CN203871923U - 智能变电站的全站智能终端模拟装置 - Google Patents

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WUHAN KEMOV ELECTRIC CO Ltd
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Abstract

智能变电站的全站智能终端模拟装置。包括人机交互模块、数据处理模块、发送存储RAM、MII发送模块、接收存储RAM、MII接收储模块、多路光以太网物理电路模块；按以下步骤进行使用：1）、提取开关设备的位置虚端子及开关设备的信息；2）、设置开关设备的编号及开关设备的位置初值；3）、图形化显示接线图或列表显示开关设备；4）、设置断路器跳闸虚端子、合闸信号虚端子、开关设备遥控信号虚端子、开关设备操作闭锁信号虚端子的映射；5）、发送GOOSE报文；6）、关闭全站智能终端模拟装置。本实用新型调试简单，效率高；无需配置大量智能终端，节省投资；可延长开关设备寿命，大大减轻拉、合现场开关设备的工作量和劳动强度。

Description

智能变电站的全站智能终端模拟装置
技术领域
本实用新型涉及智能变电站的测试领域，尤其涉及智能变电站的全站智能终端模拟装置。
背景技术
智能变电站中智能终端实现了一次设备的智能化，是智能变电站断路器、隔离开关、接地刀闸传动环节中最关键的设备。智能终端接收保护、测控装置的控制命令，其输出作为开关设备执行机构的输入；同时，智能终端接收开关设备位置信号接点，转变为数字化GOOSE报文，作为保护、测控等IED设备获取开关位置的来源，实现一次设备与智能变电站IEC61850规约体系有机融合。
智能变电站保护、测控、保护测控一体化装置等IED设备单体调试时，需要接入开关设备位置信号，一般采用光数字继电保护测试仪模拟或接入对应的智能终端，采用智能终端时，根据模拟的开关位置，需要对智能终端开入量选择性短接。进行全站保护、测控装置调试时，需要频繁更改智能终端配置和接线，测试工作量大。智能变电站实际操作培训系统，担负着智能变站新技术和调试技术培训等任务，大多按典型智能变电站配置保护、测控装置等二次系统设备，模拟智能变电站的操作和功能调试，一般采用智能终端或模拟断路器实现开关设备位置的模拟与报文发送，仍存在开关位置模拟接线复杂和设备投资的问题，如能采用一种全站智能终端模拟装置，可节省众多智能终端投资，且不存在接线复杂的问题。
此外，智能变电站防误闭锁逻辑测试时，一般采用现场拉合开关来更改开关设备位置以验证五防逻辑，闭锁逻辑中，开关设备的开关位置组合繁多，测试工作量相当大，实际测试时，大多选择性的抽查开关组合以验证防误闭锁逻辑，不能全面反映防误闭锁逻辑可能存在的隐患，且频繁拉合开关设备，对开关设备寿命也存在一定的影响。
目前，随着智能电网的发展，一次设备有必要逐步提高智能化程度，智能终端、合并单元等智能组件有集成到一次设备的趋势，一次设备笨重且占地面积大，很难在系统联调中配合保护、测控进行单体测试和系统测试，给保护、测控等二次系统的单体调试和系统联调带来了巨大的挑战。
实用新型内容
本实用新型针对以上问题，提出了一种结构稳定、使用方法简单高效且有效模拟全站智能终端的智能变电站的全站智能终端模拟装置。
本实用新型的技术方案为：包括人机交互模块、数据处理模块、发送存储RAM、MII发送模块、接收存储RAM、MII接收储模块、多路光以太网物理电路模块；所述人机交互模块与所述数据处理模块相连通，所述数据处理模块包括输出端、输入端和控制信号发出端，所述输出端依次经发送存储RAM和MII发送模块连接至多路光以太网物理电路模块、且所述多路光以太网物理电路模块依次经MII接收储模块和接收存储RAM连接至输入端，所述MII发送模块和MII接收储模块均连通所述控制信号发出端。
