一种用于分布式元件保护的定值同步操作方法和装置与流程

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体地说是一种用于智能变电站多子机分布式安装、管理有主式配置的跨间隔元件(主变和母线)保护定值同步操作的方法和装置。

背景技术：

智能变电站发展迅速，有力推动了继电保护技术创新。近年来，芯片、通信等领域的技术发展日新月异，为继电保新技术的发展创造了条件。目前，智能变电站继电保护采用以“采样数字化、保护就地化、元件保护专网化、信息共享化”为特征的就地化保护新技术，其中主变保护和母线保护等元件保护采用多子机分布式安装、无主式配置的保护系统。

在实际的工程实施中，发现无主式配置模式下，整套保护中各子机的信息管理和定值管理均存在一定的不足，修改保护定值时需要客户端同时对所有子机进行操作，很难保障可靠性、快速性和同步性。2018年，针对跨间隔元件保护，国家电网有限公司提出了“分布式安装、有主式管理”的新思路，按此方案开展新型分布式继电保护研究。分布式安装、有主式管理架构下，各个子机共享数据、独立判别，具备完整的保护判别和跳闸出口功能，但是仅有管理主机跟客户端通讯，整套保护中各子机的定值管理均依赖管理主机完成。

因此，如何提供一种快速、可靠的定值同步操作方法是分布式安装、有主式管理元件保护目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种用于智能变电站多子机分布式安装、管理有主式配置的跨间隔元件(主变和母线)保护定值同步操作的方法，以实现远方客户端修改整套保护中各子机定值和切换定值区操作的快速性和同步性。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种用于分布式元件保护的定值同步操作方法，其包括远方同步修改各子机保护定值方法和远方同步切换各子机定值区方法；

所述的远方同步修改各子机保护定值方法，包含以下步骤：

步骤1.1，管理主机接收客户端设定定值编辑区的命令，通过保护环网同步转发给整套保护内通讯正常的其他子机，其他各个子机设定定值编辑区后，给管理主机回复确认结果，管理主机汇总所有子机回复信息后，将设定定值编辑区成功与否的结果反馈给客户端；

步骤1.2，管理主机接收客户端修改定值的命令，通过保护环网同步转发给整套保护内设定定值编辑区成功的所有子机，其他各个子机修改完成后，给管理主机回复确认结果，管理主机汇总所有子机回复信息后，将定值修改成功与否的结果反馈给客户端；

步骤1.3，管理主机接收客户端固化定值的命令，通过保护环网转发给定值修改成功的所有子机，其他各个子机接收到固化命令后，立即执行并计算定值crc，然后给管理主机回复固化结果和crc，管理主机汇总所有子机回复的固化结果后反馈客户端完成定值修改；

所述的远方同步切换各子机定值区方法，包含以下步骤：

步骤2.1，管理主机接收客户端切换定值区的命令，通过保护环网同步转发给整套保护内通讯正常的其他子机，其他各个子机执行切换定值区命令后，给管理主机回复切区成功与否的结果；

步骤2.2，管理主机接收其他所有子机切区结果后，汇总成总标志反馈给客户端。

分布式安装、管理有主式配置的跨间隔元件保护由多台子机协同配合完成整套保护功能。每台子机均具备独立的保护逻辑功能，可选其中某一台子机作为整套保护的管理主机，承担整套保护所有子机的管理功能，包括保护装置与远方客户端之间的通讯，涉及保护信号上送站控层、整套保护各子机保护定值管理等。

作为上述定值同步操作方法的补充，所述步骤1.1中，管理主机接收到客户端设定定值编辑区的命令后，先扫描整套保护内所有子机的通讯状态，确定并记忆哪些子机通讯正常，然后将设定定值编辑区的命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给通讯正常的所有子机；保护子机接收到设定定值编辑区的命令后立即执行，并将执行结果反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析设定定值编辑区的反馈结果，若所有子机均设定成功，则向客户端回复保护设定编辑区成功，若有任一子机设定失败，则向客户端回复保护设定编辑区失败。

作为上述定值同步操作方法的补充，所述步骤1.2中，管理主机接收到客户端修改定值的命令后，然后将修改定值命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给设定编辑区成功的所有子机；保护子机接收到修改定值命令后立即执行，并将执行结果反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析修改定值的反馈结果，若所有子机均修改成功，则向客户端回复保护修改成功，若有任一子机修改失败，则向客户端回复保护修改定值失败。

作为上述定值同步操作方法的补充，所述步骤2.1中，管理主机接收到客户端切换定值区的命令后，先扫描整套保护内所有子机的通讯状态，确定并记忆哪些子机通讯正常，然后将切区命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给通讯正常的所有子机；保护子机接收到修改切区命令后立即执行固化，并计算定值crc；然后将固化结果和crc反馈给管理主机。

