CN111917186A - 一种新型智能变电站云监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种新型智能变电站云监控系统,包括布置于所述智能变电站目标区域内的多个远程现场交换终端。所述站控层还包括保护设备自动测试系统,所述保护设备自动测试系统包括参数读取层、参数分解层、参数判断层、动作判断层以及拓扑层;所述参数读取层读取所述多个远程终端单元采集的现场设备参数;所述参数分解层将所述现场设备参数进行分解,得到被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数;所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常;所述动作判断层用于判断所述采集所述现场设备参数时所述现场设备的实时动作是否正常。

Description

一种新型智能变电站云监控系统
技术领域
本发明属于智能变电站技术领域,尤其涉及一种新型智能变电站云监控系统。
背景技术
随着社会的发展,城市建筑以及公共区域的基础设施增加,人们对我国电力的需求越来越高,电力系统的规模也越来越大。目前我国已经进入了第三代电网时代,即智能电网时代。
智能变电站作为坚强智能电网的重要组成部分,在国内得到了大力推广建设,智能化的继电保护装置等智能二次设备也得到了愈发广泛的应用。与传统保护装置相比,新的保护装置在结构、信息共享标准、传输方式以及日常运行维护和检修等诸多方面均存在着较大差异,同时也在实时性、可靠性、准确性等方面对继电保护测试技术提出了更高的要求。因此,目前智能变电站采用IEC61850标准,对保护装置的功能、定值、接口等各方面都进行了严格的限定,实现了设计的规范化、标准化和统一化,同时在数据的交互共享方面也提供了便利。
智能变电站的建造难度大、工程造价高,对其采取科学有效的运维管理能够最大程度地延长智能变电站的使用寿命,从而提高社会的经济效益。云计算实现了信息资源被最大程度地整合和共享,通过云计算建立起来的智能变电站信息中枢系统,为各种应用和信息服务建立了运行平台。在这个由大量异构的服务器、虚拟化的智能变电站数据中心组成的平台上,信息资源和计算机能力能被最大化地运用。
申请号为CN201911249799的中国发明专利申请提出一种基于边缘物联的区域智能变电站调度系统及其方法,该系统以变电站供电区域为例,包含有:智能变电站系统、车载数据采集控制系统、充电站管理系统、用户数据采集控制系统。该发明的特点在于,基于边缘物联,在数据采集终端采用边缘计算,根据配电网的不同需求做出不同策略,与智能变电站系统协同决策,主动预调节群体电动汽车车载空调设定温度实现有序充放电、主动预调节固定建筑房间空调设定温度实现用户有序用电。该发明创新地采用″云-边″协同的控制方法,在用户侧采用边缘计算,与智能变电站系统共同决策平抑变电站过载的调度方法;在现有有限传输带宽的基础上,差异化传输用户侧数据,减少传输时延,增强调度时效性。
申请号为CN201510875130的中国发明专利申请提出一种智能变电站云资源监控系统,数据存储模块连接数据采集模块,将数据采集模块采集到的数据进行存储;云监控管理模块连接数据存储模块,调取数据存储模块的数据进行监控管理,并对监控结果进行决策;WEB服务模块连接云监控管理模块,接收云监控管理模块发送的决策信息,与用户进行人机交互。该技术方案提出面向用户的云资源监控解决方案,用户自定义监控请求,以用户请求驱动监控策略;面向用户的WEB服务端,便于用户随时随地的查看云资源运行状态,实现服务和应用级别的监控,满足用户服务质量的要求。
然而,当前智能变电站的监控系统都是封闭式一体化结构,系统扩张性不足;同时,业务环境缺乏弹性,数据通信无法共享,使得业务之间的联系和互动缺乏灵活性,信息整合能力不足;更重要的是,在获取数据判断有效性以及执行自动化测试和安全保护方面,还亟待改进。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种新型智能变电站云监控系统,所述云监控系统包括布置于所述智能变电站目标区域内的多个远程现场交换终端,其特征在于:
所述智能变电站包括过程层、间隔层以及站控层;
所述过程层包括多个智能一次设备以及与所述多个智能一次设备连接的多个远程终端单元;
所述间隔层包括多个边缘计算终端,所述多个边缘计算终端与所述多个远程现场交换终端通信,并将计算结果发送至所述站控层;
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层;
所述站控层还包括保护设备自动测试系统,所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试;所述远程终端单元获取所述智能一次设备的不同时段的多个实时状态参数,所述多个实时状态参数包括开关量参数、动作量参数以及模拟零漂性能参数;所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试,具体包括:
