CN112271816A - 一种智能变电站集群测控***及其测控方法 - Google Patents

一种智能变电站集群测控***及其测控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能变电站集群测控***及其测控方法，***包括集群测控装置；所述集群测控装置包括若干虚拟测控装置，每个所述虚拟测控装置均包括包括用于接收SV数据和交互GOOSE数据的NPI板、用于进行MMS网络通信的通信板、用于进行硬开入状态采集的开入板和用于进行逻辑计算的CPU板，分别与每个所述实体测控装置相对应，在所述实体测控装置故障或者异常时投入运行。本发明能够解决目前变电站间隔层测控装置故障后测控功能存在单点故障导致数据中断、遥控失效的隐患。

Description

一种智能变电站集群测控***及其测控方法
技术领域
本发明涉及智能变电站测控领域，特别涉及一种智能变电站集群测控***及其测控方法。
背景技术
相对于传统变电站而言，智能变电站具有诸多优势，主要体现在：(1) 采用数字信号传输和处理，适用范围广、精度高、稳定高效，便于数据共享。光纤作为数字传输载体，具有传输容量大、损耗低、距离远、抗干扰能力强，防雷性能好、经济环保等优势。(2)全面采用IEC61850协议，统一了信息和通讯模型，采用“三层两网”的分层架构，实现了变电站信息的数字采集和网络化信息交换，但测控和110kV及以下电压等级保护均采用单套配置，存在单点故障导致功能失效的隐患，整体可靠性不高，无法完全适应变电站无人值守的要求，严重影响电力***的安全稳定运行。
为了更好的适应变电站无人值守要求，提升电网安全稳定运行水平，提高电网运行效率，降低建设和运行成本，在变电站自动化***方面，变电站测控装置在变电站二次***中的属于间隔层设备，是变电站自动化***间隔层的核心设备。对上连接站控层设备，包括监控后台、远动装置等；对下连接过程层设备，包括智能终端、合并单元等，起到了承上启下的作用。
随着电网和计算机技术的快速发展，数据采集和处理能力不断加强，***功能得到了长足发展，但各级主子站***对各类信息的可靠性、及时性要求仍未得到全面满足。目前国内不同电压等级智能变电站中二次设备的配置要求不尽相同，110kV及以下电压等级变电站中采用保测一体化配置，220kV及以上电压等级采用独立配置的测控装置。一般多数变电站考虑到成本因素，测控均采用单套配置，即每个间隔只配备一套测控装置。这给变电站的安全稳定运行带来了一定的隐患，存在如下问题。
(1)单套模式运行可靠性低
单套配置模式下，所有间隔测控均没有备用。当该间隔测控故障或检修退出运行时，由于没有备用测控导致该间隔测控功能丧失，将对无人值守变电站远方集中监控的安全产生严重威胁。此外单套模式在数据可靠性方面也存在较大的缺陷，由于只有单套设备进行信息采集，若某测控出现异常数据或数据错误，往往由于没有比对数据而无法发现该错误数据。因此目前的单套运行方式无法全面支撑未来电网的快速发展。迫切需要在信息提供机制上进行拓展和创新。
(2)无法快速发现故障测控
对于单套测控运行方式，若测控出现故障需要快速发现故障，减小故障测控在网运行时间。但目前没有快速发现告警故障测控的设备或方法，仅靠人工方式判断设备是否故障。若出现断网等易发觉故障，则判断时间较短，若出现错误数据等不易发觉故障，则判断时间将完全依赖运行人员的技术水平与经验，严重影响了远方调控中心及变电站监控***的安全运行。
作为智能变电站运行数据信息采集和执行一次设备操作控制的主要设备，测控装置是实现***安全稳定运行的重要基础。然而，在提升变电站测控功能可靠性方面，业内主要是参考保护双重化思想，对测控装置的双套配置方案进行了讨论和研究，但由于设备标准化不足、双套配置成本过高、***运维复杂等问题，一直没有形成可用于工程实施和推广应用的方案，变电站测控装置冗余备用机制缺失的问题尚未得到有效的解决。
在测控功能冗余技术研究方面，目前，国内在运行的智能变电站测控装置均为单套配置，按间隔实现测量、控制功能，缺乏功能冗余。国内也曾经对测控功能冗余进行过研究，采用双重化配置的间隔测控实现功能冗余，但是简单的双重化配置，增加了设备数量，增加了运维工作量和投资成本。2012年国家电网公司提出研究与建设新一代智能变电站，新一代智能变电站进行了间隔内功能集成的尝试，采用了集成测控、PMU、计量功能的多功能测控方式，该方式仅仅减少了站内设备数量，并未实现间隔测控功能自愈，同时多专业的融合也增加了现场运维难度。2015年以来，针对集成测控开展了更广泛深入的研究，提出基于分组式原理的多间隔测控集中方案，该方案通过集成测控双重化配置实现了测控功能冗余，但基于间隔功能相似相关集成的模式，不能实现间隔功能的动态部署，运行便捷性和改扩建便利性较差。
