智能变电站综合监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及智能变电站状态监测系统的【技术领域】，具体是一种智能变电站综合监测单元。是由智能变电站综合监测单元的一端通过基于MODBUS协议的I0接口与监测装置相连，进行通信，并采集状态监测数据；智能变电站综合监测单元的另一端通过基于IEC61850的变电I1接口与站控层设备站端监测单元相连接，并完成状态监测数据的上传。本发明可以杜绝长期以来状态监测系统的数据模型、通信方式、通信协议过于私有化，共享和统一处理困难的问题，为后续智能变电站在线监测系统建设提供规范化的解决方案和实施方案，为一次设备状态可视化及电力设备的状态检修提供强大的支持。对于避免电力设备事故发生、保证设备安全可靠、正常运行有着重要的意义。
【专利说明】智能变电站综合监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能变电站状态监测系统的【技术领域】，具体是一种智能变电站综合监测单元。
【背景技术】
[0002]在智能电网建设方面，国家电网公司提出了立足自主创新，以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，建设具有信息化、自动化、互动化特征的统一坚强智能电网的发展目标。依据国家电网公司的《智能变电站技术导则》、《智能变电站设计规范》的要求，必须实现一次设备的状态可视化。这就要求在智能变电站中安装在线监测系统，通过在线监测系统获取一次设备的各种状态信息，通过在线监测平台的处理和分析确定设备的当前状态，实现一次设备状态的可视化。目前，智能化变电站还处在试点阶段，真正投运的智能化变电站数量很少，并且在这些投运的智能变电站中基本没有在线监测系统或者仍然采用传统形式的在线监测系统，无法达到智能变电站的要求。因此，有必要研究适合于智能变电站要求的状态监测智能综合监测单元。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种智能变电站综合监测系统。目的是为了建立面向准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统框架的智能变电站综合监测单元。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
智能变电站综合监测系统是由智能变电站综合监测单元的一端通过基于MODBUS协议的IO接口与监测装置相连，进行通信，并采集状态监测数据；智能变电站综合监测单元的另一端通过基于IEC 61850的变电Il接口与站控层设备站端监测单元相连接，并完成状态监测数据的上传。
[0005]所述的智能变电站综合监测单元采用Atom D5251.8GHzCPU，搭配CH8M南桥芯片，最大5⑶DR3内存，主板通过欧式接插件接口和PCI104接口，可以通过4路百兆光口、8路隔离串口 ；智能变电站综合监测单元支持-40?70摄氏度工作范围和5?95%湿度工作范围。
[0006]所述的IO接口基于RS485或TCP/IP的MODBUS协议；
所述的Il接口采用IEC61850通信协议；
所述的智能变电站综合监测单元具有数据接入与转发功能、数据模型配置功能、数据过滤和初级分析功能、管理功能、自检和维护功能以及IEC 61850服务。
[0007]所述的智能变电站综合监测单元通过IO接口与监测装置通信，完成数据的采集；综合监测单元将采集后的数据通过Ii接口传输给站控层设备。
[0008]所述的智能变电站综合监测单元具有:
(O数据接入与转发功能: 标准化数据通讯代理:接入不同厂商、不同通信接口的在线监测装置，统一转换为DL/T 860与站端监测单元通信；
数据接入:汇聚被监测设备所有相关监测装置发送的数据，结合计算模型生成站端监测单元可以直接利用满足Il接口标准要求的标准化数据即格式化数据；
缓存和转发:作为在线监测装置和站端监测单元的数据交互和控制节点，实现现场缓存和转发功能；能存储至少最近30天的数据，保证数据掉电不丢失；转发功能包括上传综合监测单元的标准化数据即格式化数据，包括在线监测装置的监测数据以及状态量越限报警信息，下传站端监测单元发出的控制命令，如数据召唤、对时、强制重启等；
(2)数据模型配置模块:
综合监测单元具有数据模型配置功能，能够配置模块能够描述与综合监测单元通信的在线监测装置的基本通信配置，以及采集数据参量的详细描述；配置文件的格式采用xml文件格式，该部分主要是通过配置文件的读取，确定数据模型；
(3)数据过滤和初级分析模块:
数据过滤主要是按照预先设定的准则对数据进行判断，如果所采集的数据不合理则要抛弃并且有可能需要马上重新启动一次新的采样，以保证此时间点采样的连续性；