所述人机交互模块包括SCD文件接口及解析模块、图形化开关设备接线图或开关设备列表设置模块、人机接口；
所述人机交互模块用于实现SCD文件导入与解析、提取智能终端信息、提取开关设备信息、设置开关设备的编号、设置开关设备的位置初值，从而形成图形化开关设备接线图或开关设备列表。
所述数据处理模块用于实现全站智能终端模拟装置GOOSE报文的解析与组包，并通过控制总线控制MII发送模块、MII接收模块实现GOOSE报文的发送与接收，对报文APPID不在0000-3FFF范围内的报文以及不属于GOOSE格式的报文，进行丢弃处理。
所述多路光以太网物理电路模块包含2~N组一一对应的PHY芯片和光以太网接口，使得所述多路光以太网物理电路模块通过2~N个光以太网接口连通智能变电站的2~N个应用装置。
所述应用装置为保护装置、测控装置或保测一体化装置。
所述开关设备包括断路器、隔离开关和接地刀闸。
按以下步骤进行使用：
1）、通过人机交互模块从智能变电站SCD文件中提取与全站智能终端关联的开关设备的位置虚端子及开关设备的信息；
1.1）、从SCD文件中逐一提取IED设备名称，若IED设备名称第一个字母为“I”或者“U”，则识别为智能终端；
1.2）、在SCD文件中各智能终端的GOOSE输出信号数据集中提取各智能终端的GOOSE输出信号列表，并在各GOOSE输出信号列表中查找逻辑节点类型LnClass为“XCBR”与“XSWI”的开关设备的位置数据条目；
1.3）、若IED设备名称第一个字母为“P”或者“C”，则识别为应用装置，进而在该IED设备的GOOSE访问点管理逻辑节点LLN0的<Inputs>域中查找该IED设备对步骤1.2）中开关设备的位置数据条目的引用，从而得到各智能终端实际关联的开关设备的位置虚端子列表；
1.4)、将开关设备的位置虚端子逻辑节点类型LnClass为“XCBR”所对应的开关设备标记为该智能终端关联的断路器；将开关位置虚端子逻辑节点类型LnClass为“XSWI”，前缀为“QGx”(x=1,2,3,4)所对应的开关设备标记为该智能终端关联的隔离开关x(x=1,2,3,4)；将开关位置虚端子逻辑节点类型LnClass为“XSWI”，前缀为“QGDx”(x=1,2,3,4)所对应的开关设备标记为该智能终端关联的接地刀闸x(x=1,2,3,4)；
1.5）、设置发送与智能终端GOOSE输出信号数据集所关联的GOOSE报文所对应的光以太网接口；
2）、通过人机交互模块根据智能变电站一次接线图设置与全站智能终端关联的开关设备的编号及开关设备的位置初值；
3）、通过人机交互模块根据智能变电站一次接线图、开关设备的编号和开关设备的位置初值进行图形化显示智能变电站开关设备接线图或列表显示智能变电站开关设备；
4）、通过人机交互模块设置与全站智能终端所关联的断路器跳闸虚端子、合闸信号虚端子、开关设备遥控信号虚端子、开关设备操作闭锁信号虚端子的映射； 
4.1）、在SCD文件中的智能终端的GOOSE访问点逻辑设备的管理逻辑节点LINO的<Inputs>域中查找IED设备名称第一个字母为“P”或“C”的数据条目，提取其逻辑节点类型LnClass；
4.2）、若逻辑节点类型LnClass为“PTRC”，则该数据条目标记为该智能终端关联的断路器跳闸信号虚端子，根据实际跳闸信号类别将该信号虚端子映射为“A相跳闸、B相跳闸、C相跳闸、三跳”信号中的一种；
4.3）、若逻辑节点类型LnClass为“RREC”，则该数据条目标记为该智能终端关联的断路器合闸信号虚端子，根据实际合闸信号类别将该信号虚端子映射为“A相合闸、B相合闸、C相合闸、合闸”信号中的一种；
4.4）、若逻辑节点类型LnClass为“CSWI”，则该数据条目标记为该智能终端关联的开关设备遥控信号虚端子，根据实际遥控信号类别将该信号虚端子映射为“遥控分闸、遥控合闸”信号中的一种；
