基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法与流程

本发明实施例涉及智能变电站技术领域，尤其涉及一种基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法。

背景技术：

智能变电站是以变电站的一次设备、二次设备为智能化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对智能化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。

现有技术中，智能变电站的配置过程如下，每个智能电子设备(IED)都分开建模，并且每个智能电子设备内都设置一个智能电子设备能力描述(IED Capability Description，简称：ICD)文件。每个智能电子设备的ICD文件导入变电站配置描述(Substation Configuration Description，简称：SCD)配置工具，统一进行实例配置，生成整个智能变电站的SCD(变电站配置描述)文件，然后每个智能电子设备再将SCD文件下载到本地，解析与设备相关的内容形成本设备的实例化文件，即智能电子设备实例配置描述(Configured IED Description，简称：CID)文件。

上述智能变电站的配置方法是一种基于装置定义功能的配置方法，也就是说先增加物理装置，再在SCD配置工具中进行实例化配置并产生物理装置相应的功能。例如当某个物理装置的功能产生变化或由于变电站规模扩大需要增加间隔进而增加装置时，都需要先将物理装置的ICD文件导入SCD配置工具，进行实施化配置，再重新生成整个智能变电站的SCD文件，然后各物理装置下载到本地形成CID文件。尤其是对于间隔层装置来说，由于各个保护装置、各个测控装置分开建模，二次设备众多，因此现有技术中提供的配置方法在增加二次设备，或者更新二次设备时，都需要重复执行上述配置流程，配置流程复杂，而且还不能满足智能变电站高度集中测控保护的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法，以解决现有技术中提供的配置方法配置流程复杂，而且还不能满足智能变电站高度集中测控保护的需求的技术问题。

本发明实施例提供了一种基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法，智能变电站内所有间隔的合智一体单元均直接接入所述智能电力服务器上的传输端口，所述传输端口与所述合智一体单元一一对应，所述智能变电站以整个智能变电站作为建模对象，采用在变电站配置描述中增加和更新所有的保护功能、测控功能、交换功能、远动功能的集中建模方式，所述方法包括：

SCD文件配置工具根据所述智能变电站规划的合智一体单元和每个专用功能，建立所述智能变电站的SCD文件，在所述智能变电站的SCD文件中设置每个所述专用功能的配置信息，其中，所述智能变电站的每个专用功能根据所述智能变电站的应用场景设置；

所述智能电力服务器根据所述智能变电站的SCD文件生成所述智能电力服务器的CID文件；

所述通用电力服务器解析所述智能电力服务器的CID文件，得到每个专用功能的配置信息；

所述智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的采样值(Sampled Value，SV)报文和面向通用对象的变电站事件(Generic Object Oriented Substation Events，GOOSE)报文，实现所述智能变电站内所有的测控功能、保护功能、交换功能和远动功能。

本发明实施例提供的基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法，其中的智能电力服务器以整个智能变电站作为建模对象，针对各个专用功能进行建模，其中的专用功能能够替代现有技术中的二次设备进行测控、保护交换和远动，具体的，可以通过SCD文件配置工具根据智能变电站规划的合智一体单元和每个专用功能，建立所述智能变电站的SCD文件，在智能变电站的SCD文件中设置每个专用功能的配置信息；智能电力服务器根据所述智能变电站的SCD文件生成智能电力服务器的CID文件，并解析SCD文件得到每个专用功能的配置信息；智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和接收到的合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现所述智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动。当智能变电站的某些专用功能更新时，可以通过在智能变电站的SCD文件中修改与该更新的专用功能相关的配置信息，并在智能变电站的SCD文件中关联更新的所述专用功能的过程层虚端子，或者随着智能变电站规模的增加，当智能变电站的专用功能增加时，可以在智能变电站的SCD文件中设置与该增加的专用功能相关的配置信息，并在智能变电站的SCD文件中关联增加的所述专用功能的过程层虚端子，相对于现有技术中更新二次设备的功能，或者智能变电站增加规模时的配置流程，其配置流程简单，而且能够满足智能变电站高度集中测控保护的需求。由于本发明根据智能变电站规划的合智一起单元和专用功能，建立所述智能变电站的SCD文件，在智能变电站的SCD文件中设置每个专用功能的配置信息，达到了通过软件定义智能变电站功能的目的，而不是通过增加物理装置的方式增加智能变电站功能的方式。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的智能变电站集中建模方式与现有分散建模方式对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法的流程示意图。

