一种提高变电站自动化系统的可用性方法与流程

本发明属于电力技术领域，特别涉及一种提高变电站自动化系统的可用性方法。

背景技术：

高压和中压电力网络中的变电站包括通常设置在开关场地和/或间隔(bay)中的一次设备，例如电缆、线、母线、开关、电力变压器和仪表变压器。经由变电站自动化(SA，Substation Automation)系统以自动化的方式操作这些一次设备。SA系统包括基于微处理器的可编程二次设备，即负责对一次设备进行保护、控制和监视的所谓的智能电子设备(IED，Intelligent Electronic Device)。通常将IED分配到三个层级即站层、间隔层以及通过过程接口从间隔层分离出的过程层中的一个。SA系统的站层包括具有人机接口(HMI，Human-Machine Interface)的操作员工作站(OWS，Operator Work Station)。此外，SA系统包括到网络控制中心(NCC，Network Control Centre)的网关。NCC包括用于管理电力产生和到消费者的潮流的中央能量管理系统(EMS，Energy Management System)和/或数据采集和监控(SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition)系统。间隔层的IED也称为间隔单元，依次彼此连接，并且经由光学内部间隔或者站总线连接到站层的IED。

过程层的IED例如包括用于电压、电流和气体密度测量的非常规或者电子传感器、用于感测开关和变压器抽头转换器位置的触点探头、或者用于控制例如断路开关或者断路器的开关装置的智能致动器。如果屏蔽了电磁干扰，甚至可以将断路器IED直接集成到开关装置或者各个智能一次设备中。这些过程层IED经由优选光学总线的过程总线连接到间隔单元，可以将过程总线视为代替传统上将开关场地设备连接到间隔层设备的硬件配线过程接口的过程接口。

当今的SA系统要求在所有变电站设备之间具备互操作性。这需要来自不同制造商的变电站IED可彼此互操作。为了实现这一点，国际电工委员会(IEC，International Electrotechnical Committee)引入了国际间接受的用于在变电站的二次设备之间进行通信的通信标准，作为名称为“communication network and system in substations(变电站通信网络和系统)”的标准IEC61850的一部分。

IEC 61850定义了适应变电站的抽象对象模型和通过网络访问这些对象的方法。这允许例如OWS的特定变电站应用与标准对象一起工作，而变电站中的实际对象可以由不同制造商的IED来不同地实现。根据上述标准的抽象对象模型按照分配给作为物理设备的IED的逻辑设备内的逻辑节点表示SA功能。使用在开放系统互连(OSI，Open Systems Interconnection)、传输控制协议(TCP，Transmission Control Protocol)、因特网协议(IP，Internet Protocol)和以太网(Ethernet)上建立的制造报文规范(MMS，Manufacturing Message Specification)通信栈，经由IEC 61850协议针对瞬息临界(non-time critical)消息对IED之间的实际通信进行处理。

前述互操作性要求的一个结果是可以将来自不同的供应商的IED结合到一个SA系统中。由于在工程阶段期间对IED进行初始配置，因此相应的专用工程或者不同供应商的SA配置工具需要能够交换关于IED的信息。为此，需要以计算机可读的方式规范(specify)整个SA系统，包括其所有一次设备、IED和通信链路。这能够通过作为IEC 61850标准的一部分的基于XML的综合变电站配置描述语言(SCL，Substation Configuration description Language)来实现。简而言之，IEC 61850SCL语言为一次设备、二次设备提供其保护、控制和监视(PCM，protecting，controlling and monitoring)功能、通信系统的逻辑结构以及IED和一次设备之间的关系的标准化描述。

SCL语言用于在IED能力描述(ICD，IED Capability Description)文件中描述特定IED或者IED类型的能力。IED能力描述(ICD)文件列出物理设备的应用功能，例如其实现的保护功能。SCL语言的变电站配置描述(SCD，Substation Configuration Description)文件描述一次对象、按照逻辑节点在每一个IED中实现的功能、以及特定变电站的通信连接。因此，SCD文件包括(1)开关场地命名和拓扑描述，(2)IED配置描述，(3)开关场地元件和IED功能之间的关系，以及(4)通信网络的描述。

通过以下已知措施之一获得SA或任何其它控制系统、或者其关键部件的高可用性：

hot-hot(热-热)或者hot-standby(热备份)计算机：对于需要高可用性的每一个IED，在系统中第二计算机在线(on-line)。在hot-hot系统中，两个IED并行运行，对于hot-standby系统，当“热”IED失效时备份IED投入使用，随后由备份IED进行监控。这个概念意味着使每一个(关键)IED加倍。

