算法元件图元，主要配置元件的输入出接口类型，该算法元件实现是通过程序代码开发封装形成的各独立基础算法；
通过逻辑图配置工具软件进行测控应用功能的配置组态，将软硬件配置的输入输出信号与逻辑图算法图元进行关联；
打包形成间隔测控的开发配置信息。
所述的逻辑图配置工具软件为公司自主开发的现有专用技术软件，具备逻辑可编程及配置功能。
任何一个间隔运行需要程序模块与指定的开发配置模块组合形成一个典型间隔单元体，即公共的程序模块与不同的典型开发配置模块组形成不同类型的间隔测控功能。
图3为本发明具体实施例集群测控工程应用配置部署。
针对特定具体的工程项目，统计具体的间隔测控类型数量，然后进行配置实例化，部署相应类型的间隔程序及工程应用实例化的配置信息。具体实现方法及部署过程如下：
统计：统计工程实际测控对象类型及数量信息；
实例化：以工程实际间隔测控类型及数据为依据，通过逻辑图配置工具软件基于研发发布的典型间隔对象类型模型进行工程模型配置实例化；
物理映射：导入过程层物理对象实际输入/输出资源信息，将实例化的间隔对象逻辑输入/输出与实际物理对象输入/输出资源进行关联映射；
物理部署：将实例化的间隔对象(包括对应类型的程序和开发配置以及工程应用实例化模型配置)到指定的物理CPU，实现所有间隔对象的物理CPU部署。
图4为本发明具体实施例集群测控装置的工程应用组网
如图4所示，工程应用中集群测控可根据变电站规模大小，配置1套或多套集群测控，每套集群测控负责10到15个间隔的后备测控功能，当间隔实体测控检修或故障时，可投入集群测控对应间隔虚拟测控运行，全站测控功能不受影响。测控装置通过过程层网络与MU和智能终端连接，通过站控层网络与监控系统和远动装置连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种智能变电站多间隔集群测控装置，其特征是， 包括一个管理CPU模块、多个并行处理的功能CPU模块；
所述功能CPU模块，用于根据测控类型完成前端数字信号的实时采集及预处理；任一所述的功能CPU模块可以划分为至少一个容器，每个容器运行至少一个间隔容量的间隔功能模块来实现间隔测控功能；
所述管理CPU模块，用于管理多个并行的功能CPU模块处理的数据并对远方进行通信转发；
所述间隔功能模块包括程序模块和开发配置模块，
所述程序模块，用于通过程序代码方式将基本功能封装各功能算法元件；每个算法元件在逻辑图配置工具软件中映射为一个逻辑图算法图元；所述开发配置模块，用于根据工程应用的典型测控类型，通过逻辑图配置工具软件将输入输出信号与逻辑图算法图元进行关联，最终形成典型间隔配置信息；
所述功能CPU模块包括FPGA、核心处理器、数据存储芯片和通信接口资源；所述核心处理器采用多核处理器并且多核处理器采用非对称多进程的方式运行。
2.根据权利要求1所述的智能变电站多间隔集群测控装置，其特征是，基本功能包括：遥测模块、遥信模块、遥控模块和同期模块。
3.根据权利要求1所述的智能变电站多间隔集群测控装置，其特征是，根据多核处理的核的数量进行容器的划分。
4.根据权利要求3所述的智能变电站多间隔集群测控装置，其特征是，一个核对应一个容器。
5.根据权利要求1所述的智能变电站多间隔集群测控装置，其特征是，所述管理CPU模块采用多核处理器架构，并且采用对程多进程方式运行。
6.根据权利要求1所述的智能变电站多间隔集群测控装置，其特征是，所述管理CPU模块对各个功能CPU模块中的间隔数据进行分类分间隔管理，所述间隔数据包括实时数据、历史数据和配置信息三类。
7.一种智能变电站多间隔集群测控装置的配置部署方法，其特征是，所述装置如权利要求1~6任意一项权利要求所述的智能变电站多间隔集群测控装置，所述配置部署方法包括以下步骤：
统计：统计工程实际测控对象类型及数量信息；
实例化：通过逻辑图配置工具软件实现工程应用实例化模型，包括对应类型的程序模块和开发配置模块的开发配置；
物理映射：导入过程层物理对象实际输入/输出资源信息，将实例化的间隔对象逻辑输入/输出与实际物理对象输入/输出资源进行关联映射；
物理部署：将实例化的间隔对象配置到指定的功能CPU模块，实现所有间隔对象的功能CPU模块的部署。
8.根据权利要求7所述的智能变电站多间隔集群测控装置的配置部署方法，其特征是，实例化配置过程包括以下步骤：
使用逻辑图配置工具软件定义软硬件资源，包括输入信号和输出信号，所述输入信号包括采样通道和定值参数，所述输出信号包括采样计算量和告警状态信息；
使用逻辑图配置工具软件定义逻辑图算法图元，即通过程序代码方式将基本功能封装各功能算法元件；各功能的程序代码经过编译后形成执行程序模块，每个算法元件在逻辑图配置工具软件中映射为一个逻辑图算法图元；
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