CN203101932U

CN203101932U - 变电设备状态接入控制器

Info

Publication number: CN203101932U
Application number: CN2012205258073U
Authority: CN
Inventors: 高强; 耿宝宏; 程大伟; 郭劲松; 李艳丹; 赵东旭; 程远; 于淼; 刘天远
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd; Northeast Electric Power Research Institute Co Ltd; Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd; Northeast Electric Power Research Institute Co Ltd; Liaoning Dongke Electric Power Co Ltd
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2022-10-15

Abstract

本实用新型涉及监控系统的技术领域，提出变电设备状态接入控制器（变电CAC），其在智能变电站中位于站控层，与智能变电站中综合监测单元或具备综合监测单元功能的IED通过I1接口连接；变电设备状态接入控制器通过I2接口接入网省公司端变电CAG，实现变电状态信息的接入，达到变电设备状态信息统一管理的目的。本实用新型具有完善的数据分析和诊断功能，在提供主设备状态信息的同时对可能发生的故障进行预警；对设备健康状态做出估计。对于避免电力设备事故发生、保证设备安全可靠、正常运行有着重要的意义。

Description

变电设备状态接入控制器

技术领域

本实用新型涉及监控系统的技术领域，尤其涉及一种变电设备状态接入控制器。

背景技术

变电设备的种类和传感器技术的多样性特点，导致目前前置子系统异构且分散，不利于变电设备状态监测系统在公司统一部署和推广应用。系统设计需要在适度靠前的位置建立能接入各类状态监测数据的可扩展状态信息接入规范层，实现状态信息标准化接入。同时需要在接入规范层提高所接入状态信息的“浓缩性”和“直接可用性”，最大限度屏蔽与具体传感器技术相关的原生监测数据，以灵活适应智能电网传感器技术和状态监测业务的发展需要。

变电设备状态监测系统建设的总体目标是面向公司坚强智能电网建设要求，规范各类变电设备状态监测装置的数据处理、接入和控制，实现重要变电设备状态的实时监测、预警、分析、诊断、评估和预测等功能，并向CAG提供标准化状态监测数据，为实现变电设备状态运行管理、提高生产管理精益化水平提供支撑。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型为了建立面向准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统框架，而提供一种变电设备状态接入控制器。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

变电设备状态接入控制器，其特征是：

由站内各类综合监测单元通过变电I1接口与变电设备状态接入控制器相连；

变电设备状态接入控制器通过变电I2接口接入网省公司端变电设备状态接入网关机，实现变电状态信息的接入。

所述的变电I1接口采用IEC61850通信协议，所述变电设备状态接入控制器与综合监测单元采用客户/服务器模型。

所述的变电设备状态接入控制器与变电设备状态接入网关机进行信息交互。

本实用新型具有以下优点：

1、对站内在线监测装置、综合监测单元以及所采集的状态监测数据进行全局监视管理，支持人工召唤和定时自动轮询两种方式采集监测数据，可实现对在线监测装置和综合监测单元安装前和安装后的检测、配置和注册等功能。

2、建立统一的数据库，进行时间序列存盘，实现在线数据的集中管理，并具有适应变电CAC的标准接口与上层平台通信。

3、实现变电设备状态监测数据综合分析、故障诊断及预警功能。

4、系统具有良好的可扩展性和强大的二次开发能力，可接入的监测装置类型、数据库容量、监视画面、分析报表等不受限制；同时系统的功能亦可方便扩充，应用软件采用SOA 架构，支持不同厂家的分析模块的集成，以适应在线监测与运行管理的不断发展。

5、实现变电设备状态监测数据及分析结果发布平台，提供图形、曲线、报表等数据发布工具，建立WEB数据发布平台，针对集控站。

6、方便有效的远程维护和诊断，可通过远程登录实现系统异地维护、升级、故障诊断和排除等工作。

本实用新型是在智能变电站状态监测系统设计思想下，提出了变电站设备状态接入控制器(condition acquisition controller，以下简称 CAC)，其不但是一个智能变电站全局状态的数据中心，也是一个设备状态信息发布中心，也是故障诊断、分析统计的管理中心。变电设备状态接入控制器（变电CAC）的运用，可促使传统意义上的在线监测系统从一个孤立的、静止的实验性系统过渡到全局的、网络化的、智能化的综合状态监测系统。本实用新型具有完善的数据分析和诊断功能，在提供主设备状态信息的同时对可能发生的故障进行预警；对设备健康状态做出估计；对已发生、正在发生或可能发生的故障进行分析、判断和预报，明确故障的性质、类型、程度、原因和部位，指出故障发生和发展的趋势及其后果，提出控制故障的发展和消除故障的有效对策，对于避免电力设备事故发生、保证设备安全可靠、正常运行有着重要的意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的系统结构示意图；