(4)定时任务功能:
定时任务功能完成对设备的定时任务处理:定时任务指间隔为固定周期的需要执行的功能；任务调度指依据一定的准则选择任务队列中的一个任务并执行该任务；每个任务项只需符合定时任务调度服务系统规定的接口规范便可方便的加载到定时任务调度服务中；定时任务调度服务系统提供了灵活的调度机制、统一的日志记录机制及任务执行情况跟踪机制，所以不同的任务组件项只需完成各自独立的业务需求既可，无须关心任务调度机制；定时任务调度服务系统可应用于管理和调度在指定时间定期或一次性执行的系统功能需求；通过运用定时任务调度服务系统可以对后台任务执行周期进行管理、对后台任务的执行进行任务调度以及对后台任务的执行过程进行监控；
(5)管理功能；
(6)自检和维护功能；
(7)IEC61850标准服务:综合监测单元涉及到的IEC 61850服务包括:报告服务、文件服务、日志服务等。
[0009]所述的管理功能包括:
(1)注册在线监测装置:符合综合监测单元接入标准的在线监测装置在与综合监测单元正确连接并经过配置后，综合监测单元应能够将发现的在线监测装置的标识信息发送给站端监测单元，由站端监测单元决定是否对该在线监测装置进行注册；
(2)读取在线监测装置配置信息:综合监测单元应能命令在线监测装置上传配置信息。在线监测装置可被读取的配置信息包括采集方式、时间、网络适配器信息、采样参数、模型参数、报警阈值、基本信息(铭牌)等，应该可维护在线监测装置配置信息，上层直接从综合监测单元读取在线监测装置的配置信息，详细配置应遵从IO接口要求；
(3)配置在线监测装置:综合监测单元应能转发上层单元对在线监测装置的控制命令，例如在线监测装置的采集方式，设置在线监测装置的配置信息，如采样参数、模型参数、报警阈值等； (4)对时在线监测装置:综合监测单元应能对接入的在线监测装置进行对时，使在线监测装置更改自身时间与站端监测单元的时间保持一致。
[0010]所述的自检和维护功能包括；
(1)对时:综合监测单元与站端监测单元采用SNTP网络对时方式，当对时失效时，综合监测单元自身的时钟守时能力应不低于ls/24h ；
(2)自检功能:监测自身和所辖在线监测装置的工作状态(包括通信接口)，将通信中断、数据越限等告警信息上报站端监测单元。(通信链路和装置的工作状态)综合监测单元应具备通信告警功能，在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，上送告警信息；
(3)综合监测单元应具备自检功能，发生异常时应能通过指示灯就地指示，并适时上
传；
(4)维护功能:具有远程维护和诊断功能，站端监测单元可以通过远程维护工具维护综合监测单元，实现远程配置更新、复位、调试、升级等工作。
[0011]本发明具有以下优点:
1、采用面向对象的建模技术，IEC 61850规定，在数据源对数据进行描述，传输到接受方的数据都带有自我说明。可以不受预先定义的限制进行信息的传输，使得现场验收的验证工作变得简化，数据库的维护工作量也大为减少，同时也能够适应技术不断发展的要求。
[0012]2、智能变电站综合监测系统采用双核芯中央处理单元为设计中心，以高实时、并发处理设备FPGA为辅助，可以提供高速的系统处理速度与高效的数据运算能力，拥有大容量的动态存储单元，配有高容量非易失性存储设备，并且提供外接扩容存储设备接口，能够充分满足本系统对硬件设备长期、稳定、高效运行的要求。
[0013]3、方便有效的远程维护和诊断，可通过远程登录实现系统异地维护、升级、故障诊断和排除等工作。
[0014]本发明是在智能变电站状态监测系统设计思想下，提出了智能变电站综合监测单元，其可以杜绝长期以来状态监测系统的数据模型、通信方式、通信协议过于私有化，共享和统一处理困难的问题，从而为后续的智能变电站在线监测系统建设提供一整套规范化的解决方案和实施方案，确保切实地发挥在线监测应有的作用，为一次设备状态可视化及电力设备的状态检修提供强大的支持。
[0015]本发明具有完善的数据接入与转发功能、数据模型配置功能、数据过滤和初级分析功能、管理功能、自检和维护功能。通过监测装置获取一次设备的各种状态信息，通过在线监测平台的处理和分析确定设备的当前状态，对于避免电力设备事故发生、保证设备安全可靠、正常运行有着重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0017]图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明中综合监测单元读监测装置数据示意图；
图3为本发明中综合监测单元读监测装置配置信息示意图；
图4为本发明中综合监测单元写监测装置配置信息示意图；
