用于变电站的控制方法和控制系统与流程

本公开总体涉及变电站中的控制系统的控制方法和变电站的控制系统。

背景技术：

1、随着变电站自动化的推进，可靠的故障标识和故障排除的措施至关重要。除了可靠性之外，故障排除的迅速性也发挥重要作用，由于已经观察到反应时间对器件设备和供电安全具有即时影响，反应时间是指故障发生和故障清除之间的时间段。例如，故障发生(诸如，短路)，过电流可能会累积直到故障通过故障排除被解决。因此，反应时间的长度对过电流累积的大小具有即时影响。因此，减少用于故障排除的反应时间限制了电流大小。

2、用于故障隔离和恢复的器件设备(诸如，开关设备)需要适于抵抗相应的过电流大小。因此，通过减少反应时间，现有的器件设备可以被保留，同时新设备可以被开发以抵抗较小的过电流，从而减少设备尺寸和成本。

3、根据传统技术，例如，在变电站内提供中央保护器件。该器件将所有保护和控制功能集中到变电站层级的单个实体中，这允许成本节省的操作。保护器件符合标准化要求，例如iec61850，其定义了保护器件和位于变电站内的设备之间的通信协议。该要求还定义了反应时间(即单向延迟)，当通讯用于故障排除的控制命令时该反应时间必须不被超过。然而，进一步减少用于保留现有设备的反应时间，从而延长其寿命，并且还用于新设备的开发是有利的。

技术实现思路

1、根据一方面，提供了控制方法。该控制方法被配置用于变电站中的控制系统。该控制系统包括：变电站馈线、智能电子器件、ied、合并单元以及将ied与合并单元进行连接的总线网络。该控制方法包括：通过变电站馈线向合并单元提供测量信号。此外，该方法包括：通过合并单元将基于变电站馈线的测量信号的测量数据经由总线网络传输至ied；以及通过ied，基于测量数据标识故障状况，该故障状况指示实际或潜在即将到来的故障。该方法还包括：通过ied将条件控制命令经由总线网络传输至合并单元，该条件控制命令包括控制措施和用于执行该控制措施的条件；通过合并单元，确定条件控制命令的条件是否满足，并且如果满足，则通过合并单元发起变电站馈线电路的控制措施。

2、这里使用的ied是指变电站的实时保护和控制实体。变电站可以具有多个分散的ied或单个集中式ied。在后者情况下，ied受益于跨越多个/所有合并单元的更全局的视图，同时也提供遍及变电站的可见性。然而，集中式ied不能接近馈线的传感器和开关设备隔室，这意味着更长的决策路径，包括通信和决策逻辑，以及由此的反应时间。

3、ied可以提供人机接口(hmi)，用于由用户输入并向用户显示和/或提供数据给用户。ied还可以允许用于整个变电站的干扰记录。ied通常经由总线网络从合并单元接收测量数据。它包括处理测量数据以便标识故障状况并发出条件控制命令的逻辑。该逻辑包括硬件部件(例如微处理器)和软件部件。除了发出条件控制命令之外，ied还可以被配置为在任何情况下发出不具有合并单元执行条件的控制命令。

4、这里使用的合并单元是指被配置为将来自馈线的测量信号合并为标准数字输出格式的测量数据的实体。合并单元可以包括将模拟测量信号转换为数字测量数据。合并单元还可以包括取样测量信号和进一步的数据处理，例如滤波。合并单元可以在诸如ip数据包(例如，诸如以太网帧的tcp/ip数据包)的数字数据数据包中提供测量数据用于在总线网络上的通信。数据数据包可以是单播、多播或广播帧。

5、总线网络可以是基于ip数据包的网络，诸如基于以太网的网络例如局域网(lan)、或基于因特网的网络例如广域网(wan)，后者在某些情况下使用ip。总线网络还可以基于其他技术，例如mpls(多协议标签交换)。

6、条件控制命令的条件通常包括基于测量数据的控制决策模型。合并单元和开关设备隔室之间的决策路径通常短于ied和开关设备隔室之间的决策路径。因此，取决于决策模型在何处执行，反应时间可以有减少。决策路径可以相应地适应，例如在具有分布式设置或非本地部件的系统中。因此，提供了相对于部分或整个控制模型执行的位置而变化的控制模型。

