智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台的制作方法

本发明涉及变电站网络信息化管理系统技术领域，尤其涉及智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台。

背景技术：

智能化变电站利用网络化及信息化技术实现对变电站各项核心业务的支持。网络化和信息化的引入，使得智能站的运行和检修与传统站相比有非常大的不同。简单沿袭传统变电站的运行、检修方法不足以满足智能化变电站的要求，甚至会对变电站的运行带来安全隐患。随着已投入运行的大量智能变电站逐步进入了维护检修阶段，原有的变电站运检管控手段存在的问题和困难也逐步显现。

首先，智能变电站二次装置的运行依赖于该装置的实例配置文件，该文件以IEC61850的格式描述本装置的开出接点、开入接点及网络配置等信息。二次装置配置文件的正确性是该装置互操作的前提。当前阶段，装置实例配置文件均有厂家使用自己的装置实例组态工具从全站配置文件中导出，然后再下装到装置中去。下发后装置配置文件的正确性没有一个统一的在线校核方法，唯一性也无法保证，这给智能变电站后续的运维检修工作带来了安全隐患。

其次，智能变电站改变了常规变电站信息交互的方式，以光缆和软件逻辑代替继电保护传统二次回路，以系统配置文件（SCD 文件）描述二次设备连接关系，每一根光纤中交换的数据与常规变电站中一根电缆线芯对应一个信号的形式大不相同。当前光纤及其所承载的二次回路信息无法直观地在运维检修人员面前显现，给运行检修工作带来较大的影响，检修中光纤插拔错误等风险较为突出。况且，随着变电站无人值守等模式的深入推进，运维检修人员越来越需要更加及时、直观地掌握现场设备光纤通信的运行状况。需要提供一种可视化的方式辅助运维检修人员直接将故障定位到具体装置的板卡、模块等物理设备。

再次，在智能变电站中，由于信号、控制等回路的网路化，软压板的功能则大大加强，重要性也随之提升。继电保护和安全自动装置的安全隔离措施一般采用投入检修压板、退出装置软压板、出口硬压板以及断开装置间的连接光纤等方式。查看方式不直观，为运维检修人员装置校验、消缺等现场检修作业时的安全措施的实施造成了很大的困扰。存在回路不可见，安全措施复杂，测试时间长等问题。为了提高安全措施的可靠性，确保电网安全、可靠、稳定运行，安全措施执行的可视化、标准化、防误预警等方面的研究迫在眉睫。

专利号为201510065823.7的专利公开了一种变电站通信自动化设备线监测系统，是一种基于信号灯监测分析技术的变电站通信自动化设备线监测系统，涉及电力生产的技术领域，尤其涉及对电力生产中通信自动化设备实时监测技术，提高电力设备运维信息化水平和巡视作业效率、效益。包括光纤、色谱分析仪和控制中心，光纤安装在被监控设备的指示灯前端，光纤的另一端与色谱分析仪相连，色谱分析仪通过网络与控制中心相连；所述色谱分析仪由电子光栅芯片、数字信号处理器和网络芯片组成，电子光栅芯片上设有多路光纤耦合接口，数字信号处理器分别与电子光栅芯片以及网络芯片相连，网络芯片设有网络接口。该系统运用科学的管理手段提高巡检工作效率，提高设备的安全管理水平。

专利号为201020626648.7的专利公开了一种基于分布式无源光网络技术的智能变电站通信网络架构,在智能变电站设备层与智能变电站系统层之间通过PON无源光网络进行连接,PON无源光网络包括光线路终端,光线路终端与光分配网络相连接,光分配网络与至少一个光网络单元相连接,光网络单元位于变电站出线间隔及主变位置,它以网线连接智能变电站设备层,用于设备运行状态和故障诊断信息、控制命令及跳闸命令的双向传递。该实用新型利用无源光网络一对多分光及透明传输的能力在智能变电站系统层和设备层之间组建高速、透明的以太网络,带来的优点是显而易见的。首先,智能变电站内的所有智能设备都接入同一个网络,任意智能设备之间都能够直接通过该网络交互信息,使过程层数据得到最大程度的共享,变电站、电网的信息化水平显著提高。