作为上述定值同步操作方法的补充，所述步骤2.2中，管理主机接收到的子机报文数据中解析固化定值的反馈结果，若所有子机均固化成功、且crc一致，则向客户端回复同步修改定值成功，若有任一台子机crc不同，则向客户端回复同步修改定值失败。

本发明采用的另一技术方案是提供一种用于分布式元件保护的定值同步操作装置，包括远方同步修改各子机保护定值部分和远方同步切换各子机定值区部分；

所述的远方同步修改各子机保护定值部分，包括：

1)用于同步设定各子机编辑区的单元，管理主机给子机转发设定定值编辑区的命令后，子机设定编辑区并反馈结果给管理主机；

2)用于同步修改各子机编辑区定值的单元，管理主机给子机转发修改定值的命令后，子机修改定值并反馈结果给管理主机；

3)用于固化各子机编辑区定值的单元，管理主机给子机转发固化定值的命令后，子机固化定值并反馈结果给管理主机；

所述的远方同步切换各子机定值区部分，包括：

同步切换定值区单元，管理主机将切换定值区的命令转发给各子机，各子机切换定值区后将切区结果及定值crc反馈给管理主机，管理主机汇总所有子机的信息后回复给客户端。

作为上述定值同步操作装置的补充，所述用于同步设定各子机编辑区的单元中，管理主机接收到客户端设定定值编辑区的命令后，先扫描整套保护内所有子机的通讯状态，确定并记忆哪些子机通讯正常，然后将设定定值编辑区的命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给通讯正常的所有子机；保护子机接收到设定定值编辑区的命令后立即执行，并将执行结果反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析设定定值编辑区的反馈结果，若所有子机均设定成功，则向客户端回复保护设定编辑区成功，若有任一台子机设定失败，则向客户端回复保护设定编辑区失败。

作为上述定值同步操作装置的补充，所述用于同步修改各子机编辑区定值的单元中，管理主机接收到客户端修改定值的命令后，然后将修改定值命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给设置编辑区成功的所有子机；保护子机接收到修改定值命令后立即执行，并将执行结果反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析修改定值的反馈结果，若所有子机均修改成功，则向客户端回复保护修改成功，若有任一台子机修改失败，则向客户端回复保护修改定值失败。

作为上述定值同步操作装置的补充，所述用于固化各子机定值的单元中，管理主机接收到客户端固化定值的命令后，然后将固化定值命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给修改定值成功所有子机；保护子机接收到修改定值命令后立即执行固化，并计算定值crc；然后将固化结果和crc反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析固化定值的反馈结果，若所有子机均固化成功、且crc一致，则向客户端回复同步修改定值成功，若有任一台子机crc不同，则向客户端回复同步修改定值失败。

作为上述定值同步操作装置的补充，所述同步切换定值区单元中，管理主机接收到客户端切换定值区的命令后，先扫描整套保护内所有子机的通讯状态，确定并记忆哪些子机通讯正常，然后将切区命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给通讯正常的所有子机；保护子机接收到修改切区命令后立即执行固化，并计算定值crc；然后将固化结果和crc反馈给管理主机；管理主机送接收到的子机报文数据中解析固化定值的反馈结果，若所有子机均固化成功、且crc一致，则向客户端回复同步修改定值成功，若有任一台子机crc不同，则向客户端回复同步修改定值失败。

本发明与现有技术相比的改进效果是：

在分布式安装、管理有主模式下，既能保障多子机共享数据、保护功能独立，又可解决客户端进行定值操作耗时较长、同步性较差的问题。按照本发明的用于分布式元件保护定值同步操作的方法和装置，为分布式安装、有主式配置的跨间隔元件保护修改定值提供了切实可行的方法，确保运行中各子机保护定值的一致性，为继电保护装置的可靠、稳定运行提供了保障。测试数据表明，采用本发明的定值同步操作方法和装置，管理主机在接收到客户端的指令后，1ms内能完成4台子机的定值同步操作，其快速性和同步性得到极大提高。

附图说明

图1为本发明实施例中分布安装、管理有主变压器保护模型图；

图2为本发明实施例中分布安装、管理有主母线保护模型图；

图3为本发明实施修改定值流程图；

图4为本发明实施切换定值区流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细的说明。

实施例1

本实施例为一种用于分布式元件保护的定值同步操作方法，包括远方同步修改各子机保护定值方法和远方同步切换各子机定值区方法。远方同步修改各子机保护定值流程如图3步骤如下：

步骤1，管理主机接收客户端设定定值编辑区的命令，通过保护环网同步转发给整套保护内通讯正常的其他子机，其他各个子机设定定值编辑区后，给管理主机回复确认结果，管理主机汇总所有子机回复信息后，将设定定值编辑区成功与否的结果反馈给客户端；

