一种智能变电站二次N合一设备的制作方法

本发明涉及一种智能变电站二次N合一设备，属于智能变电站站域保护领域。

背景技术：

一、二次设备一体化是智能电网未来发展的重要方向，将具备传感测量、逻辑运算、通信协作能力的二次智能单元封装在电力一次设备中，设备间以光纤作为信息交互支撑，从而构建网络化、自组织的变电站交互式保护控制体系。根据模块化设计原则，一、二次设备一体化将简化传统变电站二次系统的建设过程，显著降低施工过程中可能出现的装配错误。相对于传统的变电站一次设备、二次设备分离的设计，该方案的变电站整体解决方案具有难以比拟的优势。

现有成熟的集中式或分布式的站域和广域保护方案，存在一些难以适应的问题。对于集中式保护，由于其单一性，一旦某保护设备出现故障，将使得保护方案本身不可靠，并且集中式的结构与一、二次设备一体化的宗旨相违背。对于分布式保护，站域保护鲜有应用，但是在广域保护领域有较为成熟的应用。分布式单元虽说遵循了一、二次设备一体化的宗旨，但是以单个二次设备作为分布式单元直接与一次设备融合，放置在室外工况下，现在市面上尚没有能够很好地匹配一次设备寿命的智能二次设备装置，对于强烈电磁干扰及恶劣运行环境的适应性也没有经过现场的检验。因此，在短时间之内将一次设备与二次设备集成在同一台设备中还存在一时难以克服的可行性与可靠性问题。

如果将集成于一次设备中的二次部分剥离出来，按照地理位置就地配置，整合进环境条件相对良好的露天机柜中，分别装设在主要一次设备附近。这种情况下能够提高因强烈电磁干扰，但随着电压等级的升高，电磁干扰逐渐加大，设备的可靠性依然不能得到保证。

并且，一、二次设备一体化也带来了其他问题，保护系统在恶劣的户外工况下采样、逻辑判断、信息传输等各个环节都可能出现故障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能变电站二次N合一设备，用于解决设备内部元件单点失效，而现有站内保护可靠性不足的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种智能变电站二次N合一设备，包括：信息采集模块、通用计算单元、信息交互模块、存储模块以及执行模块；信息采集模块用于实时采集两个以上电气间隔的一次设备的运行数据；通用计算单元用于根据信息采集模块的运行数据，进行故障识别，生成动作命令；执行模块根据所述动作命令对一次设备进行保护动作；信息交互模块用于与站内通信网络连接，与其他的二次N合一设备进行信息交互；存储模块用于存储保护程序和保护定值信息，以及周围二次N合一设备对应的电气间隔的一次设备信息；

执行保护功能时，若通用计算单元失效，则根据所述周围二次N合一设备对应的一次设备信息，选择与当前执行保护功能相关信息最多的周围二次N合一设备，覆写所述周围二次N合一设备的通用计算单元，并且接收所述周围二次N合一设备的通用计算单元生成的动作命令。

所述存储模块还存储有所述站内通信网络的路由信息，当所述周围二次N合一设备有两个以上时，优先选择路由最近的二次N合一设备。

所述通用计算单元包括一个以上的通用计算模块，在一个通用计算模块失效时，优先选择通用计算单元中未失效的通用计算模块。

本发明提供的一种智能变电站二次N合一设备，在二次N合一设备中通用计算单元失效，选择周围合适的二次N合一设备，覆写周围二次N合一设备的通用计算单元，执行出现问题的二次N合一设备的保护工功能，实现了有限资源情况下硬件和软件层面的双重化冗余，有效规避了内部元件单点失效带来的风险，能够应对保护系统在恶劣户外工况下采样、逻辑判断、信息传输等各个环节可能出现的故障，提高了智能变电站设备保护的可靠性。

