专利名称：数字化变电站过程层通信的监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监控系统，尤其涉及一种数字化变电站过程层通信的监控系 统。
背景技术：
近年来，计算机技术、信息处理技术和网络通信技术发展迅速，对变电站自动化系 统产生了巨大影响，众所周知，数字电力系统有助于实现电力系统的科学化管理和决策，有 助于对系统状态进行实时评估，改善系统的安全稳定性，制定和实施经济运行策略，有助于 电力系统实施紧急控制和反事故控制。因此，数字化变电站将是变电站自动化技术的发展 方向和必然趋势。随着数字化变电站实施技术的逐渐成熟和深入，数字化变电站的应用实施已经从 最初面向变电站层和间隔层发展到面向过程层，过程层的出现是数字化变电站区别于传统 变电站的重要特征，特别是测量回路和控制回路，尤其是电子式互感器和智能开关的应用 逐渐成熟，变电站二次系统的设计、安装、调试和运行维护都将产生深刻的变革，过程层是 否能准确可靠的工作以代替传统变电站的测量回路、控制回路等二次回路成为数字化变电 站的关键。如图1所示，在数字化变电站中，过程层的二次回路信号则是先通过A/D转换之 后，将所有数据统一打包，然后通过以太网传递给相关保护/测控装置进行处理。由于数 字式变电站的二次回路是通过基于以太网的数据传输实现的，相比于传统的变电站二次回 路，有以下几个不可靠因素同步性数字化变电站的二次回路采用异步数字传输，在目前自动化逻辑不变的基础上， 异步数字传输的信号如果失去同步性，将会对数字化变电站的可靠性带来很大的隐患，对 于采样数据，同步性主要表现在测量数据的实时性，以及采集频率的一致性上面。可靠性数字化变电站采用数字传输，二次回路断线的判断，将更加复杂和多样，也给各自 动化单元提出更高的要求，也给数字化变电站的可靠运行带来更大的隐患。抗干扰能力数字化变电站采用数字传输以后，信号的干扰的情况将更多，传输报文出错，丢帧 或者是其他报文在链路上的传输，此类情况的发生都将是数字化变电站运行的隐患。复杂度数字化变电站二次回路采用数字传输以后，特别是基于网络方式的数字传输，层 次结构虽然相对简单，物理接线虽然减少，但逻辑上却转化成了看不见的连接，一是本身出 现问题的可能性就相对较大，二是出现问题以后将难以定位故障。同时为了进一步简化网 络结构和施工难度，变电站层、间隔层以及过程层还有进一步部分合并甚至完全合并的趋 势，使得物理结构简化的同时，大大增加了逻辑结构的复杂性和可维护性。[0013]很明显，以上几个问题不解决，数字化变电站的可靠安全运行将很难保证。因此， 目前制约数字化变电站大规模发展的瓶颈就是数字化变电站过程层的可靠运行，也就是数 字化变电站过程层通信系统安全稳定的保证。对变电站二次回路进行实时监控，是一个全新的课题。在传统变电站当中，各路信 号都是通过单独的物理连线的方式直接传递，因此对这些信号稳定性和有效性的维护仅仅 通过目视并借助常规的检测工具(如万用表、示波器)即可完成，因此对二次回路的检查并 不存在任何突出问题，也不存在实时监控的必要。对于数字化变电站，由于网络传输的透明 性，如何长时间、有效完整地获取二次回路信号，无任何先例可循。尤其对于采样值报文，由 于采样值报文数据量大，且出现频率高，目前还没有监控系统和相关的监控方法对采样值 报文进行有效监控。鉴于上述在数字化变电站实施中所带来的和可能出现的问题，有必要在数字化变 电站中应用过程层的监控系统和方法以保证数字化变电站的顺利实施和安全运行。该监控 系统和方法通过对过程层的采样值报文进行全面监控，实时获取过程层的采样值报文并对 其进行记录，以离线进行更为详细的分析，从而对整个过程层的运行状况进行评估。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种数字化变电站过程层通信 的监控系统，实时捕捉和预分析过程层的采样值报文，极大地提高了数字化变电站过程层 的采样值报文传输的可控性和可维护性。为实现上述目的，本实用新型提供了一种数字化变电站过程层通信的监控系统， 所述过程层设有多个合并单元，其特征在于，每个所述合并单元设有一个信息监听接口， 所述监控系统包括至少一个信息获取及预分析装置，用于捕捉和预分析过程层的采样值报 文；和一个监视分析装置，用于离线综合分析所述采样值报文，每个所述信息获取及预分析 装置设有至少一个信息获取接口，每个所述合并单元通过其信息监听接口与所述信息获取 及预分析装置的一个信息获取接口相连，所述信息获取及预分析装置分别与所述监视分析 装置相连。