本发明中，智能变电站内所有间隔的合智一体单元均直接接入智能电力服务器上的传输端口。每个合智一体单元通过嵌入式高带宽交换通讯网络接入智能电力服务器上一个传输端口。智能电力服务器采用每个合智一体单元通过嵌入式高带宽交换通讯网络接入智能电力服务器上一个传输端口的方式实时采集过程层数据，对采集到的过程层数据完成实时数据处理，实现对合智一体单元连接的一次设备所有的保护和测控。具体地，嵌入式高带宽交换通讯网络，可以是嵌入式高带宽交换通讯网络可以是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线、现场网络协议(Internet Protocol，IP)总线、Modbus总线、过程现场总线(Process Field Bus，Profibus)、可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议(Highway Addressable Remote Transducer，HART)总线、FF现场总线或光纤。

智能电力服务器上的传输端口与合智一体单元一一对应，也就是，智能电力服务器只通过一个传输端口与一个合智一体单元连接，每个合智一体单元仅接入智能电力服务器的一个传输端口。

示例性的，每个合智一体单元仅通过一条物理链路接入智能电力服务器20上一个传输端口。具体地，每个合智一体单元仅通过一对光纤与所述智能电力服务器的一个传输端口连接。智能电力服务器的一个传输端口包括一个接收口和一个发送口，合智一体单元通过一根光纤接入智能电力服务器上一个传输端口的接收口，合智一体单元通过另一根光纤接入智能电力服务器上该传输端口的发送口。智能电力服务器仅通过一条物理链路实时采集过程层数据，例如，采集合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，并对实时采集到的过程层数据进行实时处理，实现对所述合智一体单元连接的一次设备所有的保护和测控。

如图2所示，本发明实施例提供的智能电力服务器以整个智能变电站作为建模对象，采用在变电站配置描述中直接增加和更新所有的保护功能、测控功能、交换功能、远动功能的集中建模方式。当变电站的规模扩大需对针对新的间隔设计新的专用功能时，或者，变电站的已有专用功能需要更新时，在SCD文件中增加或更新相应专用功能的配置信息。而现有变电站的分散建模方式是先增加单个物理装置后增加每个物理装置的功能。不仅二次设备数量非常多，而且还需要将每个二次设备的ICD文件进行集成并实例化生成SCD文件，再由装置生成厂商再通过专用工具将SCD文件中与本装置相关的内容即CID文件下载到装置内，整个配置过程复杂繁琐。

如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤101、SCD文件配置工具根据智能变电站规划的合智一体单元和专用功能，建立智能变电站的SCD文件，在智能变电站的SCD文件中设置每个专用功能的配置信息，其中，所述智能变电站的每个专用功能根据所述智能变电站的应用场景设置。

在建立智能变电站时，需要规划整个变电站的间隔个数，每个间隔的合智一体单元的个数，不同规模的变电站，间隔数不相同。在建立智能变电站时，还需要根据变电站的具体应用场景设置专用功能，不同的应用场景对应的专用功能不相同。智能变电站中合智一体单元的变化和专用功能的变化，会导致整个变电站SCD文件发生变化。专用功能可以包括测控功能、保护功能、交换功能和远动功能。

具体的，本发明实施例中SCD文件中每个专用功能的配置信息包括专用功能的实例配置信息、数据模板信息、专用功能与合智一体单元的关联信息、专用功能的信号描述配置信息、专用功能的GOOSE信号连接配置信息、专用功能的通信网络信息和所述专用功能的通信参数配置信息中的一种或几种，具体的，可以针对不同类型的专用功能设置相关的配置信息，即每个专用功能的配置信息可以包括上述的一种或几种。

