專利名稱：一種數(shù)字化變電站保護控制設備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化領域，具體涉及一種基于IEC61850的數(shù)據(jù)共享數(shù)字 化變電站的應用于基于網(wǎng)絡的保護控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法。
背景技術：
數(shù)字化變電站及其相關技術是近幾年電力系統(tǒng)自動化領域的熱點問題，是計算機 技術和網(wǎng)絡技術，以及電力系統(tǒng)需求發(fā)展的結果。IEC61850標準、多功能IED(智能電子設 備)和通信網(wǎng)絡是其重點的研究內(nèi)容。 IEC 61850標準(變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)標準)是國際電工委員會TC57工作組在
總結以往通信協(xié)議的基礎上，為實現(xiàn)來自不同廠家的設備之間的無縫通信而制定的。其核
心內(nèi)容包括以功能為基礎的模型和通信，以及配置管理。其中，模型是面向?qū)ο蟮模煌ㄐ攀?br> 抽象的、不依賴具體網(wǎng)絡和協(xié)議的；配置則采用SCL(變電站配置語言)進行管理。 傳統(tǒng)的變電站的模擬量和開關量數(shù)據(jù)，信號來源于傳統(tǒng)的電壓互感器、電流互感
器和開關信號量。信號的多少由設備的功能來確定，信號處理功能由微機來實現(xiàn)，集數(shù)據(jù)采
集、分析計算、結果輸出于一體。 隨著數(shù)字式互感器和全數(shù)字化的變電站綜合自動化系統(tǒng)的日益推廣，模擬信號 和數(shù)字信號的采集者和使用者分布于不同的設備，數(shù)據(jù)在變電站內(nèi)外可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn) 共享。數(shù)據(jù)的共享要求數(shù)據(jù)必須標準化，這使得傳統(tǒng)的信號處理信號方式無法適用到 IEC61850標準的數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的以通訊報文形式傳遞的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種適用于以IEC 61850標準為基礎的數(shù)字化變電站保護 控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能適用于其通信體系的任一層次；可以記錄變電站過程層和間 隔層之間的所有交換數(shù)據(jù)；可以對數(shù)字化變電站內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進行分析處理，具有數(shù)字化、 開放、易于維護和擴展方便等優(yōu)點。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特
征在于，通過網(wǎng)絡獲得數(shù)字化變電站的保護控制設備所需要的模擬量和開關量數(shù)據(jù)，對數(shù)
據(jù)進行集中式數(shù)據(jù)記錄、處理和分析；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件采用嵌入式處理器單元，多
CPU并行處理技術，提供雙以太網(wǎng)接口和RS232、RS485/422接口，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收模
塊和數(shù)據(jù)分析處理模塊，所述數(shù)據(jù)接收模塊接收基于IEC61850標準的變電站通信網(wǎng)絡和
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)分析處理模塊提供就地的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理功能，為數(shù)字化
變電站的保護控制設備提供數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的正常異常信息，對數(shù)據(jù)的同步、丟包、無效數(shù)據(jù)等
進行分析處理，同時記錄所采集的數(shù)據(jù)的實時動態(tài)變化過程和分析結果。 本發(fā)明數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一個優(yōu)選技術方案在于所述的數(shù)據(jù)分析
處理模塊以IEC 61850標準第五部分為基礎，構建信息和通信模型庫。
本發(fā)明數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)另一個優(yōu)選技術方案在于所述軟件系統(tǒng)采
用變電站配置語言，并使用統(tǒng)一的工具對所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行配置和管理。
本發(fā)明數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的再一個優(yōu)選技術方案在于所述數(shù)據(jù)分
析處理模塊對來自站內(nèi)多個間隔的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理記錄，并根據(jù)記錄的電流、電壓、開關
量，對有關元件的有功、無功、非周期分量、系統(tǒng)頻率的變化進行計算，輸出分析結果，并對
所接收數(shù)據(jù)的同步性、丟包、數(shù)據(jù)有效性等進行分析處理，剔除壞數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)合理性進
行估計。 本發(fā)明一種應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所 述方法包括如下步驟 步驟1 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收模塊通過網(wǎng)絡接收IEC61850標準的數(shù)據(jù)報文；
步驟2 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理分析模塊對接收到的基于IEC61850標準的數(shù)據(jù) 進行數(shù)據(jù)異常檢測； 步驟3 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)合理性估計；
步驟4 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)計算分析；
