CN110676818A - 一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法与***，通过星型网络拓扑方式构建就地化分布式母线保护装置的组网方式，将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络，当发生保护动作时，主机根据从机传输的模拟量采样数据以及开关量刀闸位置数据判断故障位置，并通过星型网络下发从机跳闸命令，实现在不影响保护功能以及性能的情况下，大大降低了各子机直接的组网复杂度，从而提高保护装置的整体可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及就地化保护技术领域，特别是涉及一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法与***。
背景技术
相比传统继电保护技术，就地化保护技术具有众多优势，保护装置小型化，防护等级更高，可靠性更强，速动性更快，运维方式更便捷等优点使就地化保护技术得到了快速的发展及应用。
目前就地化母线保护装置已经经历了几个阶段，大多采用分布式保护无主、管理无主模式，其次是分布式管理有主、保护无主模式，各子机具有完整的保护逻辑并负责对应间隔分相跳闸功能。其中保护无主、管理无主模式需要整套就地化母线保护装置的各个子机通过MMS专用网络与智能管理单元连接，智能管理承载保护装置与远方维护主站之间的信息传递；管理有主、保护无主模式则需要管理单元仅与就地化母线保护装置中的管理主机相连，其中管理命令由管理单元下发给管理主机然后由管理主机同步到本套就地化母线装置中的其他子机，实现管理命令的同步。但现阶段无论何种模式的就地化分布式母线保护装置方案都存在一定的不足。
首先管理无主保护无主模式各子机之间仅有模拟量以及开关量的交互，并无其他保护逻辑的交互，但各子机需要跑完全一致的保护逻辑且又只负责各自所在间隔的出口，使得各子机之间完全一致导致成套装置的成本大大增加，而且子机之间还存在定值与软压板间的不一致情况存在，能够直接导致保护闭锁，不利于现场操作及使用，同时因为各子机是地位完全一致的，需要每个子机都要与管理单元相连，增加了管理单元的负载，且修改定值及软压板时需要同步到各子机，增加了管理单元操作时间，对于用户来说操作体验不友好，且管理单元还会因为各子机动作一致产生大量的重复报文，不利于阅读。
其次管理有主保护无主模式各子机传输不仅包括模拟量以及开关量的交互，同时还增加了管理报文的单方向传输，由管理主机向其他子机传输管理报文，降低了管理单元下发修改定值和软压板的等待时间，但管理单元的接收仍存在报文重复，子机配置相同装置成套成本高的问题同样存在，同时增加了管理数据帧的传输，在一定程度上影响采样报文在网络中的传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法与***，旨在解决现有的就地化母线保护***中存在的成本高、复杂度高以及可靠性低的问题，实现降低就地化保护的成本，降低保护装置的运维复杂度，提高可靠性。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，所述方法包括以下操作：
将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络；
通过星型网络以共口形式传输多种报文数据，所述报文数据按照配置信息进行优先级调度，以不同优先级在同一光口进行发送；
当发生保护动作时，主机根据从机传输的模拟量采样数据以及开关量刀闸位置数据判断故障位置，并通过星型网络下发从机跳闸命令。
优选地，所述多种报文数据包括模拟量采样数据、开关量刀闸位置数据、上召数据、运行状态数据以及监管数据。
优选地，所述主机与从机之间通过1000M光口进行通信。
优选地，所述主机解析接收到的数据帧具体流程如下：
主机通过以太网帧头字段判别是否属于主机接收的帧；
根据帧校验判断数据有无乱码的情况；
根据APPID以及数据TAG标签确定是何种类型的数据帧。
优选地，当发生保护动作时，所述管理单元只从主机上接收对应的动作信息以及对应报文；所述管理单元下发的定值和软压板仅对主机进行操作。
优选地，所述多个就地化分布式母线保护装置的连接关系如下：
将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络；