其中的实例配置信息主要设置该专用功能的具体处理方案，例如针对测控功能，其中的实例配置信息可以包括一个测控实例，该测控实例描述了针对根据获取到的测量信息进行相应的控制，以及针对保护功能，其中的实例配置信息可以包括一个保护实例，该保护实例描述在何种情况下启动保护功能，以及启动保护功能的具体处理方案；其中的数据模板信息针对需要采集数据以及进行数据上报的专用规定，限定生成的报告块的形式，例如实现远动功能时，需要根据数据模板信息生成对应的报告块。其他的几个配置信息主要涉及到各个专用功能的通信参数，以及各个专用功能与合智一体单元，各个专用功能与站控层设备，各个专用功能与网络分析仪或故障录波器，以及各个专用功能之间如何进行通信以进行数据的传输。

步骤102、智能电力服务器根据智能变电站的SCD文件生成智能电力服务器的CID文件；

本步骤中，智能电力服务器根据智能变电站的SCD文件生成所述智能电力服务器的CID文件，其中，智能变电站的SCD文件根据智能变电站规划的合智一体单元和专用功能建立，智能变电站的SCD文件设置有每个专用功能的配置信息；

步骤103、智能电力服务器解析智能电力服务器的CID文件得到每个专用功能的配置信息，本步骤中，在SCD文件中设置的各个专用功能的配置信息的基础上，智能电力服务器能够进一步获得各个专用功能的配置信息，具体的，该配置信息可以包括以下信息中一种或任意几种组合：专用功能的实例配置信息、专用功能的数据模板信息、专用功能的通信参数、专用功能之间的通信配置信息、专用功能与站控层设备之间的通信配置信息、专用功能与合智一体单元之间的通信配置信息和专用功能与网络分析仪或故障录波器的通信配置信息。

步骤104、智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现智能变电站内所有的测控功能、保护功能、交换功能和远动功能。

智能变电站的SCD文件根据智能变电站规划的合智一体单元和专用功能建立，智能变电站的SCD文件中定义有每个专用功能的配置信息，智能电力服务器根据智能变电站的SCD文件生成所述智能电力服务器的CID文件，并解析上述CID文件得到的每个专用功能的配置信息。在运行时，智能电力服务器根据专用功能的配置信息和接收到的SV/GOOSE报文，对一次设备进行测控和各种保护。

具体地，本发明中测控功能是指实现对所述智能变电站所有间隔的合智一体单元连接的一次设备和所述合智一体单元的测量和控制。本发明中保护功能是指实现对所述智能变电站所有间隔的合智一体单元连接的一次设备和所述合智一体单元的保护。本发明中远动机功能是指采集在测控过程和保护过程中产生的测控信息和保护信息，传送给操作员工作站，并根据所述操作员工作站的指令执行对一次设备的远动控制。本发明所述的交换功能是指实现所述合智一体单元和过程层设备之间的数据交换、所述智能电力服务器与所述过程层设备之间的数据交换、所述智能电力服务器与所述站控层设备之间的数据交换、所述过程层设备之间的数据交换以及站控层设备之间的数据交换。

本发明实施例提供的基于智能变电站保护控制系统的软件定义实现方法，其中的智能电力服务器以整个智能变电站作为建模对象，针对各个专用功能进行集中建模，其中的专用功能能够替代现有技术中间隔层的二次设备进行测控、保护交换和远动，具体的，可以通过SCD文件配置工具根据智能变电站规划的合智一体单元和每个专用功能，建立智能变电站的SCD文件，在智能变电站的SCD文件中设置每个所述专用功能的配置信息；智能电力服务器根据所述智能变电站的SCD文件生成智能电力服务器的CID文件，并进一步解析所述CID文件得到每个专用功能的配置信息；智能电力服务器每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现所述智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动。

由于本发明根据智能变电站规划的合智一起单元和专用功能，建立所述智能变电站的SCD文件，在智能变电站的SCD文件中设置每个所述专用功能的配置信息，达到了通过软件定义智能变电站功能的目的，而不是通过增加物理装置的方式增加智能变电站功能的方式。

上述方法可以进一步包括：当智能变电站的某些专用功能更新时，可以通过在智能变电站的SCD文件中修改与该更新的专用功能相关的配置信息，并在智能变电站的SCD文件中关联更新的所述专用功能的过程层虚端子，具体的修改方式可以参见后续实施例的描述，或者上述方法可以进一步包括：随着智能变电站规模的增加，当智能变电站的专用功能更新时，可以在智能变电站的SCD文件中设置与该增加的专用功能相关的配置信息，并在智能变电站的SCD文件中关联增加的所述专用功能的过程层虚端子，具体的设置方式可以参见后续实施例的描述。相对于现有技术中更新二次设备的功能，或者智能变电站增加规模时的配置流程，其配置流程简单，而且能够满足智能变电站高度集中测控保护的需求。

