CN106300684A - 一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，利用一体化电源系统前端采集装置完成各电源子系统的异构通信信息集合，并将电源各子系统监控集于同一监控平台，再以IEC61850通信规约为基准，规范和完善采集信息，实现一体化电源系统全面的、精确的在线实时监控，这样确保各电源子系统间的数据信息共享，并支持智能诊断、分析等高级应用功能，最终实现智能型变电站的智能化、网络化要求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统信息化技术领域，更为具体地讲，涉及一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法。
背景技术
传统的变电站备用电源管理系统，其设备由不同厂家生产、安装、调试，存在彼此通信规约不兼容，数据信息共享性差和自动化程度低等问题。此外，系统监控信息不完整，仅实现了设备基本“遥测”、“遥信”参数的监测，并未实现智能变电站的“遥控”功能。通过对目前应用的变电站备用电源监控系统的仔细调研和分析，总结出以下问题：(1)系统在线监控不完整。现有一体化电源监控系统主要针对各装置设备的基本参数进行在线监控，并未考虑对母线馈线、逆变器、整流器等模块的在线监控。在实际运行中，一体化电源监控系统不完整，会产生严重的后果，比如母线馈线的断路器跳闸，保护及自动装置因所处运行环境温度过高而死机，当系统出现故障时，保护及自动装置可能拒动，发生越级跳闸，引发事故，造成经济财产损失。(2)自动化程度不高。一体化电源系统各子系统设备由不同供应商生产、安装、调试，彼此间的通信规约一般不兼容，数据信息难以共享，难以实现智能型变电站智能化、网络化等功能。(3)缺乏在线诊断、分析等高级应用功能。系统故障如果未能及时发现处理，可能导致一体化电源系统某个模块停止工作，甚至影响整个系统的安全稳定运行。比如蓄电池组或部分电池失效(欠压、SOC不足)时，充放电模块或逆变整流模块故障未及时处理，将导致整个电源系统直流失压，引起保护及自动装置拒动，影响一体化电源系统安全运行。
新型变电站备用电源系统，借鉴智能型变电站核心思想，对传统站用电源系统进行全面整合，将交流电源、不间断电源(UPS)、逆变电源、通信电源、DC-DC电源、常用蓄电池组和备用蓄电池组，统一设计生产、调试、监控，通过通信网络将各子系统智能设备接入一体化监控平台，实现智能型变电站的智能化、网络化及信息共享。但是现有变电站备用电源监控系统难以符合智能型变电站智能化、网络化、信息共享的基本要求，急需发明一种面向智能型变电站备用电源系统的一体化电源监控系统工程设计方法和应用功能系统。目前IEC61850协议是智能变电站通信网络的国际标准，其根本目标是解决智能电子设备(IED)的互操作和无缝连接，为智能变电站信息交互和模型描述提供了基本方法和标准。
近几年，基于IEC61850的变电站信息建模方法和应用技术已经有所突破，例如有文献提出根据气体绝缘组合电器(GIS)监测的功能需求，建立GIS状态监测的IED信息模型，以及分析变电站设备在线监测系统IED的建模，设计IED与监测单元间的数据映射的实现方法，或者将数据库模型分为信息模型、设备模型、应用模型三部分，在IEC61850数据类的基础上提出了对数据库信息模型建模的方法。
上述一些研究成果表明基于IEC61850协议的变电站信息建模技术已逐渐成熟，但是对变电站一体化电源系统的信息模型和标准化接入问题鲜有研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，以IEC61850通信规约为基准，规范和完善采集信息，实现智能一体化电源系统的在线实时监控。
为实现上述发明目的，本发明一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在线监控平台利用以太网接口发送智能一体化电源系统状态采集指令至一体化电源系统前端采集装置；
(2)、一体化电源系统前端采集装置内的IEC61850规约转换器将采集指令转换为对应的CAN或MODBUS协议数据包，再通过监控主机转发至信息采集模块，信息采集模块读取CAN或MODBUS协议数据包中的采集指令，并利用RS485、RS232通讯接口按照采集指令对智能一体化电源系统各子系统进行数据采集；