专利号为201010145726.6的专利公开了一种变电站接地线监测装置，包括具有多个独立抽屉的接地线柜，其特征在于：抽屉内有层板，层板下方有弹性件，每一抽屉层板下方有感应弹性件的形变量并发出开关信号的传感器；设置在接地线柜内采集器，和传感器电连接，采集并存储每一传感器发送的开关信号；与采集器电连接并实现和采集器的信息传输的汇集器；与汇集器电连接并实现和该汇集器的信息传输的显示屏；以及通讯管理机，安装有数据库和后台管理软件，通过电力局域网和汇集器网络连接。与现有技术相比，该发明的优点在于：整套设备结构简单、成本低，推广价值较高；能够真正实现信息化管理，提高安全生产效率，有效地杜绝带接地线合闸送电事故的发生。

虽然通过上述专利可以看出，我国由于有统一的指导和协调，智能化变电站的发展程度是高于国际水平的。近年来，为了提高智能变电站的运维检修水平，国内一些研究机构和厂家也开发了一系列针对智能变电站配置文件的工具，此类工具可以对配置文件的内容进行高可视化展示，对配置文件的合法性进行校验。此外，随着国家相关标准的制定及明确，现在站内运行的保护二次装置也可以对本装置的业务回路进行高可视化展示。但以上研究均局限于对装置配置文件的静态校验，仍缺少在线校核工具，不能做到对正运行装置配置文件的校核。更重要的，对智能运检领域的研究还处于比较薄弱的阶段，没有一套专门针对智能运检的管控方案。为此，我们研究智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台，可以很好解决目前变电站二次系统安全管理和信息维护中面临的困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台，能实现准确快捷的对智能变电站二次系统的调用信息存储数据进行仿真及运维管理，并可以实时更新，结构简单、成本低、易于实现。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台，包括运维检修数据平台、在线监控设备与通讯管理机，各部分之间均通过无线局域网互联；所述运维检修数据平台包括顺次连接的数据后台、运检前置机和工作站；所述在线监控设备包括顺次连接的数据校核模块、数据采集模块与界面展示模块，所述通讯管理机包括分别与所述运检前置机连接的文件下载模块和数据推送模块；所述运维检修数据平台通过建立典型安全措施模板库，指导运维检修人员制定安全措施，调用模板库生成相应安措票，并自行根据安全措施模板库和保护装置逻辑原理，分析判断该安全措施的执行顺序及执行项目对相关保护产生什么影响，判断安全措施是否执行正确。

进一步地，所述无线局域网上设置加密模块，所述加密模块包括数据编码器与数据解码器。

进一步地，所述运维检修数据平台设置于变电站安全II区主站端，支持对多智能站点进行统一管理，用户可以登录所述工作站针对与其相关的特定站点进行运检数据的管理与分析。

进一步地，所述在线监控设备与所述通讯管理机设置于变电站安全II区厂站端，所述通讯管理机负责与主站前置机的数据交互，所述在线监测设备完成对站内数据的采集。

进一步地，所述数据校核模块包括控制器以及分别与所述控制器连接的数据处理器与数据适配器，所述数据适配器通过数据集中器与控制器连接，所述控制器包括单片机芯片或DSP芯片。