进一步地，所述合并单元的数量与所述信息获取及预分析装置的数量相同，每个 所述合并单元的一个信息监听接口与每个所述信息获取及预分析装置的一个信息获取接 口对应连接。可选地，所述合并单元的数量大于所述信息获取及预分析装置的数量，多个所述 合并单元的每个信息监听接口与每个所述信息获取及预分析装置的多个信息获取接口根 据所述数字化变电站的组网模式进行连接。进一步地，所述信息获取及预分析装置包括信息获取模块，用于通过信息监听接 口捕捉采样值报文、产生时标、存储添加报文时标后的采样值报文以及传递添加报文时标 后的采样值报文；和CPU，用于预分析添加报文时标后的采样值报文。进一步地，所述信息获取模块包括一个缓存，用于临时存储捕捉的所述采样值报 文；一个缓冲区，用于临时存储添加报文时标后的采样值报文；和一个硬盘控制器，用于存 储对所述添加报文时标后的采样值报文的预分析结果。进一步地，所述采样值报文的所述预分析包括对所述采样值报文的延时、频率一致性、信号完整性、数据错误以及干扰报文的分析。本实用新型提供了一种数字化变电站过程层通信的监控系统，所述过程层设有多 个SMV交换机，每个所述SMV交换机与多个合并单元相连，其特征在于，每个所述SMV交换 机设有一个信息监听接口，所述监控系统包括至少一个信息获取及预分析装置，用于捕捉 和预分析过程层的采样值报文；和一个监视分析装置，用于离线综合分析所述采样值报文， 每个所述信息获取及预分析装置设有至少一个信息获取接口，每个所述SMV交换机通过其 信息监听接口与所述信息获取及预分析装置的一个信息获取接口相连，所述信息获取及预 分析装置分别与所述监视分析装置相连。进一步地，所述SMV交换机的数量与所述信息获取及预分析装置的数量相同，每 个所述SMV交换机的一个信息监听接口与每个所述信息获取及预分析装置的一个信息获 取接口对应连接。可选地，所述SMV交换机的数量大于所述信息获取及预分析装置的数量，多个所 述SMV交换机的每个信息监听接口与每个所述信息获取及预分析装置的多个信息获取接 口根据所述数字化变电站的组网模式进行连接。进一步地，所述信息获取及预分析装置包括信息获取模块，用于通过信息监听接 口捕捉采样值报文、产生时标、存储添加报文时标后的采样值报文以及传递添加报文时标 后的采样值报文；和CPU，用于预分析添加报文时标后的采样值报文。进一步地，所述信息获取模块包括一个缓存，用于临时存储捕捉的所述采样值报 文；一个缓冲区，用于临时存储添加报文时标后的采样值报文；和一个硬盘控制器，用于存 储对所述添加报文时标后的采样值报文的预分析结果。进一步地，所述采样值报文的所述预分析包括对所述采样值报文的延时、频率一 致性、信号完整性、数据错误以及干扰报文的分析。本实用新型的变电站过程层通信的监控系统和监控方法实现了高精度的报文捕 捉、快速预分析以及智能的离线综合分析。本实用新型的监控系统可实时对测量回路的采 样值报文进行监测，及时发现测量回路中的数据延时、数据丢失、数据错误、数据同步等过 程层的数据传输中存在的隐患。另外，本实用新型的监控系统能进行离线智能分析，更精确 地评估过程层传输的数据品质的优劣，并在发现上述隐患后准确定位故障点，大大提高了 数字化变电站运行的可控性和可维护性。以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说 明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
图1是数字化变电站过程层的测量回路通过以太网传传递的连接示意图；图2是本实用新型的点对点网络二次回路与信息获取及预分析装置连接的示意 图；图3是本实用新型的交换机网络二次回路与信息获取及预分析装置连接的示意 图；图4是本实用新型的第一具体实施例的点对点网络二次回路的监控系统的结构 示意6[0035]图5是本实用新型的第二具体实施例的交换机网络二次回路的监控系统的结构 示意图；图6是本实用新型的监控系统的信息获取及预分析装置的报文捕捉的流程示意 图；图7是本实用新型的监控系统的监视分析装置的报文分析的流程示意图。