步驟5 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)記錄處理。 本發(fā)明應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法的一個優(yōu)選技術方案 為所述步驟2中數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理分析模塊對基于IEC61850標準的數(shù)據(jù)的異常檢測包括對 變電站合并單元通訊異常檢測，對變電站開關控制器通訊異常檢測，對變電站合并單元報 文"要求維修標志"異常檢測，對變電站合并單元報文"同步標志"異常檢測，對變電站合并 單元報文丟包異常檢測，對變電站合并單元間報文同步異常檢測，對變電站合并單元報文 通道無效檢測。 本發(fā)明應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法的另一個優(yōu)選技術方 案為所述步驟3中數(shù)據(jù)處理分析模塊基于IEC61850標準的數(shù)據(jù)合理性進行估計包括檢 測不平衡電壓是否越限，檢測不平衡電流是否越限。 本發(fā)明的優(yōu)點是，本發(fā)明數(shù)字化變電站保護控制設備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及方法面向數(shù) 字化變電站以IEC 61850標準為基礎，適用于其通信體系的任一層次；可以記錄變電站過 程層和間隔層之間的所有交換數(shù)據(jù)；可以對數(shù)字化變電站內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進行分析處理，具 有數(shù)字化、開放、易于維護和擴展方便等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明裝置的接線示意圖；
圖2為本發(fā)明裝置的硬件結構示意圖；
圖3為本發(fā)明裝置的功能模塊示意圖。
圖4為本發(fā)明方法的流程圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡 獲得數(shù)字化變電站的保護控制設備所需要的模擬量和開關量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行集中式數(shù)據(jù) 記錄、處理和分析。如圖3所示，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件采用嵌入式處理器單元，多CPU并行處理技術，提供雙以太網(wǎng)接口和RS232、 RS485/422接口，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)分 析處理模塊，數(shù)據(jù)接收模塊接收基于IEC61850標準的變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報文，
如圖3所示，數(shù)據(jù)分析處理模塊以IEC 61850標準第五部分為基礎，構建信息和通 信模型庫，提供就地的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理功能，對來自站內(nèi)多個間隔的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處 理記錄，并根據(jù)記錄的電流、電壓、開關量，對有關元件的有功、無功、非周期分量、系統(tǒng)頻率 的變化進行計算，輸出分析結果，為數(shù)字化變電站的保護控制設備提供數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的正常 異常信息。并對所接收數(shù)據(jù)的同步性、丟包、數(shù)據(jù)有效性等進行分析處理，剔除壞數(shù)據(jù)，并對 數(shù)據(jù)合理性進行估計，同時記錄所采集的數(shù)據(jù)的實時動態(tài)變化過程和分析結果。
軟件系統(tǒng)采用變電站配置語言，并使用統(tǒng)一的符合IEC61850標準的工程化系統(tǒng) 集成工具，解析、生成SCL配置文件，對所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行配置和管理，并支持離線、在 線配置。設備能夠根據(jù)工具生成的IED配置文件提供的配置信息靜態(tài)建立通信模型。充分 支持SCSM協(xié)議棧TCP/IP， UDP， IEEE802. 3等；采用自主開發(fā)的匪S協(xié)議棧，可以實現(xiàn)基于 全部變電站系統(tǒng)的統(tǒng)一配置和GPS對時。 本發(fā)明的數(shù)字化變電站保護控制設備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結構完全遵照IEC61850標 準的邏輯節(jié)點設計，采用面向?qū)ο蟮膭討B(tài)建模技術，內(nèi)置相關邏輯節(jié)點，支持功能自由分 布，滿足IEC61850標準的全部通信要求。配有統(tǒng)一的符合IEC61850標準的工程化系統(tǒng)集 成工具，解析、生成SCL配置文件，支持離線、在線配置。設備能夠根據(jù)工具生成的IED配置 文件提供的配置信息靜態(tài)建立通信模型。充分支持SCSM協(xié)議棧TCP/IP， UDP， IEEE802. 3 等；采用自主開發(fā)的匪S協(xié)議棧，可以實現(xiàn)基于全部變電站系統(tǒng)的統(tǒng)一配置和GPS對時。
如圖4所示，本發(fā)明應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法包括如下 步驟 步驟1 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收模塊通過網(wǎng)絡接收IEC61850標準的數(shù)據(jù)報文。
步驟2 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理分析模塊對接收到的基于IEC61850標準的數(shù)據(jù) 進行數(shù)據(jù)異常檢測，具體包括 對變電站合并單元通訊異常檢測檢測與合并單元的采樣通訊是否中斷；
對變電站開關控制器通訊異常檢測檢測與開關控制器的通訊是否中斷；
對變電站合并單元報文"要求維修標志"異常檢測檢測合并單元的報文里是的 "要求維修標志"是否置位； 對變電站合并單元報文"同步標志"異常檢測檢測合并單元的報文里的"同步標 志"是否置位； 對變電站合并單元報文丟包異常檢測檢測合并單元的報文是否連續(xù)； 對變電站合并單元間報文同步異常檢測檢測來自不同合并單元的報文是否同
止 少； 對變電站合并單元報文通道無效檢測檢測來自合并單元的報文是否存在通道無 效。 步驟3 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)合理性估計，具體包括 電壓不平衡異常檢測檢測不平衡電壓是否越限； 電流不平衡異常檢測等項目檢測不平衡電流是否越限。 步驟4 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)計算分析。
