CN112952997A - 一种全站集成数字化测控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全站集成数字化测控装置，包括高速总线背板和插接在高速总线背板上的CPU插件、DSP插件和HSR接口插件，CPU插件、DSP插件和HSR接口插件通过高速总线背板相互连接通信，实现全站间隔测控的测量。同时还公开了一种全站集成数字化测控方法，采用虚拟测控单元的形式与实体测控进行一一对应，每个虚拟测控单元之间相互独立运行，并根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退。本发明具备可靠有效的冗余后备设计，有利于实现变电站自动化经济、可靠、集约化运行。

Description

一种全站集成数字化测控装置及方法

技术领域

本发明涉及数字化变电站测量控制技术领域，具体涉及一种全站集成数字化测控装置及方法。

背景技术

随着电网的建设及变电站的新建、扩建、改造，尤其是第三代智能变电站的新建，对电力装置的集成度要求越来越高。目前，电力系统的测控装置多是单机运行模式，一旦测控装置故障闭锁或测控装置本身检修情况下，必须停止该间隔一切功能，不利于电力系统稳定运行和检修便利性。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的不足，提出一种全站集成数字化测控装置及方法，采用一台装置创建虚拟测控单元的形式对全站的实体测控进行冗余备份，实体测控故障或检修期间，可以实现无缝切换。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全站集成数字化测控装置，其特征是，包括高速总线背板和插接在高速总线背板上的CPU插件、DSP插件和HSR接口插件，CPU插件、DSP插件和HSR接口插件通过高速总线背板相互连接通信；

HSR接口插件，用于接入过程层设备以接收过程层设备发送的HSR环网数据，并将HSR环网数据报文解码为标准IEC61850-9-2报文和IEC61850-GOOSE报文发送至DSP插件；

DSP插件，用于接收HSR接口插件发送过来的IEC61850-9-2报文和IEC61850-GOOSE报文，对接收到的报文继续解码计算得到各间隔遥测数据发送给CPU插件；同时，还接收CPU插件下发的控制命令，将校验通过的控制命令转为GOOSE出口报文发送到所述HSR接口插件；

并且DSP插件采用虚拟测控单元的形式与实体测控进行一一对应，每个虚拟测控单元之间相互独立运行，并根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退；

CPU插件，用于接收各间隔的遥测数据，并向站控层监控单元上送各间隔遥测值。

进一步的，高速总线背板包括HTM总线以及CAN总线。

进一步的，还包括开入插件，所述开入插件插接在高速总线背板上，用于接收电开入信号发送给CPU插件和DSP插件。

进一步的，还包括电源插件，用于为所述全站集成数字化测控装置提供电源。

进一步的，还包括人机接口插件，所述人机接口插件插接在高速总线背板上通过内部CAN总线与CPU插件相连，用于对CPU插件的输出结果进行展示。

相应的，本发明还提供了一种全站集成数字化测控方法，其特征是，采用虚拟测控单元的形式与实体测控进行一一对应，每个虚拟测控单元之间相互独立运行，并根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退。

进一步的，根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退包括：

监听实体测控装置过程层心跳报文，判断实体测控的过程层报文是否正常；

监听实体测控装置站控层心跳报文，判断实体测控的站控层报文是否正常；

根据过程层和站控层报文判断结果，确定各个虚测控单元的投入或退出状态。

进一步的，根据过程层和站控层报文判断结果，确定各个虚测控单元的投入或退出状态包括：

若实体测控的站控层和过程层任意一侧报文为正常，则对应间隔虚测控单元必须处于退出状态；

若实体测控的站控层和过程层报文均异常，则对应间隔虚测控单元自动投入。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明可实现全站间隔测控的测量和控制功能，且具备可靠有效的冗余后备设计，有利于实现变电站自动化经济、可靠、集约化运行。

附图说明

图1为本发明实施例全站集成测控装置的组成结构示意图；

图2为本发明实施例全站集成测控自动投退逻辑示意图。

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。

本发明提出的全站集成数字化测控装置，创新地提出集成方案，采用一台装置创建虚拟测控单元的形式对全站的实体测控进行冗余备份，实体测控故障或检修期间，可以投入实现无缝切换，不影响该间隔任何功能，既保证安全稳定、高效便捷，又满足经济节能要求。

