CN110943541A - 一种变电站保护测控一体化装置及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站保护测控一体化装置及其数据处理方法，包括四个功能单元，分别为用于与过程层网络进行数据交互的通信公用接口单元；用于接收对时数据，并与后台系统进行数据交互的人机管理单元；用于执行相应的保护功能的保护单元；用于执行测量和控制功能的测控单元；通信公用接口单元、保护单元、人机管理单元和测控单元通过环网进行通信连接。本发明将保护单元和测控单元一体化，并且采用环网的方式实现数据的通讯传输，减少设备数量，能够降低变电站建设的成本，环网方式的数据传输，提高数据传输的快速性和可靠性，从而增强了测控和保护的可靠性。

Description

一种变电站保护测控一体化装置及其数据处理方法

技术领域

本发明涉及一种变电站保护测控一体化装置及其数据处理方法。

背景技术

现有智能变电站中，110kV及以上电压等级保护控制系统普遍采用保护、测控独立配置的模式，如图1所示。这种模式的优点是功能配置按专业分工，设备功能分开，互不影响。但是二次设备数量多，建设成本高。220kV及以上间隔采用双套保护+单套测控的配置模式，每个间隔至少需要配置3台装置，生产成本及运行维护成本高。而且保护、测控功能的冗余度不够。110kV间隔普遍采用单套保护+单套测控的配置模式，保护、测控功能单配，没有冗余，任何一套装置出现故障即失去相应的保护或测控功能，严重情况下需停电处理；220kV及以上间隔虽然实现了保护的双套冗余配置，但测控功能单配，测控装置故障时即失去相应间隔的测量、遥信及控制功能，严重影响电力系统的安全稳定运行。因此，目前智能变电站智能装置数量多、占用空间大、接线繁琐、查阅校对现场异常现象在运状态不便等问题，导致智能变电站的建设成本高，而且影响变电站电力系统的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种变电站保护测控一体化装置及其数据处理方法，以解决现有智能变电站成本高、稳定性差的问题。

为解决上述技术问题而提供一种变电站保护测控一体化装置，包括四个功能单元，分别为

通信公用接口单元，用于与过程层网络进行数据交互；

人机管理单元，用于接收对时数据，并与后台系统进行数据交互；

保护单元，用于执行相应的保护功能；

测控单元，用于执行测量和控制功能；

所述通信公用接口单元、所述保护单元、所述人机管理单元和所述测控单元通过环网进行通信连接。

有益效果是：本发明将保护和测控单元一体化，并且采用环网的方式实现数据的通讯传输，减少设备数量，能够降低变电站建设的成本，环网方式的数据传输，提高数据传输的快速性和可靠性，从而增强了测控和保护的可靠性。

进一步的，所述人机管理单元连接对时接口插件，通过所述对时接口插件接收对时数据。

进一步的，所述对时数据为光B码和电B码。

进一步的，所述人机管理单元连接MMS通讯接口插件，通过所述MMS通讯接口插件与后台系统进行数据交互。

进一步的，所述通信公用接口单元为通信公用接口插件；所述保护单元为保护插件；所述人机管理单元为人机管理插件；所述测控单元为测控插件。使用插件更加方便，能够均插接在背板上。

为解决上述技术问题而提供一种变电站保护测控一体化装置的数据处理方法，步骤包括：

(1)功能单元检查其端口是否有数据；

(2)若有数据，就对所述数据进行判断；

(3)如果所述数据是本功能单元需要的，则该功能单元处理所述数据；

如果所述数据不是本功能单元需要的，则将所述端口数据转发到环网中。

进一步的，功能单元处理数据的步骤为：

如果功能单元正在接收其他数据报文，则进入等待状态；否则，提取所述数据，然后转发到环网中。

进一步的，每个功能单元对其端口的数据进行时标修正；所述时标修正的计算方式为：

τ_mn＝τ+τ_{link_in}+τ_{stay_i}

其中，τ_mn为第i+1个功能单元报文时标修正后的真实接收时刻；τ为第i个功能单元的真实接收时刻；τ_{link_in}为第i个功能单元到第i+1个功能单元之间链路传输时间；τ_{stay_i}为在第i个功能单元驻留时间，所述驻留时间指在第i个功能单元接收到数据后到实际转发送出之间的时间，i为变电站中功能单元的个数。变电站中的每个功能单元接收到数据后，对所述数据进行时标修正，进行时标修正后的数据的计时更加准确。