所述保护设备自动测试系统包括参数读取层、参数分解层、参数判断层、动作判断层以及拓扑层;
所述参数读取层读取所述多个远程终端单元采集的现场设备参数;
所述参数分解层将所述现场设备参数进行分解,得到被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数;
所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常;
所述动作判断层用于判断所述采集所述现场设备参数时所述现场设备的实时动作是否正常;
所述拓扑层基于所述边缘计算的结果构建所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图;所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常,具体包括:
设远程终端单元第i次采集到的开关量参数值为Ki,前次采集到的开关量参数值为Ki-1,若
Figure BDA0002621310940000041
则所述第i次采集到的开关量参数Ki正常;
其中,Vcur、Vpre均为向量;
Vpre={K1,K2,,Ki-1};
Vcur={K1,K2,,Ki};TL、TH为预先设置的上限值和下限值;i>2。
具体来说,本发明的智能变电站系统包括过程层、间隔层以及站控层。该系统采用低功率、紧凑型的新型电子式电流、电压互感器代替常规的电流、电压互感器,采用智能断路器等先进电子装置,采用离速光纤太网搭建数据采集及传输系统,基于IEC61850标准统一建模,实现智能设备间的信息共享和互操作。
过程层包含合并单元、智能一次设备、以及与所述多个智能一次设备连接的多个远程终端单元;通过所述远程终端单元实现电气量检测、状态监测、操作控制与驱动等。过程层连接一次设备的状态信号和执行器,通过合并单元和智能终端对一次设备的工作状态及设备属性进行数字化,并通过多个远程现场交换终端组成的网络与间隔层的设备相连。
所述间隔层包括多个边缘计算终端,所述多个边缘计算终端与所述多个远程现场交换终端通信,并将计算结果发送至所述站控层。
通过所述间隔层,能够实现数据的采集与运算等,并实现过程层与站控层的网络通信。
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层;
所述站控层还包括保护设备自动测试系统,所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试。
站控层主要是汇集各子系统的实时数据,不断刷新实时数据库;按设定的要求将有关数据发送至调度、控制和在线监测中必;接收调度、控制和在线监测中也的控制命令并送往间隔层和过程层执行;此外,站控层还可对间隔层、过程层设备实现在线维护、在线修改参数等,并可自动测试分析变电站故障。
所述站控层还包括控制数据库,所述控制数据库基于所述边缘计算终端的计算结果生成控制数据;
所述过程层与所述间隔层通过所述远程现场交换终端通信。
所述控制数据库保存所述智能变电站的变电站配置描述文件(SCD);
通过所述远程现场交换终端,所述站控层将所述变电站配置描述文件与所述间隔层的所述边缘计算终端共享;基于所述共享的所述变电站配置描述文件,所述边缘计算终端对所述间隔层与所述站控层进行一致性测试。
所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试,具体包括:
所述保护设备自动测试系统包括参数读取层、参数分解层、参数判断层、动作判断层以及拓扑层;
所述参数读取层读取所述多个远程终端单元采集的现场设备参数;
所述参数分解层将所述现场设备参数进行分解,得到被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数;
所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常;
所述动作判断层用于判断所述采集所述现场设备参数时所述现场设备的实时动作是否正常;
所述拓扑层基于所述边缘计算的结果构建所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图。
所述拓扑层基于所述边缘计算的结果构建所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图,具体包括:
所述边缘计算终端接收所述多个远程现场交换终端发送的变电站配置描述文件以及各个远程现场交换终端本身的配置信息后,选择拓扑模板构建文件,生成远程现场交换终端循环列表;
基于所述远程现场交换终端循环列表,所述拓扑层循环获取所述配置信息并与所述变电站配置描述文件进行关联后,生成所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图。