4.5）、若逻辑节点类型LnClass为“CILO”，则该数据条目标记为该智能终端关联的开关设备操作联闭锁信号虚端子，将该信号虚端子映射为“操作允许、操作闭锁”信号中的一种；
5）、根据步骤1）到步骤4）的设置，全站智能终端模拟装置开始工作后，根据“人机交互指令”以及“从光以太网接口接收的由应用装置发送的开关设备的变位GOOSE报文”，通过数据处理模块进行逻辑处理后，从光以太网接口发送全站智能终端关联的开关设备的位置信号GOOSE报文至应用装置中；
6）、关闭全站智能终端模拟装置；完毕。
所述步骤5）中所述数据处理模块进行逻辑处理时，按以下逻辑进行：
a）、全站智能终端模拟装置在设置完步骤1）到步骤4）并开始工作后，根据步骤1）到步骤3）设置的开关位置初值通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中，开关位置值为初值；
b)、全站智能终端模拟装置接收到开关设备的变位GOOSE报文时，数据处理模块根据APPID、MAC地址对接收的GOOSE报文与SCD文件进行匹配，确定需要变位的开关设备所关联的智能终端，进一步根据步骤4）中设置的断路器跳闸信号虚端子、合闸信号虚端子、开关设备遥控信号虚端子、开关设备操作闭锁信号虚端子的映射确定开关设备新的位置值；按GOOSE报文格式和机制通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中；
c）、全站智能终端模拟装置有人机交互指令需要开关设备变位、且未收到开关设备变位GOOSE报文时，根据人机交互指令的开关设备位置值和所关联的智能终端，按GOOSE报文格式和机制从通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中；
d）、全站智能终端模拟装置无人机交互指令更改全站开关设备位置、且未收到开关设备变位GOOSE报文时，全站智能终端模拟装置通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中，开关位置值保持不变。
本实用新型大大简化保护、测控等二次系统设备调试接线，提高了调试效率和灵活性，避免了现场大量拉合开关设备，可简洁高效地发现智能变电站防误闭锁逻辑中可能存在的隐患；为智能终端、合并单元等智能组件集成至一次设备后的智能变电站保护、测控等二次系统设备调试提供了一种很好的调试手段。
本实用新型有效的实现了全站智能终端的模拟，进而具有以下有益效果：
一、可用于智能变电站保护、测控、保测一体化装置批量单体测试、系统联调，无需智能终端配合，避免了调试时频繁更换智能终端和模拟开关位置进行开入量端子短接，调试简单，效率高；
二、可用于智能变电站实操培训系统，无需配置大量智能终端，节省投资；
三、可用于全站防误闭锁逻辑验证，方便模拟不同开关状态，可延长开关设备寿命，大大减轻拉、合现场开关设备的工作量和劳动强度，提高调试效率；
四、为智能终端集成至一次设备之后，保护、测控、保测一体化装置进行单体调试、系统联调时开关位置信号的交互提供了一种很好的解决手段。
附图说明
图1是本实用新型的工作流程图，
图2是本实用新型的结构模块图，
图3是本实用新型中人机交互模块的结构模块图，
图4是本实用新型在直采直跳模式智能变电站的应用示意图，
图5是本实用新型在组网模式智能变电站应用示意图。
具体实施方式
本实用新型如图1-5所示，包括人机交互模块、数据处理模块、发送存储RAM、MII发送模块、接收存储RAM、MII接收储模块、多路光以太网物理电路模块；所述人机交互模块与所述数据处理模块相连通，所述数据处理模块包括输出端、输入端和控制信号发出端，所述输出端依次经发送存储RAM和MII发送模块连接至多路光以太网物理电路模块、且所述多路光以太网物理电路模块依次经MII接收储模块和接收存储RAM连接至输入端，所述MII发送模块和MII接收储模块均连通所述控制信号发出端。