星型网络以共口形式传输多种报文数据，所述报文数据按照配置信息进行优先级调度，以不同优先级在同一光口进行发送。
优选地，所述多种报文数据包括模拟量采样数据、开关量刀闸位置数据、上召数据、运行状态数据以及监管数据。
优选地，所述主机与从机之间通过1000M光口进行通信。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过星型网络拓扑方式构建就地化分布式母线保护装置的组网方式，在不影响保护功能以及性能的情况下，大大降低了各子机直接的组网复杂度，从而提高保护装置的整体可靠性；根据就地化分布式母线保护的特点在现有环网就地化母线保护装置的基础上选择一台装置作为保护主机，其他子机不具有保护功能，可采用普通的采集装置及跳闸出口装置代替，从而实现功能上的区分，同时能够最大程度上降低成套母线保护装置的成本；利用保护主机作为与管理单元的主要通讯设备，降低其他子机与其它管理单元的耦合度，使管理单元对保护的配置功能集中到保护主机上，仅保留管理单元与从机的必要调试窗口，降低保护装置的运维复杂度，降低管理单元负载；采用快速抗干扰冗余数据传输共口技术，实现星型拓扑内部网络数据传输可靠性以及复用性，保证保护性能和保护可靠性的同时进一步提高装置全生命周期内的监控，进一步提高装置稳定性和可靠性，同时提高了内部网络利用率。
附图说明
图1为现有技术中所提供的一种环网式就地化母线保护***结构示意图；
图2为本发明实施例中所提供的一种星型就地化母线保护***结构示意图；
图3为本发明实施例中所提供的一种多数据共口技术示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法与***进行详细说明。
本发明实施例公开了一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，所述方法包括以下操作：
将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络；
通过星型网络以共口形式传输多种报文数据，所述报文数据按照配置信息进行优先级调度，以不同优先级在同一光口进行发送；
当发生保护动作时，主机根据从机传输的模拟量采样数据以及开关量刀闸位置数据判断故障位置，并通过星型网络下发从机跳闸命令。
图1为环网网络拓扑结构的就地化分布式母线保护装置，其采用双向双环网连接方式，一套分布式母线保护装置以4台子机为例，至少需要8对光纤连接且需要每台子机至少拥有4个1000M光收发接口，大大增加了网络连接复杂性，同时1000M光收发接口提高了装置的整体功耗，增大了装置热量的产生。各子机采用完全相同的装置，且各子机需要具有完整独立的保护逻辑，只是各子机负责本子机所在间隔的出口，假设每台就地化母线保护装置成本为N，以四台母线装置构建环网需要的成本大约为4*N。
图2为本发明实施例所提供的星型网络拓扑结构的就地化分布式母线保护装置，其采用星型网络连接方式，主机兼容环网结构的子机，与其它从机相连仅需1对光纤，以4台子机为例，主机最大需要3对光纤即可实现互通，而且主机仅需要3个1000M光口，从机仅需要1个1000M收发口，能够大大降低网络复杂性的同时降低装置的整体功耗，从而降低热量的产生，更加符合就地化保护装置低功耗的要求。本装置利用图2中任意一台装置作为保护主机，集中保护功能到保护主机中，且不需要对硬件装置做任何修改，其他从机只需要负责模拟量采集、刀闸位置采集以及保护主机下发的跳闸命令，从机不需要具备单独的保护功能，使得从机硬件要求能够精简化，满足需求即可，使整套母线保护装置的成本降低为环网方式成本的1/2左右，即2N左右，能够有效降低整套保护成本，有利于就地化保护的推广。
由于星型拓扑接口保护功能集中于一台主机上，当发生保护动作时，与保护装置相连的管理单元只会从主机上接收到对应的动作信息及对应报文，相对于环网的多个独立子机保护，管理单元接收报文数量减少3/4，能够有效降低管理单元的负载。
针对环网类型保护子机因各子机保护独立，则每台子机都需要各自独立且相同的保护定值及软压板，管理单元在修改定值以及软压板时需要同步到4台子机上，而且各子机之间如果定制与软压板设置不一致时还会导致保护功能闭锁。星型网络的保护主机是唯一具有保护功能的装置，通过管理单元下发定值和软压板时仅对主机操作即可，操作时间可缩短3/4，同时其他主机不具备保护定值和软压板，能够有效避免因定值软压板不一致导致的保护闭锁，提高保护可靠性。