附图说明

图1为现有智能变电站保护测控架构图；

图2为本发明保护测控一体化装置结构示意图；

图3为本发明保护测控一体化装置内部环网数据处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。

装置实施例：

本发明的智能变电站保护测控一体化装置的架构如图2所示，包括通信公用接口单元、测控单元、保护单元、人机管理单元和公用智能I/O插件。通信公用接口单元、保护单元、人机管理单元和测控单元通过千兆高可用性无缝冗余环网HSR(High-availabilitySeamless Redundancy)进行通信连接，环网进行双向通信。通信公用接口单元、测控单元、保护单元和人机管理单元均内置CPU，为独立的插件，即通信公用接口单元为通信公用接口插件，保护单元为保护插件，人机管理单元为人机管理插件，测控单元为测控插件，这些插件可以插接在背板上使用，非常方便；公用智能I/O插件，通过CAN网和测控单元、保护单元进行数据共享。

通信公用接口插件是变电站保护测控一体化装置与过程层网络进行数据交互的通信接口，即与SV网和GOOSE网进行数据交互，其可以完成千兆环网接入，千兆组网转千兆环网、百兆组网转千兆环网的功能，同时可以完成千兆环网转千兆环网、千兆环网转百兆组网、千兆环网转千兆组网的功能，是保护测控一体化装置内部千兆环网数据共享的数据源之一。

测控单元具备已成熟的测控装置的功能，通过CAN网获取公用智能I/O获取开入状态，同时完成遥信、遥控、遥测、计量等功能。

保护单元具备已成熟的保护装置的功能，通过CAN网获取公用智能I/O获取开入状态，同时完成线路保护、主变保护、母差保护的功能。

人机管理单元是本发明的变电站保护测控一体化装置进行人机交互的核心单元，人机管理单元连接对时接口插件，通过对时接口插件接收变电站内其他装置的数据信息，例如光B码和电B码；人机管理单元接收管理对时数据的接入，并将接入的对时数据直接转分发给其他各功能单元，各功能单元的对时是变电站保护测控一体化装置进行同步千兆环网共享数据的时标准确性保障。

人机管理单元包括液晶显示屏和按键，通过按键和液晶的配合，人机管理单元将各种数据分发给测控单元、保护单元和通信公用接口单元，而且测控、保护以及通信的状态可以在液晶屏上进行显示，以供巡检或值班的工作人员查看。

人机管理单元还通过MMS通讯接口与后台系统通信连接，可以将测控单元和保护单元的数据上送给监控后台，同时接收监控后台的命令进行数据的转分发，因此，人机管理单元能够完成与监控后台的数据通讯，其也是变电站保护测控一体化装置内部进行千兆环网数据共享的数据源。

变电站保护测控一体化装置还包括冗余双电源，分别为电源1和电源2，电源1和电源2相互独立，电源1和电源2均能给变电站保护测控一体化装置内的所有插件进行供电，若电源1输出电压的稳定度小于5％，则认为该电源1输出不稳定，会影响电站保护测控一体化装置使用的可靠性，电源相互切换，然后切换使用电源2进行供电，从而可以提高电站保护测控一体化装置供电可靠性；或者其中一个电源失电，则切换至另一个电源进行供电，总的来讲，在输出电压稳定度小于5％或者其中一电源失电时，进行电源相互切换动作，从而保证变电站保护测控一体化装置的正常供电运行。

本发明的智能变电站保护测控一体装置结构较为简单，装置内部架构支持千兆环网、千兆组网、百兆组网的接入，适应性强，同时由图1的两台装置，多组光缆，空间大等架构，转变为架构简单，光缆减少，空间占用小的架构。

基于变电站保护测控一体化装置内部的千兆环网，其千兆环网数据共享处理过程如图3所示：

变电站保护测控一体化装置内人机管理单元、保护单元、测控单元和通信公用接口单元功能相互独立，在获取千兆环网数据的同时，对数据进行时标修正处理，并分享已经处理过的数据。

(1)变电站保护测控一体化装置上电，人机管理单元发送配置信息给保护单元、测控单元和通信公用接口单元，保护单元、测控单元和通信公用接口单元根据配置信息进行相应的配置。