7、在一些实施例中，控制模型依赖于ied和合并单元之间的通信，该通信遵循标准通信协议，诸如用于数字变电站中的通信和互操作性的iec61850标准。

8、因此，ied可以发出遵循由iec61850定义为面向通用对象的变电站事件(goose)的控制模型的条件控制命令。不管条件命令是否是goose命令，条件命令可以遵从goose的以下特征中的一个或多个：goose要求ied在小于10毫秒(例如，3毫秒或4毫秒)的典型周期内将条件控制命令传输至合并单元。goose可以遵从发布者/订阅者模型，其中发布者将未确认的数据传输至订阅者。在事件的情况下，具有新数据的大量消息被传输，从而最小化消息丢失的可能。当goose命令在主题下发布时，订阅者(即合并单元)仅过滤由所订阅的主题标识的消息。goose命令可以包括，例如指定的控制措施，诸如闭合断路器。

9、备选地，ied和合并单元之间的通信遵从分层控制模型。在一些情况下，这种通信可以实现为上述goose控制模型的扩展。作为示例，可以为goose命令提供指定在什么条件下合并单元将执行goose命令的条件。这种扩展的goose命令可以包括，例如指定的控制措施加上条件指令，诸如执行控制措施的时间段的流逝。

10、分层控制模型还可以使ied能够通过总线网络动态地传输小段的灵活的编程代码(这里被称为小代码)，并在合并单元处安装这样的小代码。这样的小代码被配置为在合并单元处执行。合并单元处理该小代码以在本地进行简单的决策。小代码可以包括：诸如基于条件的状况更新、评估多个信号的if-else决策树、或者甚至是经训练的机器学习模型的功能。同样，小代码可以提供要采取的潜在动作。小代码可以是通用的或被转向一个或多个目标合并单元。由于合并单元布置在具有传感器和开关设备隔室的馈线附近，决策路径和因此的反应时间减少了。结果，组合了ied的全局视图和从合并单元到开关设备隔室的更短路径这两个优点。此外，将任务委派给合并单元还使得ied免于必须在期望的点及时采取动作，从而允许其处理另一任务。这为ied提供了外包动作的机会，从而提供了附加的处理资源。

11、合并单元可以提供符合采样值(sv)或采样测量值(smv)的测量数据，后者由iec61850-9-2标准定义。测量数据可以由合并单元对于特定的网格频率以特定的速率发布，例如对于50hz的网格频率以每秒4000帧发布，对于60hz的网格频率以每秒4800帧发布。smv可以遵从发布者/订阅者模型，其中发布者向订阅者传输未确认的数据。

12、合并单元通常提供物理接口至馈线的开关设备隔室。开关设备隔室可以被配置用于执行由合并单元发起的控制措施。这里所使用的控制措施通常包括通过开关设备在变电站馈线电路内的操作，特别是保护的操作，诸如如果馈线有故障则将馈线与变电站分离，或者在故障被解决之后闭合变电站馈线电路的断路器，特别是跳开断路器，或者还升高/降低抽头位置以便维持期望的电压水平。开关设备隔室可以提供硬件设备以执行相应的控制措施。

13、指示潜在即将到来的故障的故障状况在此用于描述测量数据中的异常现象，诸如电压损失、过电流或频率偏差。

14、在一个实施例中，控制系统包括至少一个第二合并单元和至少一个第二变电站馈线。总线网络将ied与至少一个第二合并单元进行连接。该方法还包括通过至少一个第二变电站馈线提供测量信号至该至少一个第二合并单元。该方法还包括通过至少一个第二合并单元将基于至少一个第二变电站馈线的测量信号的第二测量数据经由该总线网络传输至ied。

15、在该实施例中，该方法还可以包括：通过保护器件基于第二测量数据标识第二故障状况，该故障状况指示潜在即将到来的故障；以及通过保护器件将条件控制命令经由总线网络传输至该至少一个第二合并单元。这使得ied能够以更全局的视角看待多个变电站馈线，并由此推导出特定变电站馈线的潜在故障状况，并指示相应的合并单元。

16、在另一实施例中，遵循分层通信协议经由总线网络传输条件控制命令。合并单元在分层通信协议中位于比ied更低的分层层级。测量数据也可以可选地经由总线网络根据分层或非分层通信协议来传输。

17、在一个实施例中，控制方法还包括通过ied将条件控制命令的条件编码至小代码中，并通过ied将小代码经由总线网络传输至合并单元。该方法还包括通过合并单元处理小代码。合并单元可以包括用于处理小代码的小代码解译器。例如，小代码可以包括合并单元执行的指令序列。这样的指令可以包括诸如“if i>100a，trip breaker，endif”的函数声明。