目前国外主流厂家，大多淡化了测控装置的概念，强调功能定制。在统一平台上可以根据用户需要配置测量、控制、同期功能，可以配置IO 的类型和数目，甚至可以配置保护功能。如ABB公司的REC670装置，GE 公司的C90装置等等。测控和保护模块的简单集成，一方面无法适应复杂电网下的数据接入，另一方面对现场配置工作提出了很高的要求，不利于大规模的推广应用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种智能变电站集群测控***及其测控方法，能够解决目前变电站间隔层测控装置为单套配置，装置故障后测控功能存在单点故障导致数据中断、遥控失效的隐患。
第一方面，本发明实施例提供了一种智能变电站集群测控***，包括实体测控装置，还包括集群测控装置。
所述集群测控装置包括若干虚拟测控装置，每个所述虚拟测控装置分别与每个所述实体测控装置相对应，在所述实体测控装置故障或者异常时投入运行。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述集群测控装置还包括：
分发器，用于将所述实体测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据分发至对应的所述虚拟测控装置的过程层。
集中器，用于将各所述虚拟测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据集中处理，并发送至将所述实体测控装置的过程层。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，每个所述虚拟测控装置包括：
数据通讯单元，用于连接对应的所述实体测控装置的过程层，获取测控原始数据。
逻辑计算单元，用于将获取的测控原始数据进行测控数据计算及逻辑处理。
信息管理单元，用于与所述实体测控装置的站控层进行通讯。
所述集群测控装置通过NPI板用于接收SV数据，交互GOOSE数据，通过通信板进行MMS网络通信，通过开入板进行硬开入状态采集，通过CPU 板进行逻辑计算。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述虚拟测控装置使用实体测控装置的ICD配置、CID配置、联闭锁规则、运行参数和通讯参数。
所述通讯参数包括IP地址、组播地址、过程层GOOSE控制块的APPID。
其中，所述ICD配置用于对装置的具体功能进行描述。
所述CID配置用于将ICD文件某些信息具体化，比如将IP地址转化为装置实例存在的地址。
与其通讯的客户端会将其视为原来的实体测控装置。
第二方面，本发明实施例还提供了一种应用如前所述的智能变电站集群测控装置的智能变电站集群测控方法，包括：
将每个所述虚拟测控装置分别与每个所述实体测控装置相对应。
根据每个所述实体测控装置的运行状态，启动对应的所述虚拟测控装置。
将所述实体测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据分发至对应的所述虚拟测控装置的过程层。
将各所述虚拟测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据集中处理，并发送至将所述实体测控装置的过程层。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据每个所述实体测控装置的运行状态，启动对应的所述虚拟测控装置，包括：
当所述虚拟测控装置异常时，为“故障”状态，熄灭运行灯。
当所述实体测控装置“运行”在线，对应的所述虚拟测控装置正常时，所述虚拟测控装置为“热备”状态，由实体测控装置完成相应的测控功能。
当所述实体测控装置“故障”不在线，对应的所述虚拟测控装置为“热备”状态时，则切换为“运行”状态。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，当所述虚拟测控装置为“故障”状态或“热备”状态时，所述虚拟测控装置的站控层和过程层网口通信功能关闭，退出正常通信。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述虚拟测控装置通过实时监测过程层、站控层GOOSE报文的发送状态，判断所述实体测控装置为“运行”在线或者“故障”不在线。
若所述虚拟测控装置同时接收到所述实体测控装置的过程层、站控层 GOOSE报文，则判断所述实体测控装置为“运行”在线状态。
若若所述虚拟测控装置未接收到所述实体测控装置的过程层、站控层 GOOSE报文，则延时t，将“运行”在线状态清零，判断所述实体测控装置为“故障”不在线状态。
所述t为10s。
本发明实施例的有益效果是：
本发明的智慧变电站集群测控功能采用单间隔实体测控装置+集群测控装置的模式，集群测控装置中各虚拟测控装置与智慧变电站单间隔实体测控单元一一对应，集群测控装置中各虚拟测控装置采用与实体测控装置相同的模型、参数和配置等，当实体测控单元故障后自动切换到集群测控装置中对应的虚拟测控装置，解决间隔层测控配置单一无冗余备用问题，缩短设备故障导致测控功能失效的时间，提升了智慧变电站监控***的可靠性。