图3为本实用新型客户端软件示意图；

图4为本实用新型客户机/服务器通信模型示意图；

图5为本实用新型站端监测单元与综合监测单元之间的通信示意图；

图6为缓存报告控制块示意图；

图7为告警、召唤、周期上传示意图；

图8为日志控制块示意图。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

具体实施方式

实施例1：

本实用新型是一种变电设备状态接入控制器，是由站内各类综合监测单元通过变电I1接口与变电设备状态接入控制器相连。

变电设备状态接入控制器通过变电I2接口接入网省公司端变电设备状态接入网关机CAG，实现变电状态信息的接入。即所述的变电设备状态接入控制器与变电设备状态接入网关机进行信息交互。

变电设备状态接入控制器支持3槽扩展无源底板，使用Intel LGA775封装Core 2 FSB 800MHz处理器，提供2个10/100/1000MBps RJ45网络接口，2个串口，1个VGA，4个USB，1个KB/Mouse接口，电源：支持PS/2 ATX 300W。

变电设备状态接入控制器支持ATX电源从底板供电避免了使用ATX电源时底板于主板之间控制连线优化了底板的PCI走线和ISA走线，总线的PCI信号到PCI扩展槽走线的缩短，坚守了信号线上的分布电容，使得PCI和ISA信号质量得到大大的改善，保证了系统的可靠性。

对于过程层到间隔层未采用IEC61850通信协议(I1接口)的在线监测系统，宜在间隔层配置综合监测单元，实现在线监测装置通信协议统一转换为IEC61850与变电设备状态接入控制器通信。变电设备状态接入控制器(变电CAC)通过I2接口接入网省公司端变电CAG，实现变电状态信息的接入。其系统结构如图1所示。

对于过程层采用IEC 61850通信协议(I1接口)的在线监测系统，间隔层不需要配置综合监测单元，可以直接通过IEC 61850通信协议与变电设备状态接入控制器通信。变电设备状态接入控制器(变电CAC)通过I2接口接入网省公司端变电CAG，实现变电状态信息的接入。其系统结构如图2所示。

满足变电设备在线监测I1接口网络通信规范；满足变电设备在线监测I2接口网络通信规范；满足统一的状态监测系统框架，将各类变电设备状态监测信息进行归纳和抽象，建立面向准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统框架；建立可扩展的状态信息接入规范层，灵活适应智能电网传感器技术和状态监测业务的发展需要，确保系统结构的统一和稳定。

I1接口规定了变电设备状态接入控制器接入各类综合监测单元，或符合DL/T860标准的在线监测装置的统一通信协议，包括综合监测单元建模、通信协议栈、通信模型、功能与抽象通信服务接口(ACSI)、配置、测试等方面的内容。涉及到的IEC61850服务包括：报告服务、文件服务、日志服务等。

如图3所示，客户端软件与综合监测单元或符合DL/T860 标准的在线监测装置的通信满足DL/T860标准要求，符合I1接口规范。

CAC装置的客户端软件通过I1接口接入变电设备状态监测数据，软件实现采用MMS开发套件，基于此开发套件，可以实现与各在线监测厂家生产的满足IEC 61850标准要求的装置进行有效的互操作。

（一）客户端软件通过ACSI（抽象通信服务接口）完成与综合监测单元或满足DL/T860标准的监测装置的通信。通信接口设计如下：

1、通信模型：客户机/服务器模型。

a)站端监测单元与综合监测单元间采用客户/服务器通信模型，如图4所示；

b)站端监测单元与综合监测单元通过在网络上发送或接收请求、指示、响应和证实服务原语进行交互。

c)Report等非证实服务由综合监测单元发出，且只有请求和指示服务原语。

2、通信功能。

站端监测单元作为客户机与综合监测单元服务器，实现通信连接、模型访问、数据查询、告警、召唤、周期上传、定值等通信功能。如图5所示。

3、站端监测单元与综合监测单元之间的通信连接。

a) 采用Associate、Abort与Release等服务进行综合监测单元与站端监测单元之间的通信连接的建立、终止与释放。

b) 站端监测单元支持对不同客户的访问视窗，应支持同时与不少于4个客户建立连接；

c) 建立关联时应正确设置AP，否则可能会导致连接失败；

d) 当综合监测单元与站端监测单元之间通信意外中断时，综合监测单元和SMU的检出通信故障的时间应不大于1分钟。

4、模型访问与数据查询。

a)采用GetServerDirectory、GetLogicalDeviceDirectory、GetLogicalNodeDirectory、GetDataDirectory、GetDataSetDirectory和GetDataDefinition等服务进行综合监测单元模型访问，采用GetDataValues、SetDataValues和GetDataSetValues等服务进行监测数据读取；