步驟5 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)記錄處理。 此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行的描述并非對本發(fā)明的范圍的 限制，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的， 均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于通過網(wǎng)絡獲得數(shù)字化變電站的保護控制設備所需要的模擬量和開關量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行集中式數(shù)據(jù)記錄、處理和分析；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件采用嵌入式處理器單元，多CPU并行處理技術，提供雙以太網(wǎng)接口和RS232、RS485/422接口，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)分析處理模塊，所述數(shù)據(jù)接收模塊接收基于IEC61850標準的變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報文，所述數(shù)據(jù)分析處理模塊提供就地的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理功能，為數(shù)字化變電站的保護控制設備提供數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的正常異常信息，對數(shù)據(jù)的同步、丟包、無效數(shù)據(jù)等進行分析處理，同時記錄所采集的數(shù)據(jù)的實時動態(tài)變化過程和分析結果。
2. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)分析處理模塊以IEC 61850標準第五部分為基礎，構建信息和通信模型庫。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述軟件系統(tǒng)采用變電站配置語言，并使用統(tǒng)一的工具對所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行配置和管理。
4. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字化變電站保護控制設備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)分析處理模塊對來自站內(nèi)多個間隔的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理記錄，并根據(jù)記錄的電流、電壓、開關量，對有關元件的有功、無功、非周期分量、系統(tǒng)頻率的變化進行計算，輸出分析結果，并對所接收數(shù)據(jù)的同步性、丟包、數(shù)據(jù)有效性等進行分析處理，剔除壞數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)合理性進行估計。
5. —種應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述方法包括如下步驟步驟1 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收模塊通過網(wǎng)絡接收IEC61850標準的數(shù)據(jù)報文；步驟2 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理分析模塊對接收到的基于IEC61850標準的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)異常檢測；步驟3 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)合理性估計；步驟4 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)計算分析；步驟5 :數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析模塊進行數(shù)據(jù)記錄處理。
6. 如權利要求5所述的一種應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述步驟2中數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理分析模塊對基于IEC61850標準的數(shù)據(jù)的異常檢測包括對變電站合并單元通訊異常檢測，對變電站開關控制器通訊異常檢測，對變電站合并單元報文"要求維修標志"異常檢測，對變電站合并單元報文"同步標志"異常檢測，對變電站合并單元報文丟包異常檢測，對變電站合并單元間報文同步異常檢測，對變電站合并單元報文通道無效檢測。
7. 如權利要求5所述的一種應用于數(shù)字化變電站保護控制設備的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于所述步驟3中數(shù)據(jù)處理分析模塊基于IEC61850標準的數(shù)據(jù)合理性進行估計包括檢測不平衡電壓是否越限，檢測不平衡電流是否越限。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種應用于數(shù)字化變電站的基于網(wǎng)絡的保護控制設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，面向數(shù)字化變電站，遵循IEC61850標準，對變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)進行接收、記錄和分析管理，設備支持XML，這使得采用多種手段、工具對設備進行配置成為可能，更便于信息在不同系統(tǒng)、不同平臺間的交換、共享；采用標準的變電站配置語言SCL對設備進行通信相關的配置，任何廠家的符合IEC61850的配置工具都可識別，新型數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有數(shù)字化、開放、易于維護和擴展方便的優(yōu)點，同時數(shù)據(jù)分析處理軟件可以方便的對數(shù)據(jù)進行分析處理并對所接收數(shù)據(jù)進行管理。
文檔編號H02J13/00GK101710739SQ200910243408
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者萬博, 侯鵬, 劉潤花, 宋合志, 曲春輝, 曹楠, 李冰, 李剛, 汪一, 王冬青, 王化鵬, 申仲濤, 蘇瑞, 陳翔宇, 鹿洪剛 申請人:中國電力科學研究院