本发明采用面向间隔的设计，将实体测控装置虚拟化，并确保虚拟测控装置与实体测控装置等价，在实体测控装置故障或异常时，自动将集群测控装置中对应的虚拟测控装置投入运行，解决实体测控装置待检修过程中对应间隔无测控功能的问题，实现了智慧变电站测控功能的集中式后备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明的智能变电站集群测控***及其测控方法作进一步的详细描述。
图1为本发明智能变电站集群测控***的集群测控功能的虚拟化实现示意图；
图2为本发明智能变电站集群测控***的硬件架构图；
图3为本发明智能变电站集群测控***的过程层网络处理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1至图3，本发明的第一个实施例提供一种智能变电站集群测控***，包括实体测控装置，还包括集群测控装置。
所述集群测控装置包括若干虚拟测控装置，每个所述虚拟测控装置分别与每个所述实体测控装置相对应，在所述实体测控装置故障或者异常时投入运行。
所述集群测控装置还包括：
分发器，用于将所述实体测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据分发至对应的所述虚拟测控装置的过程层。
集中器，用于将各所述虚拟测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据集中处理，并发送至将所述实体测控装置的过程层。
每个所述虚拟测控装置包括：
数据通讯单元，用于连接对应的所述实体测控装置的过程层，获取测控原始数据。
逻辑计算单元，用于将获取的测控原始数据进行测控数据计算及逻辑处理。
信息管理单元，用于与所述实体测控装置的站控层进行通讯。
所述集群测控装置通过NPI板用于接收SV数据，交互GOOSE数据，通过通信板进行MMS网络通信，通过开入板进行硬开入状态采集，通过CPU 板进行逻辑计算。
其中，所述集群测控装置采用全总线式设计，包括高速数据总线、智能I/O总线、校时总线及100Mbps以太网管理总线。NPI板、CPU板及通信板可通过安装在背板上的交换芯片完成数据共享。集群测控装置采用多核CPU，处理大量的测控采集数据，数据通讯单元连接高速的过程层交换机，获取多个间隔的测控原始数据，数据经过预处理后，通过内部高速总线传送到逻辑计算单元，完成高精度的测控数据计算。信息管理单元完成与站控层的通讯。
所述虚拟测控装置使用实体测控装置的ICD配置、CID配置、联闭锁规则、运行参数和通讯参数。
所述通讯参数包括IP地址、组播地址、过程层GOOSE控制块的APPID。
与其通讯的客户端会将其视为原来的实体测控装置。
其中，所述集群测控装置采用一个端口绑定多个IP地址的技术，虚拟测控装置从备用状态切换为运行态时将使用集群测控装置的IP地址。为了防止IP地址冲突，集群测控装置通过SNMP协议关闭故障或异常测控装置所连接的交换机的端口，将其从网络隔离。
请参照图1至图3，本发明的第二个实施例提供一种应用如前所述的智能变电站集群测控装置的智能变电站集群测控方法，包括：
将每个所述虚拟测控装置分别与每个所述实体测控装置相对应。
根据每个所述实体测控装置的运行状态，启动对应的所述虚拟测控装置。
将所述实体测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据分发至对应的所述虚拟测控装置的过程层。
将各所述虚拟测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据集中处理，并发送至将所述实体测控装置的过程层。
所述根据每个所述实体测控装置的运行状态，启动对应的所述虚拟测控装置，包括：
当所述虚拟测控装置异常时，为“故障”状态，熄灭运行灯。
当所述实体测控装置“运行”在线，对应的所述虚拟测控装置正常时，所述虚拟测控装置为“热备”状态，由实体测控装置完成相应的测控功能。
当所述实体测控装置“故障”不在线，对应的所述虚拟测控装置为“热备”状态时，则切换为“运行”状态。
当所述虚拟测控装置为“故障”状态或“热备”状态时，所述虚拟测控装置的站控层和过程层网口通信功能关闭，退出正常通信。
所述虚拟测控装置通过实时监测过程层、站控层GOOSE报文的发送状态，判断所述实体测控装置为“运行”在线或者“故障”不在线。
若所述虚拟测控装置同时接收到所述实体测控装置的过程层、站控层 GOOSE报文，则判断所述实体测控装置为“运行”在线状态。
若若所述虚拟测控装置未接收到所述实体测控装置的过程层、站控层 GOOSE报文，则延时t，将“运行”在线状态清零，判断所述实体测控装置为“故障”不在线状态。
