一种基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统及方法。远程遥控系统包括报文嗅探模块、报文发送控制模块、报文记录存储模块和对时模块。该系统与过程层GOOSE交换机连接，通过实时嗅探发现网络上测控装置和智能终端之间的交互报文，模拟测控装置发送遥控分合闸命令。该系统可根据实际需求调整分合闸报文之间的发送间隔，实现对断路器的远程精确控制操作，解决了智能变电站启动调试过程中断路器投切的难题。
【专利说明】一种基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统
及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统及方法，适用于智能变电站启动调试过程中对断路器的远程分闸、合闸以及分合分操作，属于智能变电站【技术领域】。
【背景技术】
[0002]变电站中断路器动作性能关系到电网正常运行方式调整操作，以及故障快速隔离的可靠性，对其在额定运行电压下试验是启动调试中的重要项目。试验项目主要包括单分单合，以及对空载线路的分合分操作，用于考核其正常投切负荷、线路重合于故障后快速切除故障、以及线路过电压水平下的绝缘性能等。
[0003]随着智能变电站的建设推广，智能终端作为断路器操作命令的执行装置，被布置于就地一次设备开关场，其距离保护小室的距离往往有几十米至数百米之远。由于智能终端和测控装置之间采用GOOSE报文的通信方式，传输介质为光纤，因此常规变电站中采用程控箱在保护小室内进行断路器投切的方法不再适用。近年来，智能变电站内的断路器投切试验设备和方法成为困扰现场的一个重要难题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统及方法，系统利用交换机的备用端口，不改变变电站现有网络结构，不影响交换机上其他IED设备的运行，另外，系统模拟了测控装置的下一个真实状态，因此不会造成智能终端及其他装置的异常响应。
[0005]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
[0006]本发明的基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统，与过程层GOOSE交换机相连接，基于实时嗅探的方法获取网络上测控装置的断路器遥控数据集GOOSE报文；该系统与过程层GOOSE交换机连接，通过实时嗅探发现网络上测控装置和智能终端之间的交互报文，模拟测控装置发送遥控分合闸命令。该系统可根据实际需求调整分合闸报文之间的发送间隔，实现对断路器的远程精确控制操作，解决了智能变电站启动调试过程中断路器投切的难题。智能变电站断路器远程遥控系统包括报文嗅探模块、报文发送控制模块、报文记录存储模块和同步对时模块；报文嗅探模块用于解析过程层GOOSE交换机上的GOOSE网络报文，并将对应的数据集按报文MAC地址顺序排列，用户从解析列表中选择对应测控装置的断路器遥控数据集，添加至所述报文发送控制模块；报文发送控制模块，根据用户选定的断路器遥控数据集进行报文发送，以及报文发送参数的填写，包括帧结构、发送次数、时间间隔、返回时间，并通过嗅探获取网络上最新的报文状态参数StNum和sqNum以自动修正；报文记录存储模块，用于记录自测试起始至结束时间内网络上所有的报文，按开关量变位顺序进行展示；同步对时模块用于接收外部对时信号，并采用FPGA控制所接收和发送的报文打上精确时标。
[0007]本发明的智能变电站断路器远程遥控系统的实现方法，包括以下几个步骤:
[0008](I)报文嗅探模块获取并解析过程层GOOSE交换机上的所有报文，用户从解析列表中选择待测断路器对应测控装置的遥控操作报文，添加至所述报文发送控制模块中，在所述报文发送控制模块中设定好待发送遥控操作报文的发送参数，发送参数包括单帧或双帧形式以及变位返回时间；
[0009](2)当实现断路器分闸或合闸控制时，用户将遥控操作报文中的分闸或合闸数据位写为true，转向步骤(3);当实现断路器分合分控制时，首先，用户将遥控操作报文中的分闸数据置为true，设置等待时间tl ;然后，将遥控操作报文中的合闸数据置为true，设置等待时间t2 ;最后，将遥控操作报文中的分闸数据置为true，设置等待时间t3 ;其中tl?t3时间可根据断路器试验标准的要求进行自主整定；转向步骤(3)；
[0010](3)所述报文嗅探模块解析网络上测控装置遥控操作报文中状态参数StNum和sqNum,并将最新值赋给报文发送控制模块中下一个待发送报文的帧结构中；
[0011]测试开始后，远程控制系统通过嗅探计算当前测控装置的心跳报文空闲时间Ttl,所述报文发送控制模块将在收到自测试起始，测控装置断路器遥控数据集的报文后，于Ttl时间内发送遥控断路器遥控模拟报文，所述智能终端接收到该报文后，执行断路器遥控分闸或合闸，触发完成后自动返回；