(3)、将智能一体化电源系统各子系统的采集数据打包为CAN或MODBUS协议数据包通过RS485或RS232通讯接口反送至信息采集模块，并通过监控主机转发至IEC61850规约转换器；；
(4)、IEC61850规约转换器将CAN或MODBUS协议数据包转化为智能变电站可识别的模型数据；
(4.1)、IEC61850规约转换器读取CAN或MODBUS协议数据包，并进行数据编码、封装，再将编码、封装后的数据转换为IEC61850协议数据包；
(4.2)、根据IEC61850协议规约对智能一体化电源系统进行建模，将IEC61850协议数据包转化为智能变电站可识别的模型数据；
(4.2.1)、根据智能型变电站的要求及IEC61850协议规约，将智能一体化电源系统功能分为蓄电池、交流电源、直流电源、通信电源、UPS电源、逆变电源六个能模型子系统；
(4.2.2)、对每一个能模型子系统构建智能电子设备IED信息模型；
根据每一个能模型子系统的实际功能和系统逻辑结构关系，确定每一个IED的逻辑节点LN，再将LN分配到实际的智能一体化电源系统的IED中，然后根据LN之间的逻辑连接确定IED之间的通信方式；
(4.2.3)、利用IEC61850协议规约对智能变电站配置描述语言SCL，进而对智能一体化电源系统的IED进行描述，描述内容包括逻辑节点类、数据对象DO、数据属性DA；
然后对智能一体化电源系统进行IEC6185工程配置；其配置流程为各电源设备IED通过各自带的配置工具生成设备的ICD文件，将ICD文件和手动配置的SSD文件导入本地系统配置工具，生成SCD文件，再将SCD文件导入各自带的配置工具，导出设备装置的CID文件，下载到IEC61850规约转换器中运行，配置完成各电源设备IED的语言描述；
(5)、在线监控平台对收到的数据进行监控显示，同时在线监控平台还发送遥控指令至IEC61850规约转换器，经过IEC61850规约转换器解码后转发给监控主机，实现一体化电源系统遥控功能。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，利用一体化电源系统前端采集装置完成各电源子系统的异构通信信息集合，并将电源各子系统监控集于同一监控平台，再以IEC61850通信规约为基准，规范和完善采集信息，实现一体化电源系统全面的、精确的在线实时监控，这样确保各电源子系统间的数据信息共享，并支持智能诊断、分析等高级应用功能，最终实现智能型变电站的智能化、网络化要求。
附图说明
图1是本发明一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控架构图；
图2是一体化电源系统前端采集装置原理图；
图3是IEC64850规约转换流程图；
图4是将智能一体化电源系统功能分为六个功能模型子系统示意图；
图5是SCL配置流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：
IEC61850(International Electrotechnical Committee):国际电工委员会制定的变电站通信网络和系统国际标准
CAN(Controller Area Network):控制器局域网络
MODBUS：网络通信协议
IED(Intelligent Electronic Device)：智能电子设备
LN(Logical Node)：逻辑节点
DO(Data Object)：数据对象
DA(Data Attribute)：数据属性
ICD(IED Capability Description)：IED能力描述
SCD(Substation Configuration Description)：全站系统配置描述
SSD(System Specification Description)：系统规范描述。
图1是本发明一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控架构图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，是将智能一体化电源系统各子系统的监控集于同一平台，以IEC61850通信规约为基准，规范和完善采集信息，实现一体化电源系统全面的、精确的在线实时监控，确保各子系统间的数据信息共享，并支持智能诊断、分析等高级应用功能，最终实现智能型变电站的智能化、网络化要求。