其中，在智能变电站的SCD文件中关联更新或增加的所述专用功能的过程层虚端子，具体可以是在SCD文件中关联专用功能的虚端子和外部输入端子。

实施例二

本发明上述实施例一中，其中步骤101中SCD文件配置工具根据智能变电站规划的合智一体单元和专用功能建立智能变电站的SCD文件。示例性的，智能变电站的应用场景不同设置的专用功能也不同。其中SCD文件的建立可以有两种实现方式，具体的，第一种方式是SCD文件配置工具在SCD文件中直接设置各个专用功能的配置信息，各个合智一体单元的配置信息，关联过程层虚端子。在智能变电站的需求变化需增加新的专用功能或更新已有的专用功能时，SCD文件配置工具直接在SCD文件中增加或更新相应专用功能的配置信息，并直接在所述智能变电站的SCD文件中关联增加的或更新的所述专用功能的过程层虚端子。智能电力服务器根据所述智能变电站的SCD文件生成所述智能电力服务器的CID文件。在运行时，智能电力服务器解析智能电力服务器的CID文件，得到每个专用功能的配置信息，根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现所述智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动。第二种实现方式是，先建立智能电力服务器的ICD文件，在智能电力服务器的ICD文件中设置各个专用功能；然后，SCD文件配置工具根据智能电力服务器的ICD文件和合智一体单元的ICD文件生成整个智能变电站的SCD文件，在SCD文件中关联过程层虚端子。智能电力服务器根据所述智能变电站的SCD文件生成所述智能电力服务器的CID文件。在运行时，智能电力服务器解析智能电力服务器的CID文件，得到每个专用功能的配置信息，根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现所述智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动。在智能变电站的需求变化需增加新的专用功能或更新已有的专用功能时，在智能电力服务器的ICD文件上先增加或更新相应的专用功能，然后，SCD文件配置工具重新根据智能电力服务器的ICD文件和合智一体单元的ICD文件生成整个智能变电站的SCD文件，在SCD文件中关联过程层虚端子。

另外，参见上述实施例一中给出的，在SCD文件中每个专用功能的配置信息包括以下信息中的一种或任意几种组合：专用功能的实例配置信息、所述专用功能的数据模板信息、专用功能与合智一体单元的关联信息、专用功能的信号描述配置信息、专用功能的GOOSE信号连接配置信息、专用功能的通信网络信息和专用功能的通信参数配置信息，则本发明实施例中，其中的在智能变电站中增加专用功能时，在智能变电站的SCD文件中设置与增加的专用功能相关的配置信息可以具体为：在智能变电站的SCD文件中设置增加的专用功能的实例配置信息、增加的专用功能的数据模板信息、增加的专用功能与合智一体单元的关联信息、增加的专用功能的信号描述配置信息、增加的专用功能的GOOSE信号连接配置信息、增加的专用功能的通信网络信息和增加的专用功能的通信参数配置信息中的一种或任意几种组合。

另外，针对在智能变电站中更新专用功能时，在智能变电站的SCD文件中修改与更新的专用功能相关的配置信息可以具体为：在智能变电站的SCD文件中修改更新的专用功能的实例配置信息、更新的专用功能的数据模板信息、更新的专用功能与合智一体单元的关联信息、更新的专用功能的信号描述配置信息、更新的专用功能的GOOSE信号连接配置信息、更新的专用功能的通信网络信息和更新的专用功能的通信参数配置信息中的一种或任意几种组合。

在本发明实施例二中，通过在增加专用功能时对智能变电站的SCD文件进行变更，设置与增加的专用功能相关的配置信息，进而根据智能变电站的SCD文件生成智能电力服务器的信息CID文件，并解析智能电力服务器的CID文件得到该新增加专用功能的配置信息，，进而智能电力服务器可以根据新增加的专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，在智能变电站内实现该新增加的专用功能；以及通过在更新专用功能时，智能变电站的SCD文件中修改与更新的专用功能相关的配置信息，进而在根据智能变电站的SCD文件生成智能电力服务器的信息CID文件，并解析智能电力服务器的CID文件得到该专功能的更新后的配置信息，进而智能电力服务器可以根据更新后的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，在智能变电站内实现该更新后的专用功能。