进一步地，所述数据采集模块包括信息扫描仪和物理连接状态监控模块。

进一步地，所述数据后台包括IED能力描述文件管理模块、文件管理模块、典型安全措施模板库，负责文件及图形的管理。

进一步地，所述运检前置机包括通讯模块，负责和所述通讯管理机进行数据交互；所述工作站包含图形展示模块、文件图形编辑模块和离线工具包。

进一步地，所述界面展示模块为人机交互式全液晶触摸式显示界面。

进一步地，所述界面展示模块为按键盘和显示屏相结合的组合式界面。

本发明的有益效果在于：

1、本发明对自动生成安全措施或对现有安全措施是否可行完备进行了模拟验证，安全措施模式仿真运维管控平台，基于“智能变电站典型二次安全措施票”和保护装置逻辑原理，建立了典型安全措施模板库。典型安全措施模板库一方面可以指导运维检修人员制定安全措施，即运维检修人员在实施安全措施时，可以调用典型安全措施模板库，生成相应安措票，可以做到现有安全措施信息的集成化和规范化管理，极大提高工作人员的工作安全性和规范性；另一方面，本发明还可以依托自身模板数据库对运维检修人员开展培训，当工作人员开展某项装置的特定工作，可以针对性地在模拟仿真系统中模拟执行安全措施，平台系统可依据模拟指令，自行根据安全措施模板库和保护装置逻辑原理，分析判断该安全措施的执行顺序及执行项目对相关保护产生什么影响，以此判断安全措施是否执行正确。

2、本发明在装置配置文件完成下装后，快速准确的在线校核其正确性.智能变电站装置配置文件的正确性是该装置实现互操作的依据，也是智能变电站运行的关键。

3、本发明生成了变电站物理连接拓扑关系，根据各种配置文件信息生成和现场物理连接一致的连接关系拓扑图，并对物理连接进行监控以支撑故障定位到实际物理设备。

4、本发明平台的安全措施执行结果可以进行高可视化展示，克服了目前软压板均通过保护装置、监控系统软件画面显示，状态识别具有很大的难度且操作复杂的问题。本发明从配置文件中获取全站的软压板信息并和相关业务回路关联进行高可视化展示，为运维人员提供对安全措施执行结果直观的确认手段。

附图说明

图1是本发明系统的整体结构示意图。

图2是本发明运维检修数据平台的结构示意图。

图3是本发明通讯管理机和在线监测设备的整体结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台，包括运维检修数据平台、在线监控设备与通讯管理机，各部分之间均通过无线局域网互联；运维检修数据平台包括顺次连接的数据后台、运检前置机和工作站；在线监控设备包括顺次连接的数据校核模块、数据采集模块与界面展示模块，通讯管理机包括分别与运检前置机连接的文件下载模块和数据推送模块。无线局域网上设置加密模块，加密模块包括数据编码器与数据解码器。其中，界面展示模块为人机交互式全液晶触摸式显示界面，可以实现过程层物理连接拓扑高可视化图形展示。

安全措施模式仿真运维管控平台，基于“智能变电站典型二次安全措施票”和保护装置逻辑原理，建立了典型安全措施模板库。典型安全措施模板库一方面可以指导运维检修人员制定安全措施，即运维检修人员在实施安全措施时，可以调用典型安全措施模板库，生成相应安措票，可以做到现有安全措施信息的集成化和规范化管理，极大提高工作人员的工作安全性和规范性；另一方面，本发明还可以依托自身模板数据库对运维检修人员开展培训，当工作人员开展某项装置的特定工作，可以针对性地在模拟仿真系统中模拟执行安全措施，平台系统可依据模拟指令，自行根据安全措施模板库和保护装置逻辑原理，分析判断该安全措施的执行顺序及执行项目对相关保护产生什么影响，以此判断安全措施是否执行正确。

本发明在具体实施时，采用运维检修数据平台、站内在线监控设备相结合的实施方案，其中运维检修数据平台部署在安全II区主站端，分为数据后台、前置机和工作站，数据后台主要负责完成对IED能力描述文件标准库管理及模型文件标准化程度的校验，对运维检修数据的存储和对典型安全措施模板库的管理以及文件管理等；前置机主要负责与子站通讯管理机的数据交互；工作站提供各类告警信息的展示界面及图形编辑界面和其他高级应用等。站内通讯管理机和在线监控设备部署在安全II区厂站端，通讯管理机负责与主站的前置机的数据交互，保证主子站的数据一致性；在线监控设备完成对站内装置配置文件正确性的在线校核，完成对过程层物理连接故障的定位，完成对交换机网络流量的监控，完成对安全措施操作票的执行及校验等功能。