步骤2，管理主机接收客户端修改定值的命令，通过保护环网同步转发给整套保护内设定定值编辑区成功的所有子机，其他各个子机修改完成后，给管理主机回复确认结果，管理主机汇总所有子机回复信息后，将定值修改成功与否的结果反馈给客户端；

步骤3，管理主机接收客户端固化定值的命令，通过保护环网转发给定值修改成功的所有子机，其他各个子机接收到固化命令后，立即执行并计算定值crc，然后给管理主机回复固化结果和crc，管理主机汇总所有子机回复的固化结果后反馈客户端完成定值修改。

对于步骤1，其目的是完成定值修改前的准备工作，即将编辑区准备好，为步骤2的实施做好准备。分布式保护正常运行中，管理主机所发送的环网通讯报文中asdu4、asdu5、asdu6均为0值。管理主机接收到客户端设定定值编辑区的命令后，按照客户端指令开始给环网报文的asdu4赋值，即将设定定值编辑区的区号和允许指令写入相应的数据位，同时扫描环网内各个子机的通讯状态，并记忆通讯正常的子机。然后通过千兆环网给通讯正常的子机转发；各子机收到管理主机设定定值编辑区的指令后，立即执行，执行完成后将结果填入环网报文asdu3中代表设定定值编辑区的数据位，然后将报文发送给管理主机；管理主机逐个提取各子机反馈报文中代表设定定值编辑区的数据位，待所有通讯正常的子机均反馈成功后，将设定定值编辑区成功的结果反馈给客户端；若有子机回复失败，或有子机在1s内不回复任何结果，则认为整套保护设定定值编辑区不成功，则向客户端回复失败的信息。

对于步骤2，若步骤1中，管理主机向客户端回复设定定值编辑区成功的信息，则客户端会继续向管理主机下发修改定值指令，并将所需修改的定值全部下发给管理主机。

管理主机接收到客户端修改定值的请求后，按照客户端指令开始给环网报文的asdu5赋值，即将允许修改定值的指令、定值编辑区号和保护定值写入asdu5中相应的数据位，并按照步骤1中记忆的各子机的通讯状态，通过千兆环网给通讯正常的子机转发；各子机收到管理主机修改的指令后，立即执行，执行完成后将结果填入环网报文asdu3中代表修改定值成功与否的数据位，然后将报文发送给管理主机；管理主机逐个提取各子机反馈报文中代表修改定值成功与否的数据位，待所有通讯正常的子机均反馈成功后，将修改定值成功的结果反馈给客户端；若有子机回复失败，或有子机在1s内不回复任何结果，则认为整套保护设定定值编辑区不成功，则向客户端回复失败的信息。

对于步骤3，若步骤2中，管理主机向客户端回复修改定值成功的信息，则客户端会继续向管理主机下发固化保存定值指令。

管理主机接收到客户端固化定值的请求后，按照客户端指令开始给环网报文的asdu5赋值，即将允许修改定值的指令、定值编辑区号和保护定值写入asdu6中第二字节相应的数据位，并按照步骤1中记忆的各子机的通讯状态，通过千兆环网给通讯正常的子机转发；各子机收到管理主机固化定值的指令后，立即执行，执行完成后将结果填入环网报文asdu3中代表固化定值成功与否的数据位，然后将报文发送给管理主机；管理主机逐个提取各子机反馈报文中代表固化定值成功与否的数据位，待所有通讯正常的子机均反馈成功后，将固化定值成功的结果反馈给客户端；若有子机回复失败，或有子机在1s内不回复任何结果，则认为整套保护设定编辑区不成功，则向客户端回复失败的信息。

远方同步切换各子机定值区方法如图4步骤所示：

管理主机接收到客户端切换区的命令后，按照客户端指令开始给环网报文的asdu6赋值，即将目标定值区号和允许切区指令写入相应的数据位，同时扫描环网内各个子机的通讯状态，并记忆通讯正常的子机。然后将环网报文通过千兆环网给通讯正常的子机转发；各子机收到管理主机切换的指令后，立即执行，执行完成后将结果填入环网报文asdu3中代表切换定值区的数据位，然后将报文发送给管理主机；管理主机逐个提取各子机反馈报文中代表切换定值区的数据位，待所有通讯正常的子机均反馈成功后，将切换定值区成功的结果反馈给客户端；若有子机回复失败，或有子机在1s内不回复任何结果，则认为整套保护切换定值区不成功，则向客户端回复失败的信息。