所述保护设备自动测试系统还包括警示值挖掘系统;
将所述参数分解层得到的被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数输入所述警示值挖掘系统;
所述警示值挖掘系统基于所述输入数据进行警示值挖掘,并输出至少一个警示参数值;
所述参数判断层结合所述警示参数值判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常。
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层,具体包括:
所述远端云监控中心基于所述站控层发送的数据,对所述智能变电站进行性能评估后,声称所述调度指令,并更新所述控制数据库。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的一种新型智能变电站云监控系统的模块组成图
图2是图1所述系统中保护设备自动测试系统结构内容示意图
图3是图1所述系统解析SCD文件的示意图
图4是图1所述系统生成生成所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图的原理图
图5是本发明所述的所述远程现场交换终端循环列表的示意图。
具体实施方式
下面,结合附图以及具体实施方式,对发明做出进一步的描述。
参见图1,是本发明一个实施例的一种新型智能变电站云监控系统的模块组成图。
图1所述新型智能变电站云监控系统,所述云监控系统包括布置于所述智能变电站目标区域内的多个远程现场交换终端。
在图1所述实施例中,远程现场交换终端包括多个工业交换机终端。
所述智能变电站包括过程层、间隔层以及站控层;
所述过程层包括多个智能一次设备以及与所述多个智能一次设备连接的多个远程终端单元。
远程终端单元(Remote Terminal Unit,RTU),是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元。
RTU可以用各种不同的硬件和软件来实现,取决于被控现场的性质、现场环境条件、系统的复杂性、对数据通信的要求、实时报警报告、模拟信号测量精度、状态监控、设备的调节控制和开关控制。由于各制造商采用的数据传输协议、信息结构和检错技术不同,各制造厂家一般都生产 SCADA系统中配套的专用RTU.
本实施例的RTU是专用于智能变电站数据监测的测控模块。
具体来说,所述远程终端单元获取所述智能一次设备的不同时段的多个实时状态参数,所述多个实时状态参数包括开关量参数、动作量参数以及模拟零漂性能参数。
所述间隔层包括多个边缘计算终端,所述多个边缘计算终端与所述多个远程现场交换终端通信,并将计算结果发送至所述站控层;
边缘计算指在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间,或处于物理实体的顶端。
本实施例所述的边缘计算终端,是指布置于所述远程现场的用于智能变电站实现本地现场的边缘计算的终端设备,能够避免数据堵塞,同时还可以和云计算配合。
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层;
所述站控层还包括保护设备自动测试系统,所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试。
所述站控层还包括控制数据库,所述控制数据库基于所述边缘计算终端的计算结果生成控制数据;
所述过程层与所述间隔层通过所述远程现场交换终端通信。
在图1基础上,参见图2,是图1所述系统中保护设备自动测试系统结构内容示意图。
所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试,具体包括:
所述保护设备自动测试系统包括参数读取层、参数分解层、参数判断层、动作判断层以及拓扑层;
所述参数读取层读取所述多个远程终端单元采集的现场设备参数;
所述参数分解层将所述现场设备参数进行分解,得到被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数;
所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常;
所述动作判断层用于判断所述采集所述现场设备参数时所述现场设备的实时动作是否正常;
所述拓扑层基于所述边缘计算的结果构建所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图。
在一个实施例中,所述保护设备自动测试系统同时将MMS协议集成在测试系统中,可实现测试过程中的实时自动读写保护装置定值、设置测试参数、投退装置软压板来配合当前的测试项目,并自动完成整个测试过程。
更具体的,所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常,具体包括:
设远程终端单元第i次采集到的开关量参数为Ki,前次采集到的开关量参数为Ki-1
Figure BDA0002621310940000111
则所述第i次采集到的开关量参数Ki正常;Vcur、Vpre均为向量;
Vpre={K1,K2,,Ki-1};
其中,Vcur={K1,K2,,Ki};TL、TH为预先设置的上限值和下限值;i>2。
虽然未具体写出,但是对于其他判断动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常,也可以采用类似的方法。
需要指出的是,上述判断方法充分考虑智能变电站性能数据的整体关联性以及前后时段的影响,是本发明的创造性体现之一。
在上述实施例中,所述控制数据库保存所述智能变电站的变电站配置描述文件(SCD);通过所述远程现场交换终端,所述站控层将所述变电站配置描述文件与所述间隔层的所述边缘计算终端共享;基于所述共享的所述变电站配置描述文件,所述边缘计算终端对所述间隔层与所述站控层进行一致性测试。
变电站配置描述文件(Substation Configuration Description,SCD) 文件通过变电站配置描述语言SCL(Substation Configuration description Language)描述了站内所有智能化电子设备IED(Intelligent Electronic Device)通信参数、实例配置、各设备之间的通信配置及信号连线等相关信息。因此通过变电站配置文件可以获取待测试保护装置的功能参数、连接方式、面向通用对象的变电站事件(GOOSE)
和采样值(SV)服务参数等。保证变电站配置描述文件与待测试保护装置信息的一致性是自动化分析、智能监控的前提。
图3是进行解析SCD文件从而实现一致性的原理示意图。
基于所述共享的所述变电站配置描述文件,所述边缘计算终端对所述间隔层与所述站控层进行一致性测试,具体包括:
对所述变电站配置描述文件进行分解处理,得到Header部分、 Communication部分和Inputs部分;
对Header、Communication和Inputs三部分的行m、列n进行编码,对m、n以及校验量Zmn赋值;
校验各部分的m、n、Zmn值,获取各部分的校验结果,判断所述一致性测试是否通过。
同时,承载过程层通信网络的预先配置完成的数据内容和通信关系的报文可封装于全站系统配置文件(System configuration description,SCD) 中,智能变电站监测系统需要通过SCD获取预置的过程层网络拓扑结构,以便用于校验,实现网络监测和故障定位。
远程现场交换终端以交换机作为主要形式,远程现场交换终端循环列表的一个示意图见附图4。
图5是图1所述系统生成生成所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图的原理图。
所述拓扑层基于所述边缘计算的结果构建所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图,具体包括:
所述边缘计算终端接收所述多个远程现场交换终端发送的变电站配置描述文件以及各个远程现场交换终端本身的配置信息后,选择拓扑模板构建文件,生成远程现场交换终端循环列表;
基于所述远程现场交换终端循环列表,所述拓扑层循环获取所述配置信息并与所述变电站配置描述文件进行关联后,生成所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图。
虽然未示出,但是在上述实施例中,所述保护设备自动测试系统还包括警示值挖掘系统;
将所述参数分解层得到的被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数输入所述警示值挖掘系统;
所述警示值挖掘系统基于所述输入数据进行警示值挖掘,并输出至少一个警示参数值;
所述参数判断层结合所述警示参数值判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常。
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层,具体包括:
所述远端云监控中心基于所述站控层发送的数据,对所述智能变电站进行性能评估后,声称所述调度指令,并更新所述控制数据库。
站控层网络结构模式有星形和环形两种,其中星形网络的结构最为常见,它的网络通信节点通过集线器或者交换机组成可级联的星形网络,站控层网络主要处理间隔层中各个单元之间的数据通信,同时要与信息一体化平台进行信息交换,并和省级网络进行双向交换,站控层也实现了电力数据网络的接入。其网络平台依靠MMS、GOOS目两网合一的网络方式进行通信,实现全站信息的汇总及防误闭锁等功能。