b) 所有数据和控制块都支持GetDataDirectory、GetDataDefinition和GetDataValues服务；

c) 只允许可操作数据使用SetDataValues服务。可操作数据包括控制块、修改定值等；

d) 读数据集目录时，综合监测单元上送数据包含有数据路径，使用‘/’和‘$’作为引用分隔符。

5、监测数据的告警、召唤、周期上传。如图7所示。

报告包括：带缓存的报告和不带缓存的报告。

在综合监测单元内部事件发生后，BRCB（带缓存的报告控制块）既可缓存后发送报告，也可立即发送。特征是在通信中断时继续缓存事件数据，当通信可用时报告过程继续。BRCB 在缓存大小和最大中断时间的限制下，保证事件顺序SoE (sequence-of-events)传送。URCB（不带缓存的报告控制块）在内部事件发生后立即发送报告，可能丢失事件，在通信中断时不支持SoE。因此，缓存报告比较可靠，常用于不允许丢失数据的情况。另外，使用BRCB，若在缓存时间内连续发生几个事件，缓存时间结束时报告在此时间内发生变化的所有事件，服务器可减少报告次数。

综合监测单元服务器端模型，针对遥测、遥信数据分别创建数据集，对于遥测等对传输可靠性要求不是很高的数据，采用不带缓存的报告服务进行通信；对于遥信等可靠性要求较高的数据，为保证数据不丢失，采用带缓存的报告服务进行通信。

综合监测单元的IEC61850服务器端报告服务部分主要由如下模块组成：

RCB（报告控制块）生成模块、数据映射模块、报告生成模块。

1) 在软件设计中，对于主IED中的IEC61850报告服务的服务器部分，采用如下流程生成RCB（报告控制块）：

(1) 分析SCL（变电站配置描述语言）文件，构建基于LD（逻辑设备）、LN（逻辑节点）、DataSet（数据集）等的内存数据库模型。

(2) 找到LN 中各RCB对应的DataSet，确定RCB的类型以及各属性。

(3) 根据SCL 中LD、LN、RCB 信息，为LN中每个RCB 设置独一无二的名称。前导名称包含为LD的inst和LN的prefix、lnClass、inst。BRCB 名称加上“$BR$brcb”，URCB 加上“$RP$urcb”。最后加上DataSet的FC以及序号。

(4) 为RCB 的每个属性设置完整名称，建立RCB，并对部分属性初始化，生成RptID（报告标识）。

(5) 完全初始化RCB 数据。

2)数据映射模块:

该模块主要完成实际监测设备所采集到的监测数据到逻辑节点实例中对应数据的映射。

IEC61850中并没有规定具体的数据映射方式，本系统中采用私有格式的短地址方式，将逻辑节点实例中的数据集通过短地址映为嵌入式数据库SQLite中的数据库表中，而表中数据的更新是由过程层软件来完成的。

报告的触发方式支持按周期触发、数据变化触发、数据品质变化触发等。

3)报告生成模块。

当有事件触发时，由服务器端生成报告，并通过通信模块上送给客户端后台。

客户端和服务器端对报告控制块及报告服务的交互过程，以BRCB为例，如图6所示。

由于而服务器的资源有限，因此提供的连接数有限。为了允许多个客户接受同一个DATA，又允许多个RCB 实例可用，服务器预留多个固定的RCB。客户端可配置成直接使用特别实例，服务器端支持的最大报告连接数配置.