图5为本发明中综合监测单元和监测装置之间对时交互示意图。【具体实施方式】
[0018]实施例1:
如图1所示，本发明涉及一种智能变电站综合监测系统，在智能变电站中位于间隔层，具体连接方式如下:
智能变电站综合监测单元的一端通过基于MODBUS协议的IO接口与监测装置相连接并进行通信，采集状态监测数据；
智能变电站综合监测单元的另一端通过基于IEC 61850的变电Il接口与站控层设备(站端监测单元)相连接，并完成状态监测数据的上传；
所述的智能变电站综合监测单元具有数据接入与转发功能、数据模型配置功能、数据过滤和初级分析功能、管理功能、自检和维护功能以及IEC 61850服务。
[0019]所述的智能变电站综合监测单元采用Atom D5251.8GHzCPU，搭配CH8M南桥芯片，最大5⑶DR3内存，主板通过欧式接插件接口和PCI104接口，可以通过4路百兆光口、8路隔离串口 ；智能变电站综合监测单元支持-40?70摄氏度工作范围和5?95%湿度工作范围。
[0020]智能变电站状态监测系统中，综合监测单元通过IO接口与监测装置通信，完成数据的采集。所述的IO接口基于RS485或TCP/IP的MODBUS协议。综合监测单元将采集后的数据通过Il接口传输给站控层设备。其系统结构如图1所示。
[0021]Il接口规定了智能变电站综合监测单元建模、通信协议栈、通信模型、功能与抽象通信服务接口(ACSI)、配置、测试等方面的内容。所述的Il接口采用IEC61850通信协议，涉及到的IEC61850服务包括:报告服务、文件服务、日志服务等。
[0022](一)智能变电站综合监测单元通过基于MODBUS协议的IO接口与监测装置通信，并采集状态监测数据；智能变电站综合监测单元通过基于IEC 61850的变电Il接口与站控层设备(站端监测单元)完成状态监测数据的上传；智能变电站综合监测单元功能设计如下:
1、数据接入与转发功能:
(I)标准化数据通讯代理:接入不同厂商、不同通信接口的在线监测装置，统一转换为DL/T 860与站端监测单元通信。
[0023](2)数据接入:汇聚被监测设备所有相关监测装置发送的数据，结合计算模型生成站端监测单元可以直接利用满足Ii接口标准要求的标准化数据(格式化数据)。
[0024](3)缓存和转发:作为在线监测装置和站端监测单元的数据交互和控制节点，实现现场缓存和转发功能。能存储至少最近30天的数据，保证数据掉电不丢失；转发功能包括上传综合监测单元的标准化数据(格式化数据)，包括在线监测装置的监测数据以及状态量越限报警信息，下传站端监测单元发出的控制命令，如数据召唤、对时、强制重启等。
[0025]2、数据模型配置模块:
综合监测单元具有数据模型配置功能，能够配置模块能够描述与综合监测单元通信的在线监测装置的基本通信配置，以及采集数据参量的详细描述。配置文件的格式采用xml文件格式，该部分主要是通过配置文件的读取，确定数据模型。
[0026]3、数据过滤和初级分析模块: 数据过滤主要是按照预先设定的准则对数据进行判断，如果所采集的数据不合理则要抛弃并且有可能需要马上重新启动一次新的采样，以保证此时间点采样的连续性。有些数据时直接采样取得，有些数据时需要对采样数据进行一定得分析计算获得的，因此要有一个初级的分析功能。这里的非正常数据判断和初级分析处理功能可以和更上层的报警以及分析通盘考虑，因为从软件形式上看是很相近的。同样的应该具有灵活性和易扩展性和可配置性。应该可以添删增改相应的阈值和分析方法。
[0027]4、定时任务功能:
定时任务功能完成对设备的定时任务处理:定时任务指间隔为固定周期的需要执行的功能。例如一个数据采集系统中必须间隔Is(秒)对外部物理量进行数据采集，就是一种定时任务。任务调度指依据一定的准则选择任务队列中的一个任务并执行该任务。每个任务项只需符合定时任务调度服务系统规定的接口规范便可方便的加载到定时任务调度服务中。定时任务调度服务系统提供了灵活的调度机制、统一的日志记录机制及任务执行情况跟踪机制，所以不同的任务组件项只需完成各自独立的业务需求既可，无须关心任务调度机制。定时任务调度服务系统可应用于管理和调度在指定时间定期或一次性执行的系统功能需求。通过运用定时任务调度服务系统可以对后台任务执行周期进行管理、对后台任务的执行进行任务调度以及对后台任务的执行过程进行监控
5、管理功能:
(I)注册在线监测装置:符合综合监测单元接入标准的在线监测装置在与综合监测单元正确连接并经过配置后，综合监测单元应能够将发现的在线监测装置的标识信息发送给站端监测单元，由站端监测单元决定是否对该在线监测装置进行注册。