实施例2

本实施例为一种用于分布式元件保护的定值同步操作装置，包括远方同步修改各子机保护定值部分和远方同步切换各子机定值区部分。

远方同步修改各子机保护定值部分，包括：

1)用于同步设定各子机编辑区的单元，管理主机给子机转发设定定值编辑区的命令后，子机设定定值编辑区并反馈结果给管理主机；

2)用于同步修改各子机编辑区定值的单元，管理主机给子机转发修改定值的命令后，子机修改定值并反馈结果给管理主机；

3)用于固化各子机定值的单元，管理主机给子机转发固化定值的命令后，子机固化定值并反馈结果给管理主机。

远方同步切换各子机定值区部分，包括同步切换定值区单元，管理主机将切换定值区的命令转发给各子机，各子机切换定值区后将切区结果及定值crc反馈给管理主机，管理主机汇总所有子机的信息后回复给客户端。

所述用于同步设定各子机编辑区的单元中，管理主机接收到客户端设定定值编辑区的命令后，先扫描整套保护内所有子机的通讯状态，确定并记忆哪些子机通讯正常，然后将设定定值编辑区的命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给通讯正常的所有子机；保护子机接收到设定定值编辑区的命令后立即执行，并将执行结果反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析设定定值编辑区的反馈结果，若所有子机均设定成功，则向客户端回复保护设定编辑区成功，若有任一台子机设定失败，则向客户端回复保护设定编辑区失败。

所述用于同步修改各子机编辑区定值的单元中，管理主机接收到客户端修改定值的命令后，然后将修改定值命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给设置编辑区成功的所有子机；保护子机接收到修改定值命令后立即执行，并将执行结果反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析修改定值的反馈结果，若所有子机均修改成功，则向客户端回复保护修改成功，若有任一台子机修改失败，则向客户端回复保护修改定值失败。

所述用于固化各子机定值的单元中，管理主机接收到客户端固化定值的命令后，然后将固化定值命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给修改定值成功所有子机；保护子机接收到修改定值命令后立即执行固化，并计算定值crc；然后将固化结果和crc反馈给管理主机；管理主机从接收到的子机报文数据中解析固化定值的反馈结果，若所有子机均固化成功、且crc一致，则向客户端回复同步修改定值成功，若有任一台子机crc不同，则向客户端回复同步修改定值失败。

所述同步切换定值区单元中，管理主机接收到客户端切换定值区的命令后，先扫描整套保护内所有子机的通讯状态，确定并记忆哪些子机通讯正常，然后将切区命令增加标签后添加到环网报文固定的asdu中，通过保护环网同步转发给通讯正常的所有子机；保护子机接收到修改切区命令后立即执行固化，并计算定值crc；然后将固化结果和crc反馈给管理主机；管理主机送接收到的子机报文数据中解析固化定值的反馈结果，若所有子机均固化成功、且crc一致，则向客户端回复同步修改定值成功，若有任一台子机crc不同，则向客户端回复同步修改定值失败。

按照本发明的一种用于分布式元件保护的定值同步操作方法和装置，所述的管理主机同步设定各子机编辑区、同步修改各子机编辑区定值、同步固化各子机定值以及同步切换各子机定值区的步骤或单元中。管理主机各类同步命令的转发和子机反馈各类确认信息，均涉及到数据的传输。分布式安装的保护系统，本身就涉及有环网通讯架构，如图1和图2所示。按照本发明的同步操作方法，需要对环网通讯协议进行补充和完善，应用数据单元(apdu)的asdu个数扩展至6个(注：斜体字为本发明补充内容)。具体如下表：

表1分布式保护环网apdu格式定义

其中，asdu_4包含编辑区和浮点型定值项，传输整型值的asdu类型标识为0x63，统一由n个4字节数组成。报文中不声明类型，传递值从定值表中取值，并在解包时按定值表中类型解包。

表2修改定值asdu的格式定义

其中，asdu_5包整型控制字等定值项，asdu类型标识为0x64，统一由n个4字节数组成。32个控制字约定组合规则组合成一个4字节数。

表3定值值asdu的格式定义

单独设定一个asdu_6传输切换定值区和固化定值命令，asdu类型标识为0x65，由2个4字节数组成，第一字节高位表示切区命令，地位表示目标定值区，第二字节是否固化，低位表示目标区。

表4切定值区asdu的格式定义

保护子机在执行管理主机的相关命令后，需要将执行结果和定值crc反馈给管理主机。因执行结果和定值crc数据量较小，不需要另外扩展asdu。本发明中方案中采用启用原来asdu_3中的备用数据位的方法实现，将后两个字节定义为执行结果，具体：两个字节含8个数据位，每两个数据位代表一个结果，10表示成功，01表示失败。按此方法，8个数据位正好满足上送“设定编辑区成功与否、修改定值成功与否、固化定值成功与否、切换定值区成功与否”状态的要求。

本发明所指的装置，实际上基于上述方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构件，该软件可以运行于保护设备中。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。

本领域技术人员在本发明技术构思的启发下，在不脱离本发明分布式安装、管理有主模式下元件保护通过管理主机同步操作其他子机定值情况下，上述定值同步操作流程中的环网报文组帧、数据发送和接收解析的各种变形仍落入本发明的保护范围内。