其中，如图1所示，智能一体化电源系统包括交流电源子系统、直流电源子系统、通信电源子系统、不间断电源(UPS)子系统、逆变电源子系统、蓄电池子系统。
系统中设备由不同供应商制造、安装、调试，一般采用相互独立的设计方式，因此，将各设备运行状态的采集信息与控制信息集中于一体化电源系统前端采集装置，实现各设备信息的统一采集以及设备运行状态的控制。一体化电源系统前端采集装置含有RS485、RS232、CAN总线、以太网等通讯接口，其中RS485、RS232、CAN总线的通讯接口用于与智能一体化电源系统各子系统的通信，以太网接口用于与智能一体化电源系统在线监控平台或远程变电站通信，其通信协议采用IEC61850规约，确保各子系统间通信标准和协议的统一，并实现各子系统与监控平台的无障碍通信。
智能一体化电源监控系统主要实现交流电源、直流电源、通信电源等子系统设备运行状态信息的实时监控与智能告警。其中，实时监控，通过图形、数字、曲线、接线图方式，显示各子系统设备运行状态，通过鼠标、键盘对监控界面的操作，发送相关控制指令，实现对各子系统设备的在线控制；智能报警，通过图形、数字、曲线方式，实现各子系统遥信、遥测、遥控的及时报警。
下面对本发明一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法进行详细说明，具体包括以下步骤：
(1)、在线监控平台利用以太网接口发送智能一体化电源系统状态采集指令至一体化电源系统前端采集装置；
(2)、一体化电源系统前端采集装置内的IEC61850规约转换器将采集指令转换为对应的CAN或MODBUS协议数据包，再通过监控主机转发至信息采集模块，信息采集模块读取CAN或MODBUS协议数据包中的采集指令，并利用RS485、RS232通讯接口按照采集指令对智能一体化电源系统各子系统进行数据采集，其中，采集的数据包括数字量采集、模拟量采集和开关量采集；
(3)、将智能一体化电源系统各子系统的采集数据打包为CAN或MODBUS协议数据包通过RS485或RS232通讯接口反送至信息采集模块，并通过监控主机转发至IEC61850规约转换器；
在上述三步中，信息采集模块、监控主机和IEC61850规约转换器共同构成一体化电源系统前端采集装置，如图2所示；
其中，监控主机，采用下行串口通道和上行串口通道的构架；下行串口通道通过RS232、RS485、CAN访问信息采集模块，进行状态数据的采集和管理；上行串口通道将不同格式的状态数据发送至IEC61850规约转换器，并进行IEC61850协议的转换；
如图3所示，IEC61850规约转换器实现数据交换接口和数据格式的映射和转换功能，其转换过程为：将相应智能电子设备(IED)的RS232、RS485等多种数据通信规约转换为IEC61850标准通信规约，实现一体化电源系统中各种IED的管理和设备间的互联、互操作；一方面将监控主机发送的采集信息，按约定的协议进行编码、打包，发送至监控平台，另一方面将监控平台发出的指令经过解码发给监控主机，实现实时的遥测、遥信、遥控。该规约转换器集成在监控主机的内部；
(4)、IEC61850规约转换器将CAN或MODBUS协议数据包转化为智能变电站可识别的模型数据；
(4.1)、IEC61850规约转换器读取CAN或MODBUS协议数据包，并进行数据编码、封装，再将编码、封装后的数据转换为IEC61850协议数据包；
(4.2)、根据IEC61850协议规约对智能一体化电源系统进行建模，将IEC61850协议数据包转化为智能变电站可识别的模型数据；
(4.2.1)、根据智能型变电站的要求及IEC61850协议规约，将智能一体化电源系统功能分为蓄电池、交流电源、直流电源、通信电源、UPS电源、逆变电源六个能模型子系统；
如图4所示，其中交流电源和UPS电源可划分为变压器和UPS电源运行状态监测，交流进线、母线、馈线、旁路进线运行状态监测，以及交流自动切换装置运行状态监控；直流电源以及通信电源分解为硅降压装置和DC/DC电源运行状态监控，直流进线、母线、馈线状态监测；逆变电源分解为逆变器运行状态监控，交流进线、母线、馈线、旁路进线运行状态监测，以及直流进线运行状态监测；蓄电池监控分解为充电机运行状态监控，单体电池、电池组状态监测，直流进线、母线、馈线状态监测；
(4.2.2)、对每一个能模型子系统构建智能电子设备IED信息模型；
根据每一个能模型子系统的实际功能和系统逻辑结构关系，确定每一个IED的逻辑节点LN，再将LN分配到实际的智能一体化电源系统的IED中，然后根据LN之间的逻辑连接确定IED之间的通信方式；