具体实施方式
为实现对变电站过程层的数据通讯的全面监控，变电站过程层通信的监控系统和 监控方法在网络接入、各路信号的获取和分析需满足以下要求(1)过程层的监控系统接入过程层时，不能对原网络造成影响，也即该接入必须是 在不对二次回路的通讯网络设备做任何改动的前提下实现，并且在接入后，不能对网络运 行造成影响。同时，应保证从所有接入点能获取完整的二次回路的各路信号。因此，监控系统所包括的信息获取及预分析装置不能具备任何数据发送能力，也 即信息获取及预分析装置从软件和硬件上禁止数据发送能力。另外，二次回路的网络设备 上需设置独立的信息监听接口，供信息获取及预分析装置接入并获取采样值报文。该信息 监听接口所获取的采样值报文与其它采样接口的采样值报文完全相同。如图2所示，过程层包括若干合并单元(MU) -.W,, MU2……MUn_i，MUn。对于以点对 点网络实现通讯的二次回路，每个合并单元都应各自设有一个信息监听接口。而每个信息 获取及预分析装置可以设有一个信息获取接口，也可以设有多个信息获取接口。一个信息 获取接口只能连接一个信息监听接口。每个合并单元可以通过其信息监听接口连接一个信 息获取及预分析装置的一个信息获取接口(也即一个合并单元对应连接一个信息获取及 预分析装置)；或者若干合并单元也可以通过各自的信息监听接口共同连接一个信息获取 及预分析装置的多个信息获取接口(也即多个合并单元对应连接一个信息获取及预分析 装置)，具体的连接方式根据组网模式和现场环境决定。每个合并单元还包括若干采样接口 1、采样接口 2……采样接口 m，上述各采样接口与间隔层的保护/测控装置相连。如图3所示，对于通过交换机实现通讯的二次回路，每个二次回路包括一个SMV交 换机，每个SMV交换机包括若干合并单元僅仏，MU2……MUn_” MUn。每个SMV交换机设有一 个信息监听接口。而每个信息获取及预分析装置可以设有一个信息获取接口，也可以设有 多个信息获取接口。一个信息获取接口只能连接一个信息监听接口。每个SMV交换机可以 通过其信息监听接口连接一个信息获取及预分析装置的一个信息获取接口(也即一个SMV 交换机对应连接一个信息获取及预分析装置)；或者若干SMV交换机也可以通过各自的信 息监听接口共同连接一个信息获取及预分析装置的多个信息获取接口(也即多个SMV交换 机对应连接一个信息获取及预分析装置)，具体的连接方式根据组网模式和现场环境决定。 每个SMV交换机还包括若干网络接口 1、网络接口 2……网络接口 m，上述各网络接口与间隔 层的保护/测控装置相连。(2)监控系统所包括的信息获取及预分析装置需对测量回路的采样值报文进行预 分析，以对整个回路的运行状态进行整体把握。该采样值报文的预分析包括延时、频率一致 性、信号完整性、数据错误以及干扰报文。延时，即检查采样信息从同步单元发送到自动化单元接收到该采样信息的延时时
7间，该延时时间直接影响信息的可用性，对于变电站运行故障的判断至关重要。频率一致性，即检查同步单元发送的采样数据的采样频率是否一致，采样频率的 不可靠对于自动化单元的逻辑判断是否正确，是很大的错误隐患。信号完整性，即检查测量回路的数据传输是否出现丢帧的现象，如果有，则定位丢 帧的原因。数据错误，即检查传输的帧格式是否正确，包括长度，数据内容，数据品质等。干扰报文，即检查在整个传输通道上是否有其他不应该在该传输通道上出现的干 扰数据。以下通过图4 图7对本实用新型的过程层的监控系统和监控方法进行详细说 明。对于以点对点网络实现通讯的二次回路，如图4所示，本实用新型的过程层通信 的监控系统包括一个监视分析装置和至少一个信息获取及预分析装置。在本具体实施例 中，一个信息获取及预分析装置设有一个信息获取接口，一个合并单元通过其信息监听接 口与一个信息获取及预分析装置的一个信息获取接口连接。在另一具体实施例中，一个信 息获取及预分析装置设有多个信息获取接口，若干合并单元可通过各自的信息监听接口同 时与一个信息获取及预分析装置的多个信息获取接口连接。若干信息获取及预分析装置1、信息获取及预分析装置2……信息获取及预分析装 置n与监视分析装置相连。通过信息获取及预分析装置，捕获二次回路的报文，对该报文进 行预分析，并将预分析结果进行存储和发送至监视分析装置；通过监视分析装置对若干信 息获取及预分析装置的预分析结果进行综合分析。