客户端通过如下ACSI（抽象通信服务接口）完成监测数据的获取和报告控制块的属性设置功能。

6、日志服务。

CAC通过日志服务来获取监测装置的历史数据，当站端监测单元与综合监测单元或满足DL/T 860标准的监测装置间通信异常，后台没有收到即时报告，当网络故障恢复时，通过以太网检索网络中断这段时间内的历史监测数据及事件信息。

日志服务的主要特点是：数据的记录和存储相对独立，并不依赖于外部客户端的连接和检索，历史数据的生成速度通常要快于通过通信传输记录到外部数据库的速度；客户端通过检索服务获取本模块日志库的一个子集，并将该部分数据存储于SQL Server数据库中，建立大容量的历史数据库。

日志服务的创建及与客户端的互动过程如下：

首先，服务器端需要对日志控制块进行配置。在服务器端响应到客户端的请求时，提供ReadJournal服务功能，以支持日志条目的检索及通信。

其次，服务器端解析日志控制块，定义日志数据结构，创建日志扫描服务。服务器端解析模型时，自动检索模型中是否具备日志控制块，如果检索成功，则创建日志控制块，匹配日志控制块中定义的数据集, 创建日志周期扫描、数据变化扫描服务。新生成的日志将在历史日志信息基础上进行累积。服务器端加载历史日志成功后，进行日志消息循环，在消息循环中实时响应数据集成员的数据变化、品质变化、周期存储及数据更新，与日志控制块中的标志位状态一致后，则生成日志条目，记录下日志生成时刻信息，包括数据对象reference及数值，并标记原因代码ReasonCode，存储到日志数据库中，同时更新日志索引信息，对于日志名称相同的不同日志控制块进行同步更新。

考虑到日志检索的快速性及方便性, 每个日志控制块表包含日志简报和日志条目。日志数据库的检索通过日志简报实现，根据日志简报可以具体定位日志条目。服务器端上电加载日志及存储日志时，均对日志简报与日志条目的关联性进行严格校验, 通过检验码核对日志的完整性。由于IED服务器端日志存储空间有限，按照IEC61850规定日志为先进先出的队列数据结构，对日志存储进行循环覆盖。每次覆盖掉旧的日志条目后，都要对日志控制块索引的起始、结束条目号和条目时间进行更新。客户端与服务器端针对日志服务的交互过程参照如图8所示。

7、文件服务。

CAC客户端软件完成了IEC61850文件服务抽象通信服务接口（ACSI）到MMS的映射，实现了File Open，File Read，File Close，File Directory，File Delete，File rename，Obtainfile（为服务器端上传文件）等文件服务接口。

该服务主要用于大文件的网络传输，典型的应用就是局放统计波形数据和实时波形数据的网络传输，CAC客户端软件增强了文件传输的并发控制并对接口软件接口服务性能进行了优化，提升了文件传输的并发数和稳定性。

8、定值服务。

CAC客户端软件通过定值服务完成对综合监测单元或者满足IEC 61850标准的装置的逻辑节点模型的配置，使综合监测单元等服务器端按照客户端的定值配置实例完成监测数据的阈值过滤，监测报警等基本分析处理操作。

综合监测单元服务器端的基本配置信息，以及连接的监测装置或传感器的扫描周期、监测数据的最小值、最大值、报警阈值等配置信息都可以通过定值服务由客户端软件进行操作的。

LLN0逻辑节点定值数据集定义的定值组主要完成对IED装置本身以及各逻辑节点实例的基本配置信息和阈值设定等信息。完成对特定逻辑节点实例的配置功能，例如报警值的设定，最大值、最小值等的设定。

定值服务使用原则及交互过程：

a) 使用SelectActiveSG、SelectEditSG、SetSGValues、ConfirmEditSGValues、GetSGValues和GetSGCBValues等服务实现定值组控制；

b) 同一时刻只能有一个站端监测单元客户可以进行定值的修改，过程如下：

1) 站端监测单元发出选择编辑定值组请求，综合监测单元响应；

2) 站端监测单元读取定值组值，综合监测单元响应；

3) 站端监测单元设置定值组值，综合监测单元响应；

4) 站端监测单元读取定值组值（用于设置定值组值是否成功），综合监测单元响应；

5) 站端监测单元确认编辑定值组值，综合监测单元响应，新定值有效。

（二）I2接口规范规定了变电状态监测主站系统接入各类变电设备状态监测数据的统一通信规范，包括状态接入网关机（CAG）与变电站内状态接入控制器（CAC）之间的通信交互过程、通信双方提供的服务方法等方面的内容。

I2接口规范中的通信过程是指主站的状态接入网关机（CAG）与变电站内状态接入控制器（CAC）之间的信息交互过程，包括心跳检测、数据上传、数据召唤、数据重传、读配置、写配置和远程更新七个过程。