[0012]其中，Ttl = W1, tN为测控装置发出第N帧遥控操作报文的时刻，V1为测控装置发出第N-1帧遥控操作报文的时刻。
[0013]本发明的智能变电站断路器远程遥控系统与交换机连接，实时监测网络上待测断路器所对应的测控装置和智能终端之间的交互报文，跟踪修正报文发送参数，将其中的控制数据项置ture，并在测控装置心跳报文Ttl的空闲时间内发送遥控操作报文，智能终端接收到该报文后即执行断路器分合闸命令，实现断路器遥控操作；本发明可模拟测控装置实现对断路器的遥控操作，由于本发明的断路器远程遥控系统模拟了测控装置的下一个真实状态，因此不会造成智能终端及其他装置的异常响应。另外，本发明的智能变电站断路器远程遥控系统利用交换机的备用端口，不改变变电站现有网络结构，不影响交换机上其他IED设备的运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的断路器远程控制系统结构图；
[0015]图2为本发明的系统与过程层GOOSE交换机、测控装置、智能终端、断路器连接示意图；
[0016]图3为本发明的一个实施例GOOSE报文发送时间序列；
[0017]图4为本发明的一个实施例工作流程图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0019]参见图1，该系统与外部有三部分接口:第一是人机交互，即用户通过此设定报文发送的帧格式及相关参数；第二是报文收发接口，采用四组百兆以太网光纤接口，相应的数据由内部DSP处理计算，报文发送控制模块、嗅探模块和对时模块均与DSP处理环节联系，报文嗅探模块与存储模块关联；第三是对时接口，其接收外部的时钟源信号，实现对报文收发的精确打时标。
[0020]参见图2，本实施例中，测控装置与智能终端之间的报文交互通过GOOSE网络交换机进行，因此在交换机上可获取到测控装置发送的完整报文，将其中的控制数据项置true，并在Ttl间隔时间内发出，即可模拟测控装置实现对断路器的遥控操作，由于本发明的系统模拟了测控装置的下一个真实状态，因此不会造成智能终端及其他装置的异常响应。
[0021]GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event)面向通用对象的变电站事件，用于传输智能变电站保护测控的动作信号。
[0022]本发明的系统包括GOOSE报文嗅探模块、GOOSE报文发送控制模块、报文记录存储模块、对时模块和电源模块。
[0023]本发明的系统接在智能变电站对应间隔的GOOSE交换机上，通过GOOSE报文嗅探模块获取网络上所有GOOSE报文并完成解析。用户从扫描列表中选择待测断路器对应测控装置的遥控操作报文，自动添加至GOOSE报文发送控制模块。同时GOOSE报文嗅探模块自动将网络上该报文最新的状态参数StNum和sqNum赋给报文发送控制模块，由报文发送控制模块对待发送报文的状态进行更新。
[0024]GOOSE报文发送控制模块用于设置待发送报文发送参数，包括该报文各通道数值、报文发送方式及持续时间，同时根据GOOSE报文嗅探模块的状态参数StNum和sqNum自动调整下一状态的参数。
[0025]GOOSE报文存储模块用于记录并存储测试起始至结束时间内网络上所有的GOOSE报文，用于后续分析。
[0026]对时模块实现装置的对时功能，并保证其他各模块维持同步状态，确保报文解析和发送控制的精确性，对时模块支持IRIG-B码和IEEE1588格式报文。
[0027]参见图3和图4，本发明的智能变电站断路器远程遥控系统的实现方法如下:
[0028](I)将远程遥控系统接在智能变电站对应间隔的GOOSE交换机上，通过GOOSE报文嗅探模块获取网络上所有GOOSE报文并完成解析。用户从解析列表中选择待测断路器对应的测控装置遥控操作报文添加至GOOSE报文发送控制模块，在GOOSE报文发送控制模块中设定好待发送报文对应通道的值，选择报文发送方式和持续时间。
[0029](2)智能终端接收到该报文后，即执行断路器分闸、合闸或分合分命令，实现断路器遥控操作。
[0030]设置完毕后进入“测试准备”环节，此时报文嗅探模块自动将网络上该报文最新的状态参数StNum和sqNum赋给报文发送控制模块，报文发送控制模块根据下一状态自动对其更新。
[0031]“测试开始”后，通过计算对应的测控装置心跳报文的空闲时间Ttl，在空闲时间完成遥控报文发送。Ttl = tN-tN_i，其中、和tN_i为断路器远程控制装置接收到的第N和N-1帧由测控装置发出的控制报文的时刻。整个断路器控制的实现过程如下所示:
[0032]I)断路器分闸控制