18、在备选实施例中，条件控制命令的条件包括直到保护措施的发起的特定反应时间段。这样的“定时”命令被发出以在设定的反应时间期满之后执行特定的保护措施。变电站中的器件通常是同步的并且因此是指共同时间。因此，“定时”命令的反应时间可以基于公共参考帧来计算。

19、备选地或附加地，条件控制命令的条件包括用于测量数据的特定故障阈值。在一些情况下，该条件包括在特定时间段上用于测量数据的特定故障阈值。

20、备选地或附加地，条件控制命令的条件包括用于所测量的电流和/或电压的过零条件。

21、用于指定条件的示例可以考虑诸如断路器的零点开关的应用。因此，合并单元可以本地地确定何时发起控制动作的时刻，即当馈线的交流电流通过零点时。这样，防止了潜在的开关电弧和其它危险。

22、测量信号通常包括电压信号、电流信号、温度信号、和频率信号中的至少一个。测量数据通常包括基于相应测量信号的电流数据、电压数据、和频率数据中的至少一个。

23、在另一实施例中，控制措施还包括操作变电站的至少一个开关设备隔室。开关设备隔室优选地包括断路器、隔离开关、负载开关或开关切断器中的至少一个。开关切断器可以包括普通开关切断器或熔断式开关切断器。该操作优选地包括控制动作。

24、在又一实施例中，控制方法还包括：通过ied基于测量数据标识无故障状况，该无故障状况指示条件控制命令不再需要；以及通过ied将用于取消条件控制命令的取消命令传输至合并单元。

25、根据另一方面，提供了用于变电站的控制系统的合并单元。合并单元包括用于从至少一个变电站馈线接收测量信号的面向馈线接口。合并单元还包括用于基于至少一个变电站馈线的测量信号提供测量数据的信号转换器。此外，合并单元具有总线接口，用于将测量数据经由总线网络传输至ied，以及用于从ied接收条件控制命令。条件控制命令包括控制措施和用于执行控制措施的条件。合并单元还包括被配置用于确定条件控制命令的条件是否被满足的逻辑，并且如果是，则用于发起变电站馈线电路的控制措施。

26、根据另一方面，提供了用于变电站的控制系统。控制系统包括至少一个具有用于提供测量信号的传感器的变电站馈线、至少一个合并单元、ied、和总线网络。总线网络将至少一个合并单元与ied进行连接。该至少一个合并单元具有用于从至少一个变电站馈线接收测量信号的面向馈线接口，用于基于至少一个变电站馈线的测量信号提供测量数据的信号转换器，以及用于将测量数据经由总线网络传输至ied的总线接口。ied具有用于接收测量数据的总线接口。ied还具有用于基于测量数据标识指示潜在即将到来的故障的故障状况并用于提供条件控制命令的逻辑。总线接口被配置用于将条件控制命令经由总线网络传输至该至少一个合并单元。条件控制命令包括控制措施和用于执行控制措施的条件。合并单元具有被配置用于确定条件控制命令的条件是否被满足的逻辑，并且如果是，则用于发起变电站馈线电路的控制措施。

27、其它特征可以从从属权利要求中推导。

28、在实施例中，ied和合并单元之间的总线网络遵循分层通信协议。该至少一个合并单元在分层通信协议中位于比ied更低的分层层级。

29、在备选实施例中，条件控制命令被编码为小代码，并且合并单元具有被配置用于实现小代码的逻辑。小代码可以通过ied在运行中预编译或创建。小代码可以是通用的或以特定合并单元或合并单元组为目标。小代码可以包括函数声明、用于对控制动作做出决策的计算图表或机器学习模型。

30、在又一实施例中，控制系统还包括至少一个开关设备隔室。开关设备隔室优选地包括断路器、隔离开关、负载开关或开关切断器中的至少一个。控制措施优选地包括控制动作。断路器可以是气体绝缘或空气绝缘断路器。开关设备系统可以被配置用于低电压(例如1kv以下)、中电压(例如3kv至36kv)或高电压(例如高于36kv)。开关器件可以使用不同于iec61850标准的通信标准，例如opc-ua、mod总线、iec60870、dnp3。这些标准可以被扩展以承载条件控制命令和/或小代码。

31、该控制系统进一步被配置用于执行上述方法或其部分。