所述人机交互模块包括SCD文件接口及解析模块、图形化开关设备接线图或开关设备列表设置模块、人机接口；
所述人机交互模块用于实现SCD文件导入与解析、提取智能终端信息、提取开关设备信息、设置开关设备的编号、设置开关设备的位置初值，从而形成图形化开关设备接线图或开关设备列表。
所述数据处理模块用于实现全站智能终端模拟装置GOOSE报文（GOOSE(Generic object oriented substation event)即通用面向对象的变电站事件，实现智能终端与应用装置之间的信号传输）的解析与组包，并通过控制总线控制MII发送模块、MII接收模块实现GOOSE报文的发送与接收，对报文APPID不在0000-3FFF范围内的报文以及不属于GOOSE格式的报文，进行丢弃处理。
所述多路光以太网物理电路模块包含2~N组一一对应的PHY芯片和光以太网接口，使得所述多路光以太网物理电路模块通过2~N个光以太网接口连通智能变电站的2~N个应用装置。进而使得全站智能终端关联的GOOSE报文可设置从其中的1路或多路同时输出。
所述应用装置为保护装置、测控装置或保测一体化装置。
所述开关设备包括断路器、隔离开关和接地刀闸。
按以下步骤进行使用：
1）、通过人机交互模块从智能变电站SCD文件中提取与全站智能终端关联的开关设备的位置虚端子及开关设备的信息；
1.1）、从SCD文件中逐一提取IED设备名称，若IED设备（智能电子设备，全称：IntelligentElectronicDevice，简称为IED；IEC61850标准对IED定义如下：由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备）名称第一个字母为“I”或者“U”，则识别为智能终端；
1.2）、在SCD文件中各智能终端的GOOSE输出信号数据集中提取各智能终端的GOOSE输出信号列表，并在各GOOSE输出信号列表中查找逻辑节点类型LnClass为“XCBR”与“XSWI”的开关设备的位置数据条目；
1.3）、若IED设备名称第一个字母为“P”或者“C”，则识别为应用装置，进而在该IED设备的GOOSE访问点管理逻辑节点LLN0的<Inputs>域中查找该IED设备对步骤1.2）中开关设备的位置数据条目的引用，从而得到各智能终端实际关联的开关设备的位置虚端子列表；在此，需对上述步骤进行解释的是：首字母为P或C的IED设备即可识别为“保护装置、测控装置或保测一体化装置”，而智能终端以I或U开头，其中，智能终端发送开关位置信号给应用装置；而应用装置中的保护装置发送跳/合闸信号给智能终端实现断路器的分/合；应用装置中的测控装置发送遥控分/合信号、闭锁/允许信号给智能终端实现开关设备的遥控；应用装置中的保测一体化装置集成了保护、测控功能，其发送跳/合闸信号给智能终端实现断路器的分/合，并发送遥控分/合信号、闭锁/允许信号给智能终端实现开关设备的遥控。
1.4)、将开关设备的位置虚端子逻辑节点类型LnClass为“XCBR”所对应的开关设备标记为该智能终端关联的断路器；将开关位置虚端子逻辑节点类型LnClass为“XSWI”，前缀为“QGx”(x=1,2,3,4)所对应的开关设备标记为该智能终端关联的隔离开关x(x=1,2,3,4)；将开关位置虚端子逻辑节点类型LnClass为“XSWI”，前缀为“QGDx”(x=1,2,3,4)所对应的开关设备标记为该智能终端关联的接地刀闸x(x=1,2,3,4)；
1.5）、设置与发送智能终端GOOSE输出信号数据集所关联的GOOSE报文所对应的光以太网接口；
全站智能终端模拟装置包含多对光以太网接口（包含收、发接口），步骤1.5）用于设置智能终端关联的GOOSE报文从多路光以太网物理电路模块的哪个光以太网接口输出。