[0033]用户选择断路器远方遥控装置中对应的GOOSE报文，将“遥控分闸”数据置为true。用户选择“测试准备”，报文嗅探模块解析网络上该报文最新的StNum和sqNum，报文发送控制模块自动更新待发送GOOSE报文的状态参数，即StNum(N) = stNum(N-1)+1,sqNum(N) = O。用户点击“测试开始”，报文发送控制模块将在收到下一帧测控装置的GOOSE报文后，于Ttl时间内发送控制报文，实现断路器遥控分闸，触发完成后自动返回。
[0034]2)断路器合闸控制
[0035]用户选择断路器远方遥控装置中对应的GOOSE报文，将“遥控合闸”数据置为true。用户选择“测试准备”，报文嗅探模块解析网络上该报文最新的StNum和sqNum，报文发送控制模块自动更新待发送GOOSE报文的状态参数，即StNum(N) = stNum(N-1)+1,sqNum(N) = O。用户点击“测试开始”，报文发送控制模块将在收到下一帧测控装置的GOOSE报文后，于Ttl时间内发送控制报文，实现断路器遥控合闸，触发完成后自动返回。
[0036]3)断路器分合分控制
[0037]远方遥控装置解析测控装置发送的遥控数据集对应的GOOSE报文，分析其包序号stNum和sqNum，并在At时间内自动将序号加入到远方遥控装置的待发报文中，即stNum (N) = stNum (N-1)+1, sqNum (N) =0。用户针对测控装置的报文设置3个状态序列，实现断路器分合分操作。①将该报文中“遥控分闸”数据置ture，触发后返回，等待时间tl ；②将该报文中“遥控合闸”数据置ture，触发后返回，等待时间t2 将该报文中“遥控分闸”数据置ture，触发后返回，等待时间t3。其中tl?t3可根据现场实际情况进行调整。每个状态结束后，嗅探模块均会将测控装置遥控报文的stNum和sqNum更新到报文发送模块进行重新计算。
[0038]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种基于嗅探空闲状态的智能变电站断路器远程遥控系统，其特征在于，与过程层GOOSE交换机相连接，基于实时嗅探的方法获取网络上测控装置的断路器遥控数据集GOOSE报文； 所述智能变电站断路器远程遥控系统包括报文嗅探模块、报文发送控制模块、报文记录存储模块和同步对时模块； 所述报文嗅探模块用于解析过程层GOOSE交换机上的GOOSE网络报文，并将对应的数据集按报文MAC地址顺序排列，用户从解析列表中选择对应测控装置的断路器遥控数据集，添加至所述报文发送控制模块； 所述报文发送控制模块，根据用户选定的断路器遥控数据集进行报文发送，以及报文发送参数的填写，包括帧结构、发送次数、时间间隔、返回时间，并通过嗅探获取网络上最新的报文状态参数StNum和sqNum以自动修正； 所述报文记录存储模块，用于记录自测试起始至结束时间内网络上所有的报文，按开关量变位顺序进行展示； 所述同步对时模块用于接收外部对时信号，并采用FPGA控制所接收和发送的报文打上精确时标。
2.根据权利要求1所述智能变电站断路器远程遥控系统的实现方法，其特征在于，包括以下几个步骤: (1)所述报文嗅探模块获取并解析过程层GOOSE交换机上的所有报文，用户从解析列表中选择待测断路器对应测控装置的遥控操作报文，添加至所述报文发送控制模块中，在所述报文发送控制模块中设定好待发送遥控操作报文的发送参数，发送参数包括单帧或双帧形式以及变位返回时间； (2)当实现断路器分闸或合闸控制时，用户将遥控操作报文中的分闸或合闸数据位写为true,转向步骤(3)； 当实现断路器分合分控制时，首先，用户将遥控操作报文中的分闸数据置为true，设置等待时间tl ;然后，将遥控操作报文中的合闸数据置为true，设置等待时间t2 ;最后，将遥控操作报文中的分闸数据置为true，设置等待时间t3 ;其中tl?t3时间可根据断路器试验标准的要求进行自主整定；转向步骤⑶； (3)所述报文嗅探模块解析网络上测控装置遥控操作报文中状态参数StNum和sqNum，并将最新值赋给报文发送控制模块中下一个待发送报文的帧结构中； 测试开始后，远程控制系统通过嗅探计算当前测控装置的心跳报文空闲时间Ttl，所述报文发送控制模块将在收到自测试起始，测控装置断路器遥控数据集的报文后，于Ttl时间内发送遥控断路器遥控模拟报文，所述智能终端接收到该报文后，执行断路器遥控分闸或合闸，触发完成后自动返回； 其中，Ttl = W1, tN为测控装置发出第N帧遥控操作报文的时刻，tN_i为测控装置发出第N-1帧遥控操作报文的时刻。
【文档编号】H04L29/08GK103997123SQ201410190740
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】宋亮亮, 袁宇波, 高磊, 王铭民, 卜强生, 李鹏, 刘玙 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院