如图2所示，运维检修数据平台部署在安全II区主站端，分为数据后台、前置机与工作站组成，支持对多智能站点进行统一管理，用户可以登录工作站针对与其相关的特定站点进行运检数据的管理与分析。

数据后台包含IED能力描述文件管理模块、文件管理模块、典型安全措施模板库等，主要负责文件及图形的管理；前置机包含通讯模块，主要负责和站内通讯管理机进行数据交互；工作站包含图形展示模块、文件图形编辑模块、离线工具包及一部分数据处理。

其中，离线工具包以软件包形式在PC机上运行，在运维工作站上下载安装后可离线独立运行。支持XP/Win7/Win8/Win10/Unix/Linux等全部国网认可的操作系统。采用软件包的形式，且支持独立运行于各类办公电脑，增进了使用便携性。

如图3所示，站内在线监控部署在安全II区厂站端，分为通讯管理机和在线监测设备。通讯管理机主要负责与主站前置机的数据交互。在线监测设备主要完成对站内数据的采集；完成对站内装置配置文件正确性的在线校核，若装置配置文件不正确，则以告警的形式展示出来；完成对过程层物理连接拓扑的高可视化展示、当出现故障时可以直接定位板卡或者模块；完成交互机VLAN信息的展示及网络流量的监控，若出现网络流量超出阀值、网路端口故障等问题，则直接产生告警，在拓扑图上高可视化展示；完成对检修过程中安全措施票的设计、执行及校验等。

本发明的主要功能之一在于组建智能变电站过程层物理连接拓扑关系，过程层物理连接拓扑关系由每根光纤及其连接的设备端口构成，确定过程层物理连接拓扑关系，实际上就是确定每根光纤的两头连接的设备的物理端口，设备包含二次智能变电站的光口配置表装置、交换机、光纤熔纤盘等网络设备。解析智能变电站的光口配置表、VLAN配置表等即可得到装置之间的物理实际连接关系。解析SCD文件或装置配置文件可获取装置端口的配置信息，包含MAC信息及该端口接收/发送的控制块信息，解析交换机配置文件可获取交换机的VALN划分、各端口的MAC地址等信息。实际物理连接和网络配置即可组成整个智能变电站过程层物理连接关系的完整信息。将整个智能变电站过程层的物理连接拓扑进行高可视化，在站内通讯发生故障时便可通过该图形将故障快速定位对某个设备的某块板卡或者某个模块，从而将不可见的虚回路故障对应到实际物理连接故障。

本发明平台通过分布式的模块构件，实现了智能变电站检修的安全隔离，基于变电站设备管理单位提供的“智能变电站典型二次安全措施票”，二次系统的安全措施包含了当前智能变电站大部分装置的检修隔离方式。在二次安全措施典型检修票的基础上，设计“标准化二次布防系统”，并结合二次回路及相关压板的可视化展示，实现对变电站的智能化安全措施。

实施例二

智能变电站二次系统安全措施仿真模拟及运维管控平台，包括运维检修数据平台、在线监控设备与通讯管理机，各部分之间均通过无线局域网互联；所述运维检修数据平台包括顺次连接的数据后台、运检前置机和工作站；所述在线监控设备包括顺次连接的数据校核模块、数据采集模块与界面展示模块，所述通讯管理机包括分别与所述运检前置机连接的文件下载模块和数据推送模块。

与实施例一的不同之处在于，所述界面展示模块为按键盘和显示屏相结合的组合式界面，在进行查询访问时，通过人机交互界面的按键地址精确输入，如通过按键输入对应变电站信息或设备编号；所得地址汇入数据采集卡，作为无线通信模块待输出的地址信息数据，经加密后访问通讯管理机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的一般技术人员将认识到，使用本发明的方案还可以实现许多可选的实施例。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。