2）、通过人机交互模块根据智能变电站一次接线图设置与全站智能终端关联的开关设备的编号及开关设备的位置初值。
3）、通过人机交互模块根据智能变电站一次接线图、开关设备的编号和开关设备的位置初值进行图形化显示智能变电站开关设备接线图或列表显示智能变电站开关设备；此处的开关设备接线图或开关设备列表包含如下特点：
(1) 开关设备接线图或开关设备列表均应显示步骤2）中设置的开关设备编号、位置初值；
(2) 开关设备接线图或开关设备列表中开关位置与步骤1）中的相应智能终端及开关位置虚端子相关联；
(3) 开关设备接线图或开关设备列表中开关位置断开或闭合状态可以通过人机交互指令修改。
4）、通过人机交互模块设置与全站智能终端所关联的断路器跳闸虚端子、合闸信号虚端子、开关设备遥控信号虚端子、开关设备操作闭锁信号虚端子的映射； 
4.1）、在SCD文件中的智能终端的GOOSE访问点逻辑设备的管理逻辑节点LINO的<Inputs>域中查找IED设备名称第一个字母为“P”或“C”的数据条目，提取其逻辑节点类型LnClass；
4.2）、若逻辑节点类型LnClass为“PTRC”，则该数据条目标记为该智能终端关联的断路器跳闸信号虚端子，根据实际跳闸信号类别将该信号虚端子映射为“A相跳闸、B相跳闸、C相跳闸、三跳”信号中的一种；
4.3）、若逻辑节点类型LnClass为“RREC”，则该数据条目标记为该智能终端关联的断路器合闸信号虚端子，根据实际合闸信号类别将该信号虚端子映射为“A相合闸、B相合闸、C相合闸、合闸”信号中的一种；
4.4）、若逻辑节点类型LnClass为“CSWI”，则该数据条目标记为该智能终端关联的开关设备遥控信号虚端子，根据实际遥控信号类别将该信号虚端子映射为“遥控分闸、遥控合闸”信号中的一种；
4.5）、若逻辑节点类型LnClass为“CILO”，则该数据条目标记为该智能终端关联的开关设备操作联闭锁信号虚端子，将该信号虚端子映射为“操作允许、操作闭锁”信号中的一种。
5）、根据步骤1）到步骤4）的设置，全站智能终端模拟装置开始工作后（试验/工作开始），根据“人机交互指令”以及“从光以太网接口接收的由应用装置发送的开关设备的变位GOOSE报文”，通过数据处理模块进行逻辑处理后，从光以太网接口发送全站智能终端关联的开关设备的位置信号GOOSE报文至应用装置中；本实用新型装置根据“人机命令”、“从光以太网接口模块接收到的由应用装置所发送的跳/合闸、遥控分/合闸等命令”进行逻辑处理后，从预先规定的光以太网接口发送表示开关设备位置的GOOSE报文。
6）、关闭全站智能终端模拟装置（试验/工作结束）；完毕。
考虑到目前智能变电站SCD配置文件未完全规范统一，需要设置全站智能终端所关联的断路器跳闸、合闸信号虚端子，开关设备遥控信号虚端子，以及开关设备操作闭锁信号虚端子映射。国家电网公司Q/GDW 396-2012 《IEC 61850工程继电保护应用模型》，规定了变电站应用IEC 61850标准时通信网络和系统的配置、模型和服务，规定了功能、语法、语义的统一性以及选用参数的规范性，并规定了在实际应用中扩充模型应遵循的原则，若SCD配置文件严格按照国家电网公司六统一要求建模，随着智能变电站SCD配置文件的逐步规范化，步骤4）所述内容可相应实现自动映射设置。
所述步骤5）中所述数据处理模块进行逻辑处理时，按以下逻辑进行：
a）、全站智能终端模拟装置在设置完步骤1）到步骤4）并开始工作后，根据步骤1）到步骤3）设置的开关位置初值通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中，开关位置值为初值；