对于通过交换机实现通讯的二次回路，如图5所示，本实用新型的过程层通信的 监控系统包括一个监视分析装置和至少一个信息获取及预分析装置。一个SMV交换机与若 干合并单元相连。在本具体实施例中，一个信息获取及预分析装置设有一个信息获取接口， 一个SMV交换机通过其信息监听接口与一个信息获取及预分析装置的一个信息获取接口 连接。在另一具体实施例中，一个信息获取及预分析装置设有多个信息获取接口，若干SMV 交换机通过各自的信息监听接口共同连接一个信息获取及预分析装置的多个信息获取接若干信息获取及预分析装置1、信息获取及预分析装置2……信息获取及预分析装 置n与监视分析装置相连。通过信息获取及预分析装置，捕获二次回路的报文，对该报文进 行预分析，并将预分析结果进行存储和发送至监视分析装置；通过监视分析装置对若干信 息获取及预分析装置的预分析结果进行综合分析。信息获取及预分析装置包括信息获取模块，用于通过信息监听接口捕捉采样值报 文；和CPU，用于预分析所捕捉的采样值报文。监视分析装置可以脱离二次回路网络，对信息获取及预分析装置所捕捉和预分析 的结果进行离线综合分析。监视分析装置具有丰富的专家数据库和大容量缓存，可对采样 值报文进行大范围前后文分析，从横向对所有相关装置进行关联，从纵向可对前后指定时 间的报文进行综合分析，以准确定位故障点。本实用新型还提供一种过程层通信的监控方法，包括以下步骤步骤1)、通过信息获取及预分析装置捕捉和预分析报文；[0058]步骤2)、通过监视分析装置分析报文。信息获取及预分析装置的报文捕捉由信息获取模块实现，如图6所示，包括以下 步骤步骤A)、信息获取模块接收采样值报文；信息获取模块通过合并单元或SMV交换机的信息监听接口捕获过程层的二次回 路信号；步骤B)、将采样值报文存入缓存；由于采样值报文的数据量大，出现频率很高，因此，缓存的容量应足够大。步骤C)、为缓存输出的采样值报文添加报文时标；步骤D)、将添加报文时标后的采样值报文存入缓冲区。上述步骤C)包括以下步骤步骤C1)、获取接收采样值报文的时间点的时钟计数值；通过信息获取模块的内部计数器的计数值，确定捕捉采样值报文的时刻，并定期 将计数值与卫星时钟同步信号进行比较，以保证计数的准确性。步骤C2)、对时钟计数值进行时间格式化处理及组包。将计数值进行时间处理，转换为年、月、日、小时、分、秒、毫秒、微秒、纳秒的时间格
式。然后，将转换后的时间值与采样值报文进行组包。优选地，信息获取及预分析装置的高精度的报文捕捉可基于纳秒级进行相对时间 的计数，以保证被捕捉报文的可靠性。信息获取及预分析装置的报文预分析由CPU完成，如图7所示，包括以下步骤步骤A)、将缓冲区的数据报文传送至CPU ；步骤B)、对报文的特征进行预先配置，形成各种特征参数；解析报文的类型，根据报文类型读取报文结构、数据集结构等特征参数；步骤C)、根据特征参数预分析报文；对报文的各个域进行直接定位预分析。步骤D)、将预分析结果存入硬盘控制器。由于过程层的数据量很大，对报文预分析的速度要求较高。优选地，为实现快速预 分析，报文捕捉和报文预分析可以并行处理。信息获取模块与CPU通过高速总线连接，该总 线仅用于信息获取模块向CPU传递所捕捉的报文。信息获取模块用于报文捕捉、时标产生、 报文存储以及向CPU传递所捕捉的报文；CPU用于报文预分析。综上可知，本实用新型的变电站过程层通信的监控系统和监控方法实现了高精度 的报文捕捉、快速预分析以及智能的离线综合分析。本实用新型的监控系统可实时对测量 回路的采样值报文进行监测，及时发现测量回路中的数据延时、数据丢失、数据错误、数据 同步等过程层的数据传输中存在的隐患。本实用新型的监控系统能进行离线智能分析，更 精确地评估过程层传输的数据品质的优劣，并在发现上述隐患后准确定位故障点，大大提 高了数字化变电站运行的安全可靠性。以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无 需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中 技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。