在星型网络中，保护主机接收其他从机传输的采样值、刀闸位置实现保护逻辑，根据故障位置，通过星型网络下发给对应从机跳闸命令，实现故障切除。本发明实施例采用快速抗干扰冗余数据传输共口技术提升星型网络利用率，如图3所示。将模拟量采样数据、开关量刀闸位置数据、上召数据、运行状态数据以及监管数据以共口形式进行发送接收，所述模拟量采样数据以及开关量刀闸位置数据通过保护数据组帧模块发送至数据总线切换模块，所述上召数据、运行状态数据以及监管数据分别发送至上召数据缓冲区、运行状态数据缓冲区以及监管数据帧发送缓冲区，并发送至数据总线切换模块。所有数据经数据总线切换模块发送至多数据帧共口发送调度模块，根据配置参数将数据传送至发送队列缓冲区，并经由高速发送模块进行数据传输。
首先星型网络采用1000M光模块针对采样频率4000点采样按照固定间隔发送保护报文，从机需要监管的数据按照配置以一定的时间间隔发送，针对从机运行状态的变化随机性以及主机对从机上召数据的随机发生性，通过优先级调度的方式实现在同一个光口实现多种报文的发送。当发生多个数据报文上送时，首先确保保护报文发送的情况下，对于其他报文发送顺序根据配置文件内的报文优先级来调整报文的发送，对于未发送的报文采用缓冲区缓冲发送的方式逐条发送。
数据帧发送帧格式采用统一格式，如表1所示：
表1
帧格式中加入多个防护判断字段用于判断报文的准确性以及真实性，主机接收到该数据帧后首先通过以太网帧头字段判别是否属于主机接收的帧，然后根据帧校验判断数据有无乱码的情况，然后根据APPID以及数据TAG标签确定是何种类型的数据帧，从而达到解析各种报文的情况。
本发明实施例通过星型网络拓扑方式构建就地化分布式母线保护装置的组网方式，在不影响保护功能以及性能的情况下，大大降低了各子机直接的组网复杂度，从而提高保护装置的整体可靠性；根据就地化分布式母线保护的特点在现有环网就地化母线保护装置的基础上选择一台装置作为保护主机，其他子机不具有保护功能，可采用普通的采集装置及跳闸出口装置代替，从而实现功能上的区分，同时能够最大程度上降低成套母线保护装置的成本；利用保护主机作为与管理单元的主要通讯设备，降低其他子机与其它管理单元的耦合度，使管理单元对保护的配置功能集中到保护主机上，仅保留管理单元与从机的必要调试窗口，降低保护装置的运维复杂度，降低管理单元负载；采用快速抗干扰冗余数据传输共口技术，实现星型拓扑内部网络数据传输可靠性以及复用性，保证保护性能和保护可靠性的同时进一步提高装置全生命周期内的监控，进一步提高装置稳定性和可靠性，同时提高了内部网络利用率。
本发明实施例还公开了一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护***，包括多个就地化分布式母线保护装置，所述多个就地化分布式母线保护装置的连接关系如下：
将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络；
星型网络以共口形式传输多种报文数据，所述报文数据按照配置信息进行优先级调度，以不同优先级在同一光口进行发送。
本发明实施例采用星型网络连接方式，主机兼容环网结构的子机，与其它从机相连仅需1对光纤，以4台子机为例，主机最大需要3对光纤即可实现互通，而且主机仅需要3个1000M光口，从机仅需要1个1000M收发口，能够大大降低网络复杂性的同时降低装置的整体功耗，从而降低热量的产生，更加符合就地化保护装置低功耗的要求。利用任意一台装置作为保护主机，集中保护功能到保护主机中，且不需要对硬件装置做任何修改，其他从机只需要负责模拟量采集、刀闸位置采集以及保护主机下发的跳闸命令，从机不需要具备单独的保护功能，使得从机硬件要求能够精简化，满足需求即可，使整套母线保护装置的成本降低为环网方式成本的1/2左右，即2N左右，能够有效降低整套保护成本，有利于就地化保护的推广。
由于星型拓扑接口保护功能集中于一台主机上，当发生保护动作时，与保护装置相连的管理单元只会从主机上接收到对应的动作信息及对应报文，相对于环网的多个独立子机保护，管理单元接收报文数量减少3/4，能够有效降低管理单元的负载。
针对环网类型保护子机因各子机保护独立，则每台子机都需要各自独立且相同的保护定值及软压板，管理单元在修改定值以及软压板时需要同步到4台子机上，而且各子机之间如果定制与软压板设置不一致时还会导致保护功能闭锁。星型网络的保护主机是唯一具有保护功能的装置，通过管理单元下发定值和软压板时仅对主机操作即可，操作时间可缩短3/4，同时其他主机不具备保护定值和软压板，能够有效避免因定值软压板不一致导致的保护闭锁，提高保护可靠性。