计算机内多个相同的CPU：IED的操作系统(OS，operating system)将应用任务分配到几个CPU。如果其中之一失效，则OS将在其上运行的任务重新分配到其它CPU。由该共用的操作系统透明地管理所有的CPU，所有任务需要能够在该操作系统和这种类型的CPU上运行。通常，例如到程序存储器或者到通信系统的外围接口对所有CPU是共用的，这意味着它们可能失效而没有冗余，或者也需要OS以hot-hot或hot-standby模式对它们进行处理。

使用人工维修进行中央监控：中央监控意味着持续检查IED是否正在正确地工作、是否有故障或者是否已完全失效。在后两种情况下，向维护人员报警以替换故障部件。维修的平均时间在6到24小时的等级，这大大降低了系统的可用性。

专利US5448766涉及一种无线电通信系统，其包括用于产生有用数据的终端/控制器和用于发送有用数据并且产生状态信息的正常工作发送器。在hot-hot配置中，冗余发送器耦合到终端控制器和正常工作发送器，并且在状态信息表示正常工作发送器的异常操作的情况下稍后发送有用数据。

因此，现在亟需一种提高变电站自动化系统的可用性方法，提高变电站自动化系统的可用性。

技术实现要素：

本发明提出一种提高变电站自动化系统的可用性方法，解决了现有技术中变电站自动化系统可用性低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：提高变电站自动化系统的可用性方法，所述电力网络分成一个或更多区段，并且具有以通信方式连接在通信网络中的多个IED，所述多个IED被配置用于所述电力网络的一个或更多区段中的电力管理功能，所述多个IED连接有调度中心，所述方法包括：

将所述调度中心实时接收所述IED监测的电力网络数据；

检测IED的活动状态，定义不活动的IED依次为第一IED；

利用调度中心控制不活动的IED生成不活动标识，根据所述不活动标识，生成电力不平稳状态，生成电力负载触发指令，并根据电力负载触发指令确定替换IED；

利用第一替换IED代替第一IED。

作为一种优选的实施方式，第一IED的第一标准化配置数据存储在配置文件中，第一替换IED为第一类型的第一备用IED，对第一备用IED配置所述第一标准化配置数据。

作为一种优选的实施方式，所述电力平稳条件基于管理指派有优先级的一个或更多个子区段或者负载。

作为一种优选的实施方式，还包括配置第二标准化配置的第二IED，以及第二IED的第二备用IED，利用调度中心监测第二IED的失效，对第二备用IED配置第二标准化配置数据以及利用配置了第二标准化配置数据的第二备用IED代替失效的第二IED。

作为一种优选的实施方式，监控备用第一备用IED、第二备用IED的失效，并将失效结果进行报警指示。

作为一种优选的实施方式，所述第一IED、第二IED通过站总线和过程总线连接到系统中。

作为一种优选的实施方式，所述调度中心连接有便携式设备，所述便携终端设置有模拟系统，所述模拟系统设置有登录密码，以防止误操作或者非法退出监控状态；配置站点名称、网络串口类型、规约类型的相关参数；启动或终止主要程序的按钮，保存及打开信道数据；清空数据区及事件框；对报文帧流淌简单列表；显示报文帧发生时间、上下行方向以及分色显示帧的类别；显示和保存具有报文原始资料；显示和保存具体报文资料内容、发生时间、传输方向以及分色显示报文类型；显示帧资料、遥信、遥测、遥控、事件框及显示上述每种报文类型的具体信息

作为一种优选的实施方式，帧数据显示方式为：显示一帧的数据类型，利用鼠标单击每个字节都有详细解析；遥信：显示信息体地址，遥信点号及遥信变位时标；遥测：显示当前遥测量，遥测点号及遥测时标，在模拟子站时遥测量设置死区值、系数、告警上限、告警下限、越限告警、模拟遥测变化为随机方式或正弦方式；遥控：显示基站端发送的遥控信息，类型时间；事件：显示事件发生的信息体地址、事件内容时标以及类别；单击事件自动查找到相对应的报文；对每一帧数据进行详细的解析、帧的类别、传输方向、链路地址、信息体地址、对帧的每个字节有详细的中文解释；通道的违约的统计；对每一个通道的中断次数和规约的误码率进行统计，并通过表格显示；命令模拟发送遥控命令，并对每个模拟的命令以命令参数的形式进行编辑，单击发送和暂停，编辑测试命令流程表，修改执行间隔，点击执行，按组织好的报文以执行间隔逐条发送；支持多种自动化电量采集标准规约和定制规约。