综上诉述,本发明提出一种智能变电站信息支撑体系架构下的云监控系统,作为一种开放式立体体系架构,它是由平台层、感知层、应用层、网络层组成。值得注意的是,整个网络中的智能处理、计算能力在这四个层面上都有所体现:网络层的使能控制层面、应用层内的智能处理层面、感知层的网关层面、平台层大数据智能分析与PAAS公共服务层面。该开放式的体系的架构实现了整个系统能力的均衡部署,通过四层的相互关联与智能分布,保证其构架具有可自由扩展、清晰、标准、面向未来的特性。在次构架的基础上,可以建议一个可自由删除、添加业务的环境,而弹性业务环境能保证业务之间的联系和互动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种新型智能变电站云监控系统,所述云监控系统包括布置于所述智能变电站目标区域内的多个远程现场交换终端,其特征在于:
所述智能变电站包括过程层、间隔层以及站控层;
所述过程层包括多个智能一次设备以及与所述多个智能一次设备连接的多个远程终端单元;
所述间隔层包括多个边缘计算终端,所述多个边缘计算终端与所述多个远程现场交换终端通信,并将计算结果发送至所述站控层;
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层;
所述站控层还包括保护设备自动测试系统,所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试;所述远程终端单元获取所述智能一次设备的不同时段的多个实时状态参数,所述多个实时状态参数包括开关量参数、动作量参数以及模拟零漂性能参数;所述保护设备自动测试系统接收所述多个远程终端单元采集的现场设备参数以及所述多个边缘计算终端的计算结果,对所述间隔层以及所述过程层执行自动化测试,具体包括:
所述保护设备自动测试系统包括参数读取层、参数分解层、参数判断层、动作判断层以及拓扑层;
所述参数读取层读取所述多个远程终端单元采集的现场设备参数;
所述参数分解层将所述现场设备参数进行分解,得到被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数;
所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常;
所述动作判断层用于判断所述采集所述现场设备参数时所述现场设备的实时动作是否正常;
所述拓扑层基于所述边缘计算的结果构建所述智能变电站的过程层网络拓扑结构图;所述参数判断层判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常,具体包括:
设远程终端单元第i次采集到的开关量参数值为Ki,前次采集到的开关量参数值为Ki-1
Figure FDA0002621310930000021
则所述第i次采集到的开关量参数Ki正常;
其中,Vcur、Vpre均为向量;
Vpre={K1,K2,…,Ki-1};
Vcur={K1,K2,…,Ki};TL、TH为预先设置的上限值和下限值;i>2。
2.如权利要求1所述的一种新型智能变电站云监控系统,其特征在于:
所述站控层还包括控制数据库,所述控制数据库基于所述边缘计算终端的计算结果生成控制数据;
所述过程层与所述间隔层通过所述远程现场交换终端通信;所述控制数据库保存所述智能变电站的变电站配置描述文件(SCD);
通过所述远程现场交换终端,所述站控层将所述变电站配置描述文件与所述间隔层的所述边缘计算终端共享;
基于所述共享的所述变电站配置描述文件,所述边缘计算终端对所述间隔层与所述站控层进行一致性测试。
3.如权利要求1所述的一种新型智能变电站云监控系统,其特征在于:基于所述共享的所述变电站配置描述文件,所述边缘计算终端对所述间隔层与所述站控层进行一致性测试,具体包括:
对所述变电站配置描述文件进行分解处理,得到Header部分、Communication部分和Inputs部分;
对Header、Communication和Inputs三部分的行m、列n进行编码,对m、n以及校验量Zmn赋值;
校验各部分的m、n、Zmn值,获取各部分的校验结果,判断所述一致性测试是否通过。
4.如权利要求1所述的一种新型智能变电站云监控系统,其特征在于:
所述保护设备自动测试系统还包括警示值挖掘系统;
将所述参数分解层得到的被测现场设备的型号、额定参数、保护定值以及实测的开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数输入所述警示值挖掘系统;
所述警示值挖掘系统基于所述输入数据进行警示值挖掘,并输出至少一个警示参数值;
所述参数判断层结合所述警示参数值判断所述开关量参数、动作量参数或模拟零漂性能参数是否正常。
5.如权利要求1所述的一种新型智能变电站云监控系统,其特征在于:
所述站控层与远端云监控中心无线通信,并接收所述远端云监控中心的调度指令后,发送至所述间隔层,具体包括:
所述远端云监控中心基于所述站控层发送的数据,对所述智能变电站进行性能评估后,声称所述调度指令,并更新所述控制数据库。
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