[0028](2)读取在线监测装置配置信息:综合监测单元应能命令在线监测装置上传配置信息。在线监测装置可被读取的配置信息包括采集方式、时间、网络适配器信息、采样参数、模型参数、报警阈值、基本信息(铭牌)等。应该可维护在线监测装置配置信息。上层直接从综合监测单元读取在线监测装置的配置信息，详细配置应遵从IO接口要求。
[0029](3)配置在线监测装置:综合监测单元应能转发上层单元对在线监测装置的控制命令，例如在线监测装置的采集方式，设置在线监测装置的配置信息，如采样参数、模型参数、报警阈值等。
[0030](4)对时在线监测装置:综合监测单元应能对接入的在线监测装置进行对时，使在线监测装置更改自身时间与站端监测单元的时间保持一致。
[0031]6、自检和维护功能
(I)对时:综合监测单元与站端监测单元采用SNTP网络对时方式，当对时失效时，综合监测单元自身的时钟守时能力应不低于ls/24h。
[0032](2)自检功能:监测自身和所辖在线监测装置的工作状态(包括通信接口)，将通信中断、数据越限等告警信息上报站端监测单元。(通信链路和装置的工作状态)综合监测单元应具备通信告警功能，在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，上送告警信息。
[0033](3)综合监测单元应具备自检功能，发生异常时应能通过指示灯就地指示，并适时上传。
[0034](4)维护功能:具有远程维护和诊断功能，站端监测单元可以通过远程维护工具维护综合监测单元，实现远程配置更新、复位、调试、升级等工作。[0035]7、IEC 61850 标准服务:
综合监测单元涉及到的IEC 61850服务包括:报告服务、文件服务、日志服务等。
[0036](二)综合监测单元与在线监测装置之间的数据交互、读配置交互、写配置交互、对时过程。
[0037]1、综合监测单元与监测装置的数据交互。
[0038]综合监测单元按预定的周期向在线监测装置发送召测监测数据的命令。在线监测装置收到召测数据命令后，响应综合监测单元，综合监测单元收到监测数据并处理。具体如图2所示。
[0039]2、综合监测单元与监测装置的读配置交互。
[0040]IO接口的读配置交互过程规范如图3。
[0041]具体交互定义如下:综合监测单元发送读取配置的命令，在线监测装置收到命令后，将配置信息发送给综合监测单元。
[0042]3、综合监测单元与监测装置的配置交互。
[0043]IO接口的写配置交互过程规范如图4。
[0044]具体交互定义如下:综合监测单元发送写取配置的命令，在线监测装置在收到命令后，修改自身配置信息，并将配置结果返回给综合监测单元。
[0045]4、综合监测单元与监测装置的对时交互对时。
[0046]IO接口的对时交互过程规范如图5。
[0047]具体交互定义如下:
a)综合监测单元与时间服务器时间同步的情况下综合监测单元按预定的周期给在线监测装置发送时间同步数据。
[0048]b)在线监测装置接收到时间同步指令，修改自己的时间，并将指令执行结果返回给综合监测单元。
【权利要求】
1.智能变电站综合监测系统，其特征是: 智能变电站综合监测单元的一端通过基于MODBUS协议的IO接口与监测装置相连，进行通信，并采集状态监测数据； 智能变电站综合监测单元的另一端通过基于IEC 61850的变电Il接口与站控层设备站端监测单元相连接，并完成状态监测数据的上传。
2.根据权利要求1所述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的智能变电站综合监测单元采用Atom D5251.8GHzCPU，搭配CH8M南桥芯片，最大5⑶DR3内存，主板通过欧式接插件接口和PCI104接口，可以通过4路百兆光口、8路隔离串口；智能变电站综合监测单元支持-40?70摄氏度工作范围和5?95%湿度工作范围。
3.根据权利要求1所述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的IO接口基于RS485 或 TCP/IP 的 MODBUS 协议。
4.根据权利要求1所述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的Il接口采用IEC61850通信协议。
5.根据权利要求1述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的智能变电站综合监测单元具有数据接入与转发功能、数据模型配置功能、数据过滤和初级分析功能、管理功能、自检和维护功能以及IEC 61850服务。
6.根据权利要求1所述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的智能变电站综合监测单元通过IO接口与监测装置通信，完成数据的采集；综合监测单元将采集后的数据通过Ii接口传输给站控层设备。