如图1所示，本发明实施例所述的全站集成数字化测控装置10，包括：开入插件100、HSR接口插件110、DSP插件120、 DSP插件130、DSP插件140、CPU插件150和高速总线背板，高速总线背板为所有插件的接入板，用于各插件之间数据的传送。高速总线背板上包括HTM总线180以及控制器局域网（CAN）总线190。所述开入插件100、DSP插件120、DSP插件130、DSP插件140、CPU插件150均与完成数据传输的HTM总线180和CAN总线190连接。

在本发明实施例中，将多个间隔的遥测、遥信计算功能集成于3块DSP插件中，在每块DSP插件上至少布置5个独立间隔，DSP插件将各个间隔的遥测模拟量、遥信状态量通过内部总线发送给CPU插件，由CPU插件输出，完成测量控制功能、以及虚拟测控单元自动投退功能。

具体的，HSR接口插件110，可采用现有技术中的HSR网络接口芯片来实现，可以采用光纤接口接入过程层设备合并单元15、智能终端16和各间隔实体测控装置，HSR接口插件110接收过程层设备发送的HSR(High-availability SeamlessRedundancy，高速可靠无缝冗余)环网数据，并将HSR环网数据报文解码为标准IEC61850-9-2报文（采样数字信号）和IEC61850-GOOSE报文并发送至DSP插件；这里，具体如何将HSR环网数据报文解码成IEC61850-9-2报文和IEC61850-GOOSE报文为成熟技术，在此不再赘述。

DSP插件120、 DSP插件130、DSP插件140结构和功能相同，可以均由现有技术中的DSP芯片实现，可以采用光纤接口与所述HSR接口插件110连接，接收HSR接口插件110发送过来的IEC61850-9-2报文。DSP插件对接收到的IEC61850-9-2报文继续解码得到数字信号（电力线的电流电压值）进行遥测值计算；各DSP插件经过同步计算后得到各间隔遥测数据，通过HTM总线180发送给CPU插件150；

DSP插件120、 DSP插件130、DSP插件140还通过光纤与所述HSR接口插件连接以接收来自HSR接口插件的GOOSE报文，进一步解码GOOSE报文后计算遥测值，所得遥信值通过CAN总线190发送给CPU插件150，用于站控层展示和上送，也可用于本板卡联锁逻辑计算、遥控校验等功能。

同时，DSP插件120、 DSP插件130、DSP插件140通过CAN总线190接收CPU插件150的控制命令，将校验通过的控制命令转为GOOSE出口报文发送到所述HSR接口插件110。这里，所述控制命令包括遥控分合、档位升降等，DSP插件具体如何对控制命令响应属于现有技术，在此不再赘述。所述GOOSE报文的解析、联锁逻辑计算、遥控校验等功能属于现有技术，这里也不再赘述。

CPU插件150，可以采用现有技术中的CPU芯片来实现，用于接收DSP插件120 、DSP插件130 、DSP插件140发送的各间隔的遥测值，并向站控层监控单元上送各间隔遥测值。具体的，CPU插件150通过以太网使用IEC61850规约和站控层监控单元进行通讯，实现遥测量的上送。

所述全站集成数字化测控装置10还包括：开入插件100、电源插件160、人机接口插件170。

开入插件100，用于接收电开入信号，通过CAN总线190将所述开入信号发送给CPU插件150和DSP插件120、DSP插件130、DSP插件140。相应的，CPU插件150，接收开入插件100发送的开入信号用于展示或发送给后台。DSP插件120、DSP插件130、DSP插件140接收开入插件100发送的开入信号用于参与控制命令的校验、联锁逻辑计算等功能。

电源插件160，用于为所述全站集成数字化测控装置提供电源；其中，所述电源插件160可以为交流/直流电源。

人机接口插件170，用于对CPU插件150的输出结果进行展示，通过内部CAN总线190与CPU插件150相连；其中，所述人机接口插件170可以为显示设备，如显示屏等。其中，所述最终结果包括各个电气间隔的电流电压幅值、开入信号以及控制命令记录。

本发明实施例的全站集成数字化测控装置采用虚拟测控单元的形式与实体测控进行一一对应，实现冗余备份功能。虚拟测控单元是全站集成数字化测控装置虚拟出来的具备间隔测控功能的虚拟个体，一台全站集成数字化测控装置可以虚拟化多个虚拟测控单元，其数量由采用CPU插件计算能力和使用的DSP插件个数及计算能力确定。每个虚拟测控单元之间相互独立运行。

全站集成测控通过过程层的HSR环网和站控层网络实时监视实体测控装置的心跳状态，判断实体测控装置若不存在，全站集成测控自动无缝投入对应电气间隔的虚测控单元。虚拟测控单元投入后，一旦通过心跳报文监测到对应间隔的实体测控装置存在，该虚测控单元自动退出。

