CN104007338B - 一种基于iec61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于IEC61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法，涉及电网技术领域，本发明方法简单，便于实际操作，通过对SCL文件和网上所有IED广播的协议为IEC61850的网络数据包的解析，可以指明智能电网中哪些IED可能成为电能质量监测的对象，也可以指明这些IED广播的网络数据包中，哪些数据通道可能成为电能质量监测的数据通道。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种基于IEC61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法。
术语：
IEC61850：一种基于通用网络通信平台的变电站自动化***结构和数据通信的国际标准，其目的是使变电站内不同厂家的智能电子设备(IED)之间通过一种标准(协议)实现互操作和信息共享。
IED(Intelligent Electronic Device)：智能电子设备，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，即电子多功能仪表、微机保护、控制器，在特定的环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体”。
MU(Merging Unit)合并单元：对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔级设备使用的装置，是电子式电流、电压互感器的接口装置。合并单元在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。
APPID(application identification)：IEC61850规约中的应用标识，订阅者通过APPID判断报文中信息是否为自己所需。
SCL(Substation Configuration Language)：变电站配置语言SCL。为了解决变电站自动化***(SAS)中来自不同厂家的智能电子设备(IED)间互操作与集成的问题，国际电工委员会制定了IEC61850变电站通信网络和***的系列国际标准。该标准规定了基于XML的对SAS及其构成进行描述的变电站配置语言SCL，根据不同的应用场合，有SSD、ICD、SCD、CID四种类型，均是XML格式。其中，SCD(System Configuration Description)***配置描述文件，描述了变电站内所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次***结构等信息。其结构、内容是最完整的的，也是最复杂的。
背景技术
在智能电网中，为方便变电站中各种IED的管理以及设备间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。IEC61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现***的无缝连接。
IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化***唯一国际标准，它是由国际电工委员会第57技术委员会负责制定的。此标准参考和吸收了已有的许多相关标准,其中主要有：IEC870-5-101远动通信协议标准、IEC870-5-10继电保护信息接口标准、UCA2.0(Utility CommunicationArchitecture2.0)(由美国电科院制定的变电站和馈线设备通信协议体系)、ISO/IEC9506制造商信息规范MMS(Manufacturing Message Specification)。
在智能电网中，所有的电能质量监测设备都面临两个问题：哪些IED可能成为电能质量监测的对象？这些成为电能质量监测对象的IED广播的网络数据包中，哪些数据通道可能成为电能质量监测的数据通道？
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于IEC61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法，用来指明智能电网中哪些IED可能成为电能质量监测的对象，也用来指明这些IED广播的网络数据包中，哪些数据通道可能成为电能质量监测的数据通道。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
1)SCL文件描述了一个变电站内所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次***结构等信息；
2)在SCL文件中，每个IED有一个唯一的APPID，每个IED还有多个数据通道，例如：时间值、A相保护电流、B相保护电流、C相保护电流、A相保护电压、B相保护电压、C相保护电压、A相计量电流、B相计量电流、C相计量电流等等；
3)软件使用套接字(socket)的方式，自动侦听网上所有IED广播的协议为IEC61850的网络数据包，并对这些数据包进行数据分析，得到网上所有IED的APPID(称为集合一)和网上所有IED的每一个数据通道中的数据，对每一个数据通道的数据各自进行频谱分析，去掉***频率附近范围内频谱分量小于其余频谱分量的通道，剩余通道称为集合二；
4)通过对SCL文件的解析，得到所有IED的APPID(称为集合三)和所有IED的数据通道名称，去掉数据通道名称中不含有“A相”、“B相”、“C相”、“N相”的通道，剩余通道称为集合四；
5)取集合一和集合三的交集(集合五)，只有集合五中APPID对应的IED才可能成为电能质量监测的对象；
6)取集合二和集合四的交集(集合六)，只有集合六中数据通道才可能成为电能质量监测的数据通道；
7)如果将同一个电压或电流网点的各相数据通道看作同一个电能质量监测的对象，可以合并集合六中数据通道名称中除了“A相”、“B相”、“C相”、“N相”外其余都相同的通道，相同部分即为合并后的数据通道名称，这些合并后的数据通道是更加简化的电能质量监测的对象。
本发明的有益效果是：本发明方法简单，便于实际操作，通过对SCL文件和网上所有IED广播的协议为IEC61850的网络数据包的解析，可以指明智能电网中哪些IED可能成为电能质量监测的对象，也可以指明这些IED广播的网络数据包中，哪些数据通道可能成为电能质量监测的数据通道。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种基于IEC61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法，，包括如下方法步骤：