附图说明

图1是二次N合一设备内部模块图；

图2是本发明实施例的二次N合一设备拓扑图；

图3是本实施例中二次N合一设备的通信网络。

具体实施方式

在智能电网中，本发明所述的单个二次N合一设备，管理多个电气间隔，同一电气间隔内的一次设备也可由多个二次N合一设备管理。

本发明设计一种二次N合一设备，该设备包括：信息采集模块、通用计算单元、信息交互模块、存储模块以及执行模块；信息采集模块用于实时采集两个以上电气间隔的一次设备的运行数据；通用计算单元用于根据信息采集模块的运行数据，进行故障识别，生成动作命令；执行模块根据所述动作命令对一次设备进行保护动作；信息交互模块用于与站内通信网络连接，与其他的二次N合一设备进行信息交互；存储模块用于存储保护程序和保护定值信息，以及周围其他二次N合一设备对应的电气间隔的一次设备信息。

本发明的技术方案是：执行保护功能时，若二次N合一设备的通用计算单元失效，则根据所述周围其他二次N合一设备对应的一次设备信息，选择与当前执行保护功能相关信息最多的周围二次N合一设备，覆写所述周围二次N合一设备的通用计算单元，利用选择的二次N合一设备中覆写的通用计算单元进行设备信息的处理及故障识别，产生动作命令，通用计算单元失效的二次N合一设备接收所述周围二次N合一设备的通用计算单元生成的动作命令，利用自身正常的其他元件实现一次设备的正常保护。本发明实现了在二次N合一设备中通用计算单元出现问题时，立即调用可用的其他二次N合一设备进行功能覆写，从而不影响对一次设备的保护功能，提高了电网保护的可靠性。

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明所述的二次N合一设备是建立在电力系统一次设备、二次设备一体化构想的基础上，集合各种二次设备的功能，分布至一次设备附近。二次N合一设备一方面汇集一次侧的电压、电流等电气量以及断路器、隔离开关位置节点等开关量信号，利用自身处理器以直采直跳的形式实现其所对应间隔的快速保护功能；另一方面为站内跨间隔的保护提供本侧的综合信息，多个二次N合一设备以网采网跳的形式通过站内快速保护用通信网络构成跨间隔的保护，如变压器差动保护，母线差动保护等。

如图1所示，其为二次N合一设备的结构，N合一设备的一次设备包括但不限于变电站内的母线、线路、变压器等一次设备。本发明的重点N合一设备的二次部分，图示二次N合一设备包含信息采集模块、信息交互模块、通用计算单元模块和储存模块。当然，二次N合一设备包括但不限于上述模块。该二次N合一设备有多个通用计算单元，互为备用。二次N合一设备集合了通信模块，具有硬件自冗余和存储镜像设计。

通过信息采集模块，二次N合一设备能实时采集电网的运行数据，主要包括电流、电压信息及断路器状态信息。同时，对采集到的数据进行基于常规保护原理的保护模块预处理，然后按一定的格式组织数据，提供给二次N合一设备的通用计算单元。

通过信息交互模块，二次N合一设备通过通信网络将区域的故障信息进行共享，获取故障决策命令实现故障切除。二次N合一设备需具备高裕度的通信容量、极高的通信速率和强大的信息处理能力，以支持站内外海量信息的分级处理和实时吞吐，进而快速可靠地响应其他设备的请求和协作。

通过通用计算单元，二次N合一设备根据程序映射关系读取以太网内所需要的电气信息，故障识别功能。二次N合一设备基于通信网络获取保护区域内的故障信息，结合综合决策识别算法进行系统故障识别。当识别结果不确定时，启动新一轮的协商，并利用容错措施识别故障元件。

通过储存模块，存储两类保护定值信息：存储保护程序和保护定值信息，以及周围其他二次N合一设备对应的电气间隔的一次设备信息。

单个二次N合一设备管理多个电气间隔，同一电气间隔内的设备由多个二次N合一设备管理，多个二次N合一设备由站内通信网连接，二次N合一设备间实现高速通信。

有二次N合一设备描述可知，单个二次N合一设备一般包含若干个通用计算单元。二次N合一设备实现其全部的保护逻辑算法时，只需要用到部分通用计算单元，其余的通用计算单元可作为后备。