本发明全站集成测控虚拟测控单元自动投退的实现逻辑，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1，HSR接口插件110监听实体测控装置过程层心跳报文，并对监听到的过程层心跳报文进行解析，，判断实体测控的过程层报文是否正常，即判断该报文是否满足GOOSE报文的2倍生存周期，若满足则说明过程层报文正常，否则说明过程层报文异常，并将判断结果发送DSP插件，以便后续DSP插件确定实体测控是否存在。

步骤2，CPU插件监听实体测控装置站控层心跳报文，并对监听到的过程层心跳报文进行解析，判断实体测控的站控层报文是否正常，即判断该报文是否满足GOOSE报文的2倍生存周期，若满足则说明站控层报文正常，否则说明站控层报文异常，并将判断结果发送DSP插件，以便后续DSP插件确定实体测控是否存在。

步骤3，DSP插件根据分别接收到的过程层和站控层报文判断结果，确定各个虚测控单元的投入或退出状态。具体判断依据为，某实体测控的站控层和过程层任意一侧判断为报文正常，则对应间隔虚测控单元必须处于退出状态，若站控层和过程层报文均异常，则对应间隔虚测控单元自动投入。

全站集成测控虚拟的的虚测控单元对应的模型文件和通讯参数等配置与平行实际运行的实体测控完全一致，具备冗余后备功能，投入时，不需对站控层监控设备作任何修改，实现无缝对接。

全站集成测控的虚测控单元可以和实体测控装置进行联锁互锁、内部的虚测控单元之间也可以实现联锁互锁。

本发明可实现全站间隔测控的测量和控制功能，且具备可靠有效的冗余后备设计，有利于实现变电站自动化经济、可靠、集约化运行。

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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种全站集成数字化测控装置，其特征是，包括高速总线背板和插接在高速总线背板上的CPU插件、DSP插件和HSR接口插件，CPU插件、DSP插件和HSR接口插件通过高速总线背板相互连接通信；

HSR接口插件，用于接入过程层设备以接收过程层设备发送的HSR环网数据，并将HSR环网数据报文解码为标准IEC61850-9-2报文和IEC61850-GOOSE报文发送至DSP插件；

DSP插件，用于接收HSR接口插件发送过来的IEC61850-9-2报文和IEC61850-GOOSE报文，对接收到的报文继续解码计算得到各间隔遥测数据发送给CPU插件；同时，还接收CPU插件下发的控制命令，将校验通过的控制命令转为GOOSE出口报文发送到所述HSR接口插件；

并且DSP插件采用虚拟测控单元的形式与实体测控进行一一对应，每个虚拟测控单元之间相互独立运行，并根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退；

CPU插件，用于接收各间隔的遥测数据，并向站控层监控单元上送各间隔遥测值。

2.根据权利要求1所述的一种全站集成数字化测控装置，其特征是，高速总线背板包括HTM总线以及CAN总线。

3.根据权利要求1所述的一种全站集成数字化测控装置，其特征是，还包括开入插件，所述开入插件插接在高速总线背板上，用于接收电开入信号发送给CPU插件和DSP插件。

4.根据权利要求1所述的一种全站集成数字化测控装置，其特征是，还包括电源插件，用于为所述全站集成数字化测控装置提供电源。

5.根据权利要求2所述的一种全站集成数字化测控装置，其特征是，还包括人机接口插件，所述人机接口插件插接在高速总线背板上通过内部CAN总线与CPU插件相连，用于对CPU插件的输出结果进行展示。

6.一种全站集成数字化测控方法，其特征是，采用虚拟测控单元的形式与实体测控进行一一对应，每个虚拟测控单元之间相互独立运行，并根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退。

7.根据权利要求6所述的一种全站集成数字化测控方法，其特征是，根据实体测控的心跳状态确定虚拟测控单元的投退包括：

监听实体测控装置过程层心跳报文，判断实体测控的过程层报文是否正常；

监听实体测控装置站控层心跳报文，判断实体测控的站控层报文是否正常；

根据过程层和站控层报文判断结果，确定各个虚测控单元的投入或退出状态。

8.根据权利要求7所述的一种全站集成数字化测控方法，其特征是，根据过程层和站控层报文判断结果，确定各个虚测控单元的投入或退出状态包括：

若实体测控的站控层和过程层任意一侧报文为正常，则对应间隔虚测控单元必须处于退出状态；

若实体测控的站控层和过程层报文均异常，则对应间隔虚测控单元自动投入。

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