所述t为10s。
本发明实施例旨在保护一种智能变电站集群测控***及其测控方法，具备如下效果：
本发明的智慧变电站集群测控功能采用单间隔实体测控装置+集群测控装置的模式，集群测控装置中各虚拟测控装置与智慧变电站单间隔实体测控单元一一对应，集群测控装置中各虚拟测控装置采用与实体测控装置相同的模型、参数和配置等，当实体测控单元故障后自动切换到集群测控装置中对应的虚拟测控装置，解决间隔层测控配置单一无冗余备用问题，缩短设备故障导致测控功能失效的时间，提升了智慧变电站监控***的可靠性。
本发明采用面向间隔的设计，将实体测控装置虚拟化，并确保虚拟测控装置与实体测控装置等价，在实体测控装置故障或异常时，自动将集群测控装置中对应的虚拟测控装置投入运行，解决实体测控装置待检修过程中对应间隔无测控功能的问题，实现了智慧变电站测控功能的集中式后备。
本发明实施例所提供的智能变电站集群测控***及其测控方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述智能变电站集群测控方法，从而能够解决目前变电站间隔层测控装置为单套配置，装置故障后测控功能存在单点故障导致数据中断、遥控失效的隐患。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智能变电站集群测控***，包括实体测控装置，其特征在于，还包括集群测控装置；
所述集群测控装置包括若干虚拟测控装置，每个所述虚拟测控装置均包括包括用于接收SV数据和交互GOOSE数据的NPI板、用于进行MMS网络通信的通信板、用于进行硬开入状态采集的开入板和用于进行逻辑计算的CPU板，分别与每个所述实体测控装置相对应，在所述实体测控装置故障或者异常时投入运行。
2.根据权利要求1所述的智能变电站集群测控装置，其特征在于，所述集群测控装置还包括：
分发器，用于将所述实体测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据分发至对应的所述虚拟测控装置的过程层；
集中器，用于将各所述虚拟测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据集中处理，并发送至将所述实体测控装置的过程层。
3.根据权利要求1所述的智能变电站集群测控装置，其特征在于，每个所述虚拟测控装置包括：
数据通讯单元，用于连接对应的所述实体测控装置的过程层，获取测控原始数据；
逻辑计算单元，用于将获取的测控原始数据进行测控数据计算及逻辑处理；
信息管理单元，用于与所述实体测控装置的站控层进行通讯。
4.根据权利要求1所述的智能变电站集群测控装置，其特征在于，
所述虚拟测控装置使用实体测控装置的ICD配置、CID配置、联闭锁规则、运行参数和通讯参数；
所述通讯参数包括IP地址、组播地址、过程层GOOSE控制块的APPID。
5.一种应用如权利要求1-4任一项所述的智能变电站集群测控装置的智能变电站集群测控方法，其特征在于，包括：
将每个所述虚拟测控装置分别与每个所述实体测控装置相对应；
根据每个所述实体测控装置的运行状态，启动对应的所述虚拟测控装置；
将所述实体测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据分发至对应的所述虚拟测控装置的过程层；
将各所述虚拟测控装置的过程层的SV数据和GOOSE数据集中处理，并发送至将所述实体测控装置的过程层。
6.根据权利要求5所述的智能变电站集群测控方法，其特征在于，所述根据每个所述实体测控装置的运行状态，启动对应的所述虚拟测控装置，包括：
当所述虚拟测控装置异常时，为“故障”状态，熄灭运行灯；
当所述实体测控装置“运行”在线，对应的所述虚拟测控装置正常时，所述虚拟测控装置为“热备”状态，由实体测控装置完成相应的测控功能；
当所述实体测控装置“故障”不在线，对应的所述虚拟测控装置为“热备”状态时，则切换为“运行”状态。
7.根据权利要求6所述的智能变电站集群测控方法，其特征在于，
当所述虚拟测控装置为“故障”状态或“热备”状态时，所述虚拟测控装置的站控层和过程层网口通信功能关闭，退出正常通信。
8.根据权利要求6所述的智能变电站集群测控方法，其特征在于，所述虚拟测控装置通过实时监测过程层、站控层GOOSE报文的发送状态，判断所述实体测控装置为“运行”在线或者“故障”不在线；
若所述虚拟测控装置同时接收到所述实体测控装置的过程层、站控层GOOSE报文，则判断所述实体测控装置为“运行”在线状态；
若若所述虚拟测控装置未接收到所述实体测控装置的过程层、站控层GOOSE报文，则延时t，将“运行”在线状态清零，判断所述实体测控装置为“故障”不在线状态。
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