实施例三

本发明上述实施例中，各个专用功能在实现其功能时，尤其是针对测控功能和保护功能，都需要和合智一体单元进行通信，以获取订阅的SV/GOOSE数据，而合智一体单元一般直接接入智能电力服务器上的传输端口，且各个传输端口与合智一体单元一一对应，因此，可以将专用功能对应至少一个传输端口，该专用功能通过对应的至少一个传输端口与合智一体单元进行数据传输。具体的，在上述实施例中已经在配置信息中定义了专用功能与合智一体单元之间的通信配置信息，则在配置信息中定义的专用功能与合智一体单元之间的通信配置信息可以具体为定义专用功能与传输端口的对应关系。

在建立了专用功能与智能电力服务器上的传输端口的对应关系后，针对测控功能，则上述实施一的步骤104中，其中的智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动可以包括：

实现测控功能的应用软件，根据测控功能的配置信息中定义的测控功能与传输端口的对应关系，从对应的传输端口获取从指定合智一体单元订阅的SV/GOOSE数据，并对订阅的SV/GOOSE数据进行处理以实现对指定合智一体单元连接的一次设备进行测控。

针对保护功能，则上述实施一的步骤104中，其中的智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动可以包括：

实现保护功能的应用软件，根据保护功能的配置信息中定义的保护功能与传输端口的对应关系，从对应的传输端口获取从指定合智一体单元订阅的SV/GOOSE数据，并对订阅的SV/GOOSE数据进行处理以实现对指定合智一体单元连接的一次设备进行保护。

进一步，针对远动功能，上述实施一的步骤104中，其中的智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现所述智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动，包括：

实现远动功能的应用软件，根据远动功能的配置信息中定义的报告块，采集测控功能在测控过程和/或保护功能在保护过程中产生的报告信息，并将所述报告信息中合智一体单元的媒体访问控制地址转换为合智一体单元的网络协议地址，并将报告信息发送给站控层设备。其中的报告块具体可以参照在远动功能的配置信息中定义的数据模板信息。

进一步的，针对交换功能，上述实施一的步骤104中，其中的智能电力服务器根据每个专用功能的配置信息和合智一体单元发送的SV报文和GOOSE报文，实现智能变电站内所有的测控、保护、交换和远动，包括：

实现交换功能的应用软件，根据交换功能的配置信息定义的与网络分析仪或故障录波器的通信配置信息，从各个合智一体单元接收采样值报文或面向通用对象的变电站事件报文，并将接收到的采样值报文或面向通用对象的变电站事件报文转发给网络分析仪或故障录波器。

图2为本发明实施例提供的智能变电站集中建模方式与现有分散建模方式对比图，如图2所示，现有技术中的分散建模方式，首先需要获取变电站系统中所有智能电子设备的ICD文件，然后发送给SCD配置工具，由SCD配置工具进行实例化配置，生成整个变电站系统的SCD文件，之后再由变电站系统中的各个智能电子设备下载上述SCD文件，并生成自身的CID文件。而在本发明提供的建模方式，是一种基于专用功能的集中建模方式，首先在基于专用功能生成智能变电站SCD文件，该SCD文件中包括各个专用功能的配置信息，然后根据智能变电站的SCD文件生成智能电力服务器的CID文件，并通过对CID文件进行解析，获取各个专用功能的配置信息。从以上可以看出，本发明实施例提供的集中建模方式流程更为简单。尤其是在变电站中需要更新或增加功能时，现有技术中提供的分散建模方式需要重复执行上述步骤，重新收集各个智能电子设备的ICD文件，并重新进行实例化配置生成SCD文件，最后再由各个智能电子设备下载到本地生成自身的CID文件；但根据本发明的集中建模方式，只需要在智能变电站的SCD文件增加新的专用功能的配置描述信息，或者修改更新的专用功能的配置描述信息，然后生成智能电力服务器的CID文件，并解析即可得到新的专用功能的配置信息，或者更新的专用功能的配置信息，具有更加简单的功能增加或更新流程。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。