基于二次N合一设备，将变电站视为由若干个区域，单个设备集中管理若干间隔的设计减少了二次设备的总数。保护控制功能将直接在分布式装设的二次N合一设备中实现，在变电站形成基于二次N合一设备的保护系统。设备分布式装设提高了保护的可靠性，取消变电站主控室，减少了变电站占地面积。一般变电站都是母线分段运行，而单个二次N合一设备集中管理地理位置相近的两至四个间隔，多个二次N合一设备共同协作构成母线保护。

如图2所示，基于本发明的一种典型的变电站拓扑结构，二次N合一设备1分管变压器低压侧，二次N合一设备2分管高压侧出线L1和L2，二次N合一设备3分管出线L3和L4，设备1、2和3共同组成了母线1的保护；

同理，二次N合一设备11分管变压器低压侧，二次N合一设备5分管高压侧出线L5和L6，二次N合一设备6分管高压侧出线L7、L8和L9，设备11、5和6共同组成了母线2的保护；

二次N合一设备12分管变压器低压侧，二次N合一设备5分管高压侧出线L5和L6，二次N合一设备6分管高压侧出线L10和L11，设备12、7和9共同组成了母线3的保护；

二次N合一设备10、11、12又组成了母线0的保护；

其中，二次N合一设备1与二次N合一设备10共有一次设备b1，二次N合一设备4又分别与二次N合一设备1、11和8共有一次设备b6、b8、b14，二次N合一设备12与二次N合一设备8共有一次设备b16。

二次N合一设备周围的其他二次N合一设备可以是站内通信网中所有的二次N合一设备，但是优选与所述二次N合一设备共有一次设备的其他二次N合一设备，或路由在限定跳数内的二次N合一设备，可根据实际运行需要进行设定。

例如，二次N合一设备4周围其他二次N合一设备可以是在站内通信网中所有二次N合一设备，这里选择与二次N合一设备4共有一次设备的二次N合一设备1、8和11作为其周围的二次N合一设备，当然选择不限于此。

在二次N合一设备4的通用计算单元失效时，则根据所述周围其他二次N合一设备1、8和11对应的一次设备信息，选择与当前执行保护功能相关信息最多的周围二次N合一设备，如二次N合一设备11，覆写所述周围二次N合一设备11的通用计算单元，并且接收所述周围二次N合一设备11的通用计算单元生成的动作命令，从而通过设备的执行模块进行保护动作。

存储模块还存储有所述站内通信网络的路由信息，当所述周围二次N合一设备有两个以上时，优先选择路由最近的二次N合一设备。

如图3所示为各个二次N合一设备的通信网络，图示为VLAN组建虚拟工作组的方案。当然，具体组网方案包括但不限于VLAN组网方案。采用基于端口的VLAN划分模式，根据实际需求，同一个端口可以被划分在不同的VLAN中。根据构建的VLAN组网方式，构成相同分段母线保护的二次N合一设备可通过虚拟VLAN网络进行快速通信，实现与其他分段母线信息的隔离；不同分段母线的二次N合一设备可通过站内通信网实现信息传输。

如母线分段1中的二次N合一设备1、2、3、4可实现快速通信，母线分段2中的二次N合一设备4、5、6也可实现快速通信，母线分段3中的二次N合一设备5、6、7、8、9也可实现快速通信，而通过二次N合一设备4又可实现母线分段1和母线分段3的通信，并且在进行通讯时，经过的分段越多，设备路由越远。

在二次N合一设备4中的通用计算单元失效时，选择与当前执行保护功能相关信息最多的周围二次N合一设备，如果二次N合一设备1、8和11中都包含二次N合一设备4中保护功能相关的信息，优先选择包含相关信息较多的设备进行覆写，若包含的相关信息相同，则根据如图3所示的组网图，优先选择路由最近的二次N合一设备1进行覆写。

作为进一步改进，通用计算单元包括一个以上的通用计算模块，在一个通用计算模块失效时，优先选择通用计算单元中未失效的通用计算模块。

如通用计算单元包括n个通用计算模块，当通用计算模块1失效，而其他通用计算模块正常时，选择设备内的其余正常的通用计算模块进行功能覆写，实现设备内的功能保护。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的硬件结构、软件流程。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。