1、心跳检测。

心跳检测主要功能：CAG 通过CAC 上传的CAC 自身及其所辖状态监测装置的心跳信息判断CAC 及其所辖状态监测装置是否正常运行。该过程由CAC 发起，具体步骤如下：

CAC 在每个心跳检测周期内，调用CAG 的上传心跳信息服务方法发送CAC 自身及其所辖状态监测装置的心跳信息。

CAG 返回心跳信息接收结果。

CAG 对CAC 返回的执行结果信息进行判断，若为成功则删除控制命令并更新系统中CAC 及所辖监测装置相应的配置信息；若为失败则仍在缓存中保留该控制命令。

2、数据上传。

数据上传的主要功能：CAC 向CAG 上传所辖状态监测装置的监测数据。该过程由CAC 发起，其具体步骤如下：

CAC 在每个数据上传周期内，调用CAG 的上传监测数据服务方法发送所辖状态监测装置的监测数据。

CAG 返回监测数据接收结果。

3、数据召唤。

数据召唤主要功能：CAG 发送数据召唤指令让CAC 上传其所辖监测装置当前的监测数据。该过程由CAG 发起，其具体步骤如下：

CAG 发出请求交互指令。

CAC 收到请求交互指令后，立即调用CAG 的上传心跳信息服务方法发送CAC 自身及其所辖状态监测装置的心跳信息。

CAG 收到心跳信息后，可通过调用CAC 的下发控制指令服务方法发送数据召唤指令。

CAC 收到数据召唤指令后，将当前的监测数据立即上送给CAG。

CAG 根据上传的监测数据决定是否需要继续发送控制指令。

CAG 发送完所有控制指令后，向CAC 发送结束交互指令。

4、数据重传。

数据重传主要功能：CAG 发送数据重传指令让CAC 重传其所辖监测装置前一次上传的监测数据。该过程由CAG 发起，其具体步骤如下：

CAG 发出请求交互指令。

CAG 收到心跳信息后，可通过调用CAC 的下发控制指令服务方法发送数据重传指令。

CAC 收到数据重传指令后，将前一次的监测数据立即上传给CAG。

CAG 根据上传的监测数据决定是否需要继续发送控制指令。

CAG 发送完所有控制指令后，向CAC 发送结束交互指令。

5、读配置。

读配置的主要功能：CAG 读取CAC 及其所辖状态监测装置的详细配置信息。该过程由CAG 发起，其具体步骤如下：

CAG 发出请求交互指令。

CAG 收到心跳信息后，返回结果中包含读取配置信息指令。

CAC 收到读取配置信息指令后，调用CAG 的上传配置信息服务方法。

CAG 收到配置信息后，发送结束交互指令。

6、写配置。

写配置的主要功能：CAG 修改CAC 及其所辖状态监测装置的详细配置信息。该过程由CAG 发起，其具体步骤如下：

CAG 发出请求交互指令。

CAG 收到心跳信息后，返回结果中包含写配置信息指令及详细的配置信息。

CAC 收到写配置信息指令及配置信息后，更新自身及所辖状态监测装置配置信息，并返回执行执行结果信息。

CAG 对CAC 返回的执行结果信息进行判断，若为成功则更新系统中CAC 及所辖监测装置相应的配置信息；若为失败则重发该写配置命令或将其保存至缓存中。

CAG 发送结束交互指令。

7、远程更新。

远程更新的主要功能：CAC 获取自身或其所辖监测装置需要更新的文件，并进行相应的版本更新。该过程由CAC 发起，其具体步骤如下：

CAC 调用CAG 的获取最新版本服务方法或者调用获取历史版本服务方法以获得该CAC 或其所辖状态监测装置需要更新的文件名称。

CAG 返回版本信息和文件名称。

CAC 调用CAG 的获取更新文件服务方法以获得该CAC 或其所辖状态监测装置需要更新的文件的内容。

CAG 返回文件内容。

CAC 更新自身及所辖监测装置的文件。

Claims

1.变电设备状态接入控制器，其特征是：

站内各类综合监测单元通过变电I1接口与变电设备状态接入控制器相连；

2.根据权利要求1所述的变电设备状态接入控制器，其特征是：所述的变电I1接口采用IEC61850通信协议，所述变电设备状态接入控制器与综合监测单元采用客户/服务器模型。

3.根据权利要求1述的变电设备状态接入控制器，其特征是：所述的变电设备状态接入控制器与变电设备状态接入网关机进行信息交互。