作为一种优选的实施方式，所述第一IED通过遥测、遥信、遥控子区段的电能数据，并按照相应规约解析。

作为一种优选的实施方式，通过第一IED发出的负载命令实现第一IED控制的断路器实现电力状态平衡。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：本发明使得每一组具有两个或者更多备用IED在线，而不是仅仅一个，进一步增强了可用性，分别降低了维修失效的IED的紧急性。如果由于长的旅行时间导致人工维修时间是天或星期等级的，则概率论和已知的IED类型的失效率可以计算每一种类型的在线备用IED的最佳数目。如果在库存中没有其它备用，而必须向原始制造商定制以渡过已知的交货时间，则这也是有用的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本提高变电站自动化系统的可用性方法，所述电力网络分成一个或更多区段，并且具有以通信方式连接在通信网络中的多个IED，所述多个IED被配置用于所述电力网络的一个或更多区段中的电力管理功能，所述多个IED连接有调度中心，所述方法包括：

将所述调度中心实时接收所述IED监测的电力网络数据；

检测IED的活动状态，定义不活动的IED依次为第一IED；

利用调度中心控制不活动的IED生成不活动标识，根据所述不活动标识，生成电力不平稳状态，生成电力负载触发指令，并根据电力负载触发指令确定替换IED；

利用第一替换IED代替第一IED。

第一IED的第一标准化配置数据存储在配置文件中，第一替换IED为第一类型的第一备用IED，对第一备用IED配置所述第一标准化配置数据。

所述电力平稳条件基于管理指派有优先级的一个或更多个子区段或者负载。

还包括配置第二标准化配置的第二IED，以及第二IED的第二备用IED，利用调度中心监测第二IED的失效，对第二备用IED配置第二标准化配置数据以及利用配置了第二标准化配置数据的第二备用IED代替失效的第二IED。

监控备用第一备用IED、第二备用IED的失效，并将失效结果进行报警指示。

所述第一IED、第二IED通过站总线和过程总线连接到系统中。

所述调度中心连接有便携式设备，所述便携终端设置有模拟系统，所述模拟系统设置有登录密码，以防止误操作或者非法退出监控状态；配置站点名称、网络串口类型、规约类型的相关参数；启动或终止主要程序的按钮，保存及打开信道数据；清空数据区及事件框；对报文帧流淌简单列表；显示报文帧发生时间、上下行方向以及分色显示帧的类别；显示和保存具有报文原始资料；显示和保存具体报文资料内容、发生时间、传输方向以及分色显示报文类型；显示帧资料、遥信、遥测、遥控、事件框及显示上述每种报文类型的具体信息

帧数据显示方式为：显示一帧的数据类型，利用鼠标单击每个字节都有详细解析；遥信：显示信息体地址，遥信点号及遥信变位时标；遥测：显示当前遥测量，遥测点号及遥测时标，在模拟子站时遥测量设置死区值、系数、告警上限、告警下限、越限告警、模拟遥测变化为随机方式或正弦方式；遥控：显示基站端发送的遥控信息，类型时间；事件：显示事件发生的信息体地址、事件内容时标以及类别；单击事件自动查找到相对应的报文；对每一帧数据进行详细的解析、帧的类别、传输方向、链路地址、信息体地址、对帧的每个字节有详细的中文解释；通道的违约的统计；对每一个通道的中断次数和规约的误码率进行统计，并通过表格显示；命令模拟发送遥控命令，并对每个模拟的命令以命令参数的形式进行编辑，单击发送和暂停，编辑测试命令流程表，修改执行间隔，点击执行，按组织好的报文以执行间隔逐条发送；支持多种自动化电量采集标准规约和定制规约。

所述第一IED通过遥测、遥信、遥控子区段的电能数据，并按照相应规约解析。

通过第一IED发出的负载命令实现第一IED控制的断路器实现电力状态平衡。

该提高变电站自动化系统的可用性方法的工作原理是：本发明使得每一组具有两个或者更多备用IED在线，而不是仅仅一个，进一步增强了可用性，分别降低了维修失效的IED的紧急性。如果由于长的旅行时间导致人工维修时间是天或星期等级的，则概率论和已知的IED类型的失效率可以计算每一种类型的在线备用IED的最佳数目。如果在库存中没有其它备用，而必须向原始制造商定制以渡过已知的交货时间，则这也是有用的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。