权利要求一种数字化变电站过程层通信的监控系统，所述过程层设有多个合并单元，其特征在于，每个所述合并单元设有一个信息监听接口，所述监控系统包括至少一个信息获取及预分析装置，用于捕捉和预分析过程层的采样值报文；和一个监视分析装置，用于离线综合分析所述采样值报文，每个所述信息获取及预分析装置设有至少一个信息获取接口，每个所述合并单元通过其信息监听接口与所述信息获取及预分析装置的一个信息获取接口相连，所述信息获取及预分析装置分别与所述监视分析装置相连。
2.根据权利要求1所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于所述合 并单元的数量与所述信息获取及预分析装置的数量相同，每个所述合并单元的一个信息监 听接口与每个所述信息获取及预分析装置的一个信息获取接口对应连接。
3.根据权利要求1所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于所述合 并单元的数量大于所述信息获取及预分析装置的数量，多个所述合并单元的每个信息监听 接口与每个所述信息获取及预分析装置的多个信息获取接口根据所述数字化变电站的组 网模式进行连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于 所述信息获取及预分析装置包括信息获取模块和CPU。
5.根据权利要求4所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于所述信 息获取模块包括一个缓存、一个缓冲区和一个硬盘控制器。
6.一种数字化变电站过程层通信的监控系统，所述过程层设有多个SMV交换机，每个 所述SMV交换机与多个合并单元相连，其特征在于，每个所述SMV交换机设有一个信息监听 接口，所述监控系统包括至少一个信息获取及预分析装置，用于捕捉和预分析过程层的采样 值报文；和一个监视分析装置，用于离线综合分析所述采样值报文，每个所述信息获取及预分析装置设有至少一个信息获取接口，每个所述SMV交换机通过其信息监听接口与所述信息获取及预分析装置的一个信息 获取接口相连，所述信息获取及预分析装置分别与所述监视分析装置相连。
7.根据权利要求6所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于所述SMV 交换机的数量与所述信息获取及预分析装置的数量相同，每个所述SMV交换机的一个信息 监听接口与每个所述信息获取及预分析装置的一个信息获取接口对应连接。
8.根据权利要求6所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于所述SMV 交换机的数量大于所述信息获取及预分析装置的数量，多个所述SMV交换机的每个信息监 听接口与每个所述信息获取及预分析装置的多个信息获取接口根据所述数字化变电站的 组网模式进行连接。
9.根据权利要求6、7或8所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于 所述信息获取及预分析装置包括信息获取模块和CPU。
10.根据权利要求9所述的数字化变电站过程层通信的监控系统，其特征在于所述信 息获取模块包括一个缓存、一个缓冲区和一个硬盘控制器。
专利摘要本实用新型公开了一种数字化变电站过程层通信的监控系统，所述过程层设有多个合并单元及若干可选的交换机。对于未配置交换机的过程层，每个所述合并单元设有至少一个信息监听接口；对于配置交换机的过程层，所述交换机应设有至少一个信息监听接口。所述监控系统包括至少一个信息获取及预分析装置，用于捕捉和预分析过程层的采样值报文；和一个监视分析装置，用于离线综合分析所述采样值报文，每个所述合并单元或交换机通过其信息监听接口与所述信息获取及预分析装置相连，所述信息获取及预分析装置分别与所述监视分析装置相连。本实用新型的监控系统实时捕捉和预分析过程层的采样值报文，极大地提高了数字化变电站过程层的采样值报文传输的可控性和可维护性。
文档编号H02J13/00GK201608558SQ20092026827
公开日2010年10月13日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者张结, 陈文升 申请人:上海电力设计院有限公司;深圳市国电南思系统控制有限公司