(2)若测控单元(或保护单元)的端口检测到配置信息的数据报文后，会判断配置信息中的数据报文是本单元需要的还是需要本单元进行转发的，如果是本测控单元需要的，环网中的数据报文解析并进行时标换算，对需要的数据报文进行有效提取；如果不是需要的，则进行转发的，对环网中的该数据报文进行时标修正，然后依次转发给环网中下一个功能单元，例如，通信公用接口单元。

(3)测控单元对于其需要的数据报文，进行有效提取后，仍然需要将其数据报文进行共享。如果测控单元的端口正在接收数据报文，将进入等待状态；如果测控单元的端口没有接收的数据时，对提取后的数据报文进行数据分享，转发到环网中其他功能单元。

对于每个节点时标修正的计算：

τ_mn＝τ+τ_{link_in}+τ_{stay_i}

其中，τ_mn为第i+1个功能单元报文时标修正后的真实接收时刻；τ为第i个功能单元的真实接收时刻；τ_{link_in}为第i个功能单元到第i+1个功能单元之间链路传输时间；τ_{stay_i}为在第i个功能单元驻留时间，所述驻留时间指在第i个功能单元接收到数据后到实际转发送出之间的时间，i为变电站中功能单元的个数。

智能变电站保护测控一体装置在冗余双电源的供电保障下，装置内部各子单元功能独立，通过内部千兆环网、CAN进行数据共享，同时运行千兆环网数据数据时标修正算法，提高了装置内部数据共享的速率及其时标的精准性，大大提升了智能变电站二次设备的智能化水平，同时解决了装置数量多、占用空间大、接线繁琐、查阅校对现场异常现象在运状态不便等一系列问题，为智能变电站的发展及其新架构打下了基础。

数据处理方法实施例：

本发明还提供一种变电站保护测控一体化装置的数据处理方法，数据处理方法已在上述装置实施例中详细介绍，此处不再详细赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变电站保护测控一体化装置，其特征在于，包括四个功能单元，分别为

通信公用接口单元，用于与过程层网络进行数据交互；

人机管理单元，用于接收对时数据，并与后台系统进行数据交互；

保护单元，用于执行相应的保护功能；

测控单元，用于执行测量和控制功能；

所述通信公用接口单元、所述保护单元、所述人机管理单元和所述测控单元通过环网进行通信连接。

2.根据权利要求1所述的变电站保护测控一体化装置，其特征在于，所述人机管理单元连接对时接口插件，通过所述对时接口插件接收对时数据。

3.根据权利要求2所述的变电站保护测控一体化装置，其特征在于，所述对时数据为光B码和电B码。

4.根据权利要求1所述的变电站保护测控一体化装置，其特征在于，所述人机管理单元连接MMS通讯接口插件，通过所述MMS通讯接口插件与后台系统进行数据交互。

5.根据权利要求1所述的变电站保护测控一体化装置，其特征在于，所述通信公用接口单元为通信公用接口插件；所述保护单元为保护插件；所述人机管理单元为人机管理插件；所述测控单元为测控插件。

6.一种基于权利要求1所述的变电站保护测控一体化装置的数据处理方法，其特征在于，步骤包括：

(1)功能单元检查其端口是否有数据；

(2)若有数据，就对所述数据进行判断；

(3)如果所述数据是本功能单元需要的，则该功能单元处理所述数据；

如果所述数据不是本功能单元需要的，则将所述端口数据转发到环网中。

7.根据权利要求6所述的数据处理方法，其特征在于，功能单元处理数据的步骤为：

如果功能单元正在接收其他数据报文，则进入等待状态；否则，提取所述数据，然后转发到环网中。

8.根据权利要求6所述的数据处理方法，其特征在于，每个功能单元对其端口的数据进行时标修正；所述时标修正的计算方式为：

τ_mn＝τ+τ_{link_in}+τ_{stay_i}

其中，τ_mn为第i+1个功能单元报文时标修正后的真实接收时刻；τ为第i个功能单元的真实接收时刻；τ_{link_in}为第i个功能单元到第i+1个功能单元之间链路传输时间；τ_{stay_i}为在第i个功能单元驻留时间，所述驻留时间指在第i个功能单元接收到数据后到实际转发送出之间的时间，i为变电站中功能单元的个数。

Images