b)、全站智能终端模拟装置接收到开关设备的变位GOOSE报文时，数据处理模块根据APPID、MAC地址对接收的GOOSE报文与SCD文件进行匹配，确定需要变位的开关设备所关联的智能终端，进一步根据步骤4）中设置的断路器跳闸虚端子、合闸信号虚端子、开关设备遥控信号虚端子、开关设备操作闭锁信号虚端子的映射确定开关设备新的位置值；按GOOSE报文格式和机制通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中；
c）、全站智能终端模拟装置有人机交互指令需要开关设备变位、且未收到开关设备变位GOOSE报文时，根据人机交互指令的开关设备位置值和所关联的智能终端，按GOOSE报文格式和机制从通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中；
d）、全站智能终端模拟装置无人机交互指令更改全站开关设备位置、且未收到开关设备变位GOOSE报文时，全站智能终端模拟装置通过在步骤1.5)中设置的光以太网接口将模拟全站智能终端发送各自关联的GOOSE报文发送至应用装置中，开关位置值保持不变。
图4为直采直跳模式智能变电站保护、测控装置批量单体调试或系统联调应用示意图，直采直跳模式智能变电站中保护装置点对点连接智能终端，测控装置、智能终端组网口经交换机连接。应用本实用新型装置可直接接入多个保护、测控装置，测控装置可直接接入，也可经交换机接入本实用新型装置。图中光数字继电保护测试仪输出SV采样值信号，用于给保护、测控装置施加电压、电流等电气量，本实用新型装置对收到的SV信号进行丢弃处理。在导入SCD配置文件并完成设置和映射后，本实用新型装置可模拟全站智能终端完成开关设备的控制与位置信号的发送。
图5为组网模式智能变电站保护、测控装置批量单体调试或系统联调应用示意图，组网模式智能变电站中保护、测控装置组与智能终端经交换机连接。应用本实用新型装置可经交换机接入多个保护、测控装置，图中光数字继电保护测试仪输出SV采样值信号，用于给保护、测控装置施加电压、电流等电气量，本实用新型装置对SV信号进行丢弃处理。在导入SCD配置文件并完成设置和映射后，本实用新型装置可模拟全站智能终端完成开关设备的控制与位置信号的发送。

Claims (5)

1.智能变电站的全站智能终端模拟装置，其特征在于，包括人机交互模块、数据处理模块、发送存储RAM、MII发送模块、接收存储RAM、MII接收储模块、多路光以太网物理电路模块；所述人机交互模块与所述数据处理模块相连通，所述数据处理模块包括输出端、输入端和控制信号发出端，所述输出端依次经发送存储RAM和MII发送模块连接至多路光以太网物理电路模块、且所述多路光以太网物理电路模块依次经MII接收储模块和接收存储RAM连接至输入端，所述MII发送模块和MII接收储模块均连通所述控制信号发出端。 
2.根据权利要求1所述的智能变电站的全站智能终端模拟装置，其特征在于，所述人机交互模块包括SCD文件接口及解析模块、图形化开关设备接线图或开关设备列表设置模块、人机接口； 
所述人机交互模块用于实现SCD文件导入与解析、提取智能终端信息、提取开关设备信息、设置开关设备的编号、设置开关设备的位置初值，从而形成图形化开关设备接线图或开关设备列表。 
3.根据权利要求1所述的智能变电站的全站智能终端模拟装置，其特征在于，所述多路光以太网物理电路模块包含2～N组一一对应的PHY芯片和光以太网接口，使得所述多路光以太网物理电路模块通过2～N个光以太网接口连通智能变电站的2～N个应用装置。 
4.根据权利要求3所述的智能变电站的全站智能终端模拟装置，其特征在于，所述应用装置为保护装置、测控装置或保测一体化装置。 
5.根据权利要求1所述的智能变电站的全站智能终端模拟装置，其特征在于，所述开关设备包括断路器、隔离开关和接地刀闸。 
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