1)SCL文件描述了一个变电站内所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次***结构等信息；
2)在SCL文件中，每个IED有一个唯一的APPID，每个IED还有多个数据通道，例如：时间值、A相保护电流、B相保护电流、C相保护电流、A相保护电压、B相保护电压、C相保护电压、A相计量电流、B相计量电流、C相计量电流等等；
3)软件使用套接字(socket)的方式，自动侦听网上所有IED广播的协议为IEC61850的网络数据包，并对这些数据包进行数据分析，得到网上所有IED的APPID(称为集合一)和网上所有IED的每一个数据通道中的数据，对每一个数据通道的数据各自进行频谱分析，去掉***频率附近范围内频谱分量小于其余频谱分量的通道，剩余通道称为集合二；
4)通过对SCL文件的解析，得到所有IED的APPID(称为集合三)和所有IED的数据通道名称，去掉数据通道名称中不含有“A相”、“B相”、“C相”、“N相”的通道，剩余通道称为集合四；
5)取集合一和集合三的交集(集合五)，只有集合五中APPID对应的IED才可能成为电能质量监测的对象；
6)取集合二和集合四的交集(集合六)，只有集合六中数据通道才可能成为电能质量监测的数据通道；
7)如果将同一个电压或电流网点的各相数据通道看作同一个电能质量监测的对象，可以合并集合六中数据通道名称中除了“A相”、“B相”、“C相”、“N相”外其余都相同的通道，相同部分即为合并后的数据通道名称，这些合并后的数据通道是更加简化的电能质量监测的对象。
具体步骤如下：
对SCL文件的解析
对于电能质量监测装置而言，通常在最终安装部署之前，并不确定具体的监测对象(合并单元)及其参数，只能确定这些信息均存储于变电站的SCL文件中，于SCL的复杂度，难以通过人工方式来解析参数。
使用者选择某个SCL文件，通过软件，按照以下步骤来自动解析SCL：
1)文件格式及结构合法性验证，SCL一般有Header、Substation、Communication、IED、DataTypeTemplates等主节点：
2)解析变电站信息(如名称、标识、电压等级等参数)；
3)提取通讯Communication参数，获取全站所有通讯子网参数(如协议、地址、优先级、VLAN等)；
4)提取IED信息(逻辑设备、逻辑节点)，自动根据通讯协议(GOOSE、MMS或SMV)匹配通讯参数，无需手工输入；
5)在图形界面中显示IED信息(逻辑设备LD、逻辑节点LN)，以供用户选择具体监测对象。显示的信息已经过筛选和注释，屏蔽了无关的细节，用户只需关注诸如:母线、相位等易于理解的要素。此外，软件在选择界面中采取了验证机制，进一步避免了输入错误。优点一：避免手工在大文件中查找参数，极大减少工作量(一个普通变电站的SCL文件尺寸通常都在数十MB以上)；优点二：避免了手工输入参数可能出现的错误。
6)确定监测对象后，自动匹配对应的报文数据集和数据模板，记录每个信号通道的比例因子、量级、信号特征等参数。
7)自动建立测量对象的逻辑关系(电压通道和电流通道的对应)，作为后续计算功率、阻抗以及事件关联录波的依据
8)保存配置，启动监测。监听上述监测对象的数据报文，解析后形成原始波形，对其分析处理后，存储于装置内部或进一步转发。最后以报表、图形等形式将结果呈现。
通讯检测及诊断
尽管通过上述方法，简化了建立监测对象的过程，但是由于某些意外因素(例如：预先获取的SCL文件参数错误、网络通讯故障等)，均会导致无法正常监测选定的对象。因此，必须提供一种简单的工具来快速诊断、定位故障。
通过软件，监听当前所有流经网卡的数据包，对数据包内容进行如下处理：
协议筛选：IEC61850规约采用的是IEEE802.3帧结构。软件首选过滤此协议之外的任何数据包，然后根据根据每个数据包中的EtherType字段，进一步筛选无关数据包，仅保留诸如SMV(EtherType＝0x88BA)、GOOSE(EtherType＝0x88B8)等协议报文。
检测报文的MAC地址、APPID、VLAN等参数是否与现场安装图纸中制定的链路一致，是否在SCL文件的范围内。如果不相符，则说明测量对象选择错误或网络连接错误。
计算单位时间内每个合并单元实际数据包传输率是否与其在SCL中描述的采样率相符。(如果出现较大偏差，则说明存在网络通讯故障或描述错误)
解析每个数据包的APDU部分，以SMV为例，按以下格式解析：
应用数据APDU的格式：
| 标记＝60H | 长度 | ASDU的数目n(UI16) | ASDU1 | ASDU2 | … | ASDUn |
ASDU的格式：
校验数据包中的信号通道数是否与SCL中描述的LN数量一致。
校验每个信号通道实际物理量是否有效。
上述环节进一步保证了，在正确选定测量对象后，装置能够在正确的外部环境下投入实际运行。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种基于IEC61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法，用来指明智能电网中可能成为电能质量监测的对象的IED，也用来指明这些IED广播的协议为IEC61850的网络数据包中，可能成为电能质量监测的对象的数据通道，其特征在于：
1)通过软件自动侦听网上所有IED广播的协议为IEC61850的网络数据包，并对这些网络数据包进行数据分析，得到网上所有IED的APPID，称为集合一，同时得到网上所有IED的每一个数据通道中的数据，对每一个数据通道的数据各自进行频谱分析，去掉***频率附近范围内频谱分量小于其余频谱分量的通道，剩余通道称为集合二；
2)通过对SCL文件的解析，得到所有IED的APPID，称为集合三，同时得到所有IED的数据通道名称，去掉数据通道名称中不含有“A相”、“B相”、“C相”和“N相”的通道，剩余通道称为集合四；
3)取集合一和集合三的交集，称为集合五，只有集合五中APPID对应的IED才可能成为电能质量监测的对象；
4)取集合二和集合四的交集，称为集合六，只有集合六中数据通道才可能成为电能质量监测的数据通道。
2.根据权利要求1所述一种基于IEC61850电能质量监测的自动侦听可测量对象的方法，其特征在于：将集合六中同一个电压或电流网点的各相数据通道看作同一个电能质量监测的对象，合并集合六中数据通道名称中除了“A相”、“B相”、“C相”和“N相”外其余都相同的通道，相同部分即为合并后的数据通道名称，这些合并后的数据通道是更加简化的电能质量监测的对象。
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