7.根据权利要求1所述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的智能变电站综合监测单元具有: (1)数据接入与转发功能: 标准化数据通讯代理:接入不同厂商、不同通信接口的在线监测装置，统一转换为DL/T 860与站端监测单元通信； 数据接入:汇聚被监测设备所有相关监测装置发送的数据，结合计算模型生成站端监测单元可以直接利用满足Il接口标准要求的标准化数据即格式化数据； 缓存和转发:作为在线监测装置和站端监测单元的数据交互和控制节点，实现现场缓存和转发功能；能存储至少最近30天的数据，保证数据掉电不丢失；转发功能包括上传综合监测单元的标准化数据即格式化数据，包括在线监测装置的监测数据以及状态量越限报警信息，下传站端监测单元发出的控制命令，如数据召唤、对时、强制重启等； (2)数据模型配置模块: 综合监测单元具有数据模型配置功能，能够配置模块能够描述与综合监测单元通信的在线监测装置的基本通信配置，以及采集数据参量的详细描述；配置文件的格式采用xml文件格式，该部分主要是通过配置文件的读取，确定数据模型； (3)数据过滤和初级分析模块: 数据过滤主要是按照预先设定的准则对数据进行判断，如果所采集的数据不合理则要抛弃并且有可能需要马上重新启动一次新的采样，以保证此时间点采样的连续性； (4)定时任务功能: 定时任务功能完成对设备的定时任务处理:定时任务指间隔为固定周期的需要执行的功能；任务调度指依据一定的准则选择任务队列中的一个任务并执行该任务；每个任务项只需符合定时任务调度服务系统规定的接口规范便可方便的加载到定时任务调度服务中；定时任务调度服务系统提供了灵活的调度机制、统一的日志记录机制及任务执行情况跟踪机制，所以不同的任务组件项只需完成各自独立的业务需求既可，无须关心任务调度机制；定时任务调度服务系统可应用于管理和调度在指定时间定期或一次性执行的系统功能需求；通过运用定时任务调度服务系统可以对后台任务执行周期进行管理、对后台任务的执行进行任务调度以及对后台任务的执行过程进行监控； (5)管理功能； (6)自检和维护功能； (7)IEC61850标准服务:综合监测单元涉及到的IEC 61850服务包括:报告服务、文件服务、日志服务等。
8.根据权利要求7述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的管理功能包括: (1)注册在线监测装置:符合综合监测单元接入标准的在线监测装置在与综合监测单元正确连接并经过配置后，综合监测单元应能够将发现的在线监测装置的标识信息发送给站端监测单元，由站端监测单元决定是否对该在线监测装置进行注册； (2)读取在线监测 装置配置信息:综合监测单元应能命令在线监测装置上传配置信息；在线监测装置可被读取的配置信息包括采集方式、时间、网络适配器信息、采样参数、模型参数、报警阈值、基本信息(铭牌)等，应该可维护在线监测装置配置信息，上层直接从综合监测单元读取在线监测装置的配置信息，详细配置应遵从IO接口要求； (3)配置在线监测装置:综合监测单元应能转发上层单元对在线监测装置的控制命令，例如在线监测装置的采集方式，设置在线监测装置的配置信息，如采样参数、模型参数、报警阈值等； (4)对时在线监测装置:综合监测单元应能对接入的在线监测装置进行对时，使在线监测装置更改自身时间与站端监测单元的时间保持一致。
9.根据权利要求7述的智能变电站综合监测系统，其特征是:所述的自检和维护功能包括； (1)对时:综合监测单元与站端监测单元采用SNTP网络对时方式，当对时失效时，综合监测单元自身的时钟守时能力应不低于ls/24h ； (2)自检功能:监测自身和所辖在线监测装置的工作状态(包括通信接口)，将通信中断、数据越限等告警信息上报站端监测单元；(通信链路和装置的工作状态)综合监测单元应具备通信告警功能，在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，上送告警信息； (3)综合监测单元应具备自检功能，发生异常时应能通过指示灯就地指示，并适时上传；(4)维护功能:具有远程维护和诊断功能，站端监测单元可以通过远程维护工具维护综合监测单元，实现远程配置更新、复位、调试、升级等工作。
【文档编号】H02J13/00GK103427489SQ201310364046
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】高强, 耿宝宏, 程大伟, 李艳丹, 刘齐, 于淼, 李平, 刘天远, 钟川, 韩月 申请人:国家电网公司, 辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁东科电力有限公司