(4.2.3)、利用IEC61850协议规约对智能变电站配置描述语言SCL，进而对智能一体化电源系统的IED进行描述，描述内容包括逻辑节点类、数据对象DO、数据属性DA；
然后对智能一体化电源系统进行IEC6185工程配置；如图5所示，其配置流程为各电源设备IED通过各自带的配置工具生成设备的ICD文件，将ICD文件和手动配置的SSD文件导入本地系统配置工具，生成SCD文件，再将SCD文件导入各自带的配置工具，导出设备装置的CID文件，下载到IEC61850规约转换器中运行，配置完成各电源设备IED的语言描述；
(5)、在线监控平台对收到的数据进行监控显示，同时在线监控平台还发送遥控指令至IEC61850规约转换器，经过IEC61850规约转换器解码后转发给监控主机，实现一体化电源系统遥控功能。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在线监控平台利用以太网接口发送智能一体化电源系统状态采集指令至一体化电源系统前端采集装置；
(2)、一体化电源系统前端采集装置内的IEC61850规约转换器将采集指令转换为对应的CAN或MODBUS协议数据包，再通过监控主机转发至信息采集模块，信息采集模块读取读取CAN或MODBUS协议数据包中的采集指令，并利用RS485、RS232通讯接口按照采集指令对智能一体化电源系统各子系统进行数据采集；
(3)、将智能一体化电源系统各子系统的采集数据打包为CAN或MODBUS协议数据包通过RS485或RS232通讯接口反送至信息采集模块，并通过监控主机转发至IEC61850规约转换器；
(4)、IEC61850规约转换器将CAN或MODBUS协议数据包转化为智能变电站可识别的模型数据；
(4.1)、IEC61850规约转换器读取CAN或MODBUS协议数据包，并进行数据编码、封装，再将编码、封装后的数据转换为IEC61850协议数据包；
(4.2)、根据IEC61850协议规约对智能一体化电源系统进行建模，将IEC61850协议数据包转化为智能变电站可识别的模型数据；
(4.2.1)、根据智能型变电站的要求及IEC61850协议规约，将智能一体化电源系统功能分为蓄电、交流电源、直流电源、通信电源、UPS电源、逆变电源六个能模型子系统；
(4.2.2)、对每一个能模型子系统构建智能电子设备IED信息模型；
根据每一个能模型子系统的实际功能和系统逻辑结构关系，确定每一个IED的逻辑节点LN，再将LN分配到实际的智能一体化电源系统的IED中，然后根据LN之间的逻辑连接确定IED之间的通信方式；
(4.2.3)、利用IEC61850协议规约对智能变电站配置描述语言SCL，进而对智能一体化电源系统的IED进行描述，描述内容包括逻辑节点类、数据对象DO、数据属性DA；
然后对智能一体化电源系统进行IEC61850工程配置；其配置流程为各电源设备IED通过各自带的配置工具生成设备的ICD文件，将ICD文件和手动配置的SSD文件导入本地系统配置工具，生成SCD文件，再将SCD文件导入各自带的配置工具，导出设备装置的CID文件，下载到IEC61850规约转换器中运行，配置完成各电源设备IED的语言描述；
(5)、在线监控平台对收到的数据进行监控显示，同时在线监控平台还发送遥控指令至IEC61850规约转换器，经过IEC61850规约转换器解码后转发给监控主机，实现一体化电源系统遥控功能。
2.根据权利要求1所述的一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，其特征在于，所述的信息采集模块、监控主机和IEC61850规约转换器共同构成一体化电源系统前端采集装置；
其中，所述的监控主机，采用下行串口通道和上行串口通道的构架；下行串口通道通过RS232、RS485、CAN访问信息采集模块，进行状态数据的采集和管理；上行串口通道将不同格式的状态数据发送至IEC61850规约转换器，并进行IEC61850协议的转换。
3.根据权利要求1所述的一种面向变电站备用电源系统的智能一体化监控方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，对各电源子系统进行数据采集，具体包括数字量采集、模拟量采集和开关量采集。
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