在星型网络中，保护主机接收其他从机传输的采样值、刀闸位置实现保护逻辑，根据故障位置，通过星型网络下发给对应从机跳闸命令，实现故障切除。本发明实施例采用快速抗干扰冗余数据传输共口技术提升星型网络利用率，将模拟量采样数据、开关量刀闸位置数据、上召数据、运行状态数据以及监管数据以共口形式进行发送接收，所述模拟量采样数据以及开关量刀闸位置数据通过保护数据组帧模块发送至数据总线切换模块，所述上召数据、运行状态数据以及监管数据分别发送至上召数据缓冲区、运行状态数据缓冲区以及监管数据帧发送缓冲区，并发送至数据总线切换模块。所有数据经数据总线切换模块发送至多数据帧共口发送调度模块，根据配置参数将数据传送至发送队列缓冲区，并经由高速发送模块进行数据传输。
首先星型网络采用1000M光模块针对采样频率4000点采样按照固定间隔发送保护报文，从机需要监管的数据按照配置以一定的时间间隔发送，针对从机运行状态的变化随机性以及主机对从机上召数据的随机发生性，通过优先级调度的方式实现在同一个光口实现多种报文的发送。当发生多个数据报文上送时，首先确保保护报文发送的情况下，对于其他报文发送顺序根据配置文件内的报文优先级来调整报文的发送，对于未发送的报文采用缓冲区缓冲发送的方式逐条发送。帧格式中加入多个防护判断字段用于判断报文的准确性以及真实性，主机接收到该数据帧后首先通过以太网帧头字段判别是否属于主机接收的帧，然后根据帧校验判断数据有无乱码的情况，然后根据APPID以及数据TAG标签确定是何种类型的数据帧，从而达到解析各种报文的情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络；
通过星型网络以共口形式传输多种报文数据，所述报文数据按照配置信息进行优先级调度，以不同优先级在同一光口进行发送；
当发生保护动作时，主机根据从机传输的模拟量采样数据以及开关量刀闸位置数据判断故障位置，并通过星型网络下发从机跳闸命令。
2.根据权利要求1所述的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，其特征在于，所述多种报文数据包括模拟量采样数据、开关量刀闸位置数据、上召数据、运行状态数据以及监管数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，其特征在于，所述主机与从机之间通过1000M光口进行通信。
4.根据权利要求1所述的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，其特征在于，所述主机解析接收到的数据帧具体流程如下：
主机通过以太网帧头字段判别是否属于主机接收的帧；
根据帧校验判断数据有无乱码的情况；
根据APPID以及数据TAG标签确定是何种类型的数据帧。
5.根据权利要求1所述的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护方法，其特征在于，当发生保护动作时，所述管理单元只从主机上接收对应的动作信息以及对应报文；所述管理单元下发的定值和软压板仅对主机进行操作。
6.一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护***，包括多个就地化分布式母线保护装置，其特征在于，所述多个就地化分布式母线保护装置的连接关系如下：
将任意一台就地化分布式母线保护装置作为保护主机，其他装置作为从机，所述主机分别与各个从机通过光纤连接，所述主机与从机还分别与管理单元相连，组成星型网络；
星型网络以共口形式传输多种报文数据，所述报文数据按照配置信息进行优先级调度，以不同优先级在同一光口进行发送。
7.根据权利要求6所述的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护***，其特征在于，所述多种报文数据包括模拟量采样数据、开关量刀闸位置数据、上召数据、运行状态数据以及监管数据。
8.根据权利要求6所述的一种基于星型网络拓扑的就地化母线保护***，其特征在于，所述主机与从机之间通过1000M光口进行通信。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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