一種變電站直流電源監控系統及方法
2023-05-29 17:45:11
一種變電站直流電源監控系統及方法
【專利摘要】本發明提供了一種變電站直流電源監控系統及方法，包括：智能設備信息採集終端、人機界面配置模塊、IED模型自動配置模塊、版本自動匹配模塊、自適應通信模塊以及後臺監控中心；所述智能設備信息採集終端、人機界面配置模塊、IED模型自動配置模塊、版本自動匹配模塊和自適應通信模塊分別與後臺監控中心連接。本發明有益效果：用戶能根據特定需求設置變電站配置信息，快速展示相應的變電站子系統界面；能夠根據配置的不同快速地生成IED性能描述文件和映射文件，極大地減少了手動工作量，降低出錯概率，降低人工成本；能夠提前檢測存在的硬體問題並找到相應的策略；能夠及時掌握上位機的軟體版本與下位機的軟體版本的匹配情況。
【專利說明】一種變電站直流電源監控系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直流電源監控領域，尤其涉及一種變電站直流電源監控系統及方法。
【背景技術】
[0002] 目前，電網調度自動化已經非常成熟完善，越來越多的變電站實現了無人值守。但 人員撤離後，變電站的安全運行變得異常重要，對於安全監視的需求越來越強烈。雖然電網 調度自動化系統涵蓋了部分直流電源系統的信息，但大部分直流設備運行狀況不能完全掌 握。
[0003] 在變電站中，直流電源為控制負荷、動力負荷、直流事故照明負荷等提供電源，是 保證變電站正常運行的重要組成之一。目前，變電站向數位化、無人值守型和網絡化集中管 理的方向發展，各種電氣設備已逐漸實現遠方監控，但是對於直流電源的遠程在線監控卻 無完善的實施方案；因此不能全面地反映直流系統的運行狀況，特別是當直流系統出現運 行異常初期，調度自動化系統並不能檢測到故障狀態，不利於直流電源系統以及整個電網 系統的實時監控。
[0004] 現有的變電站直流電源系統在運行時，主要存在以下問題：
[0005] 1、現有直流電源監控裝置的人機界面和變電站的配置、布局、接線是一種強耦合 模式，每一個變電站都需要單獨開發一套人機界面，不能根據變電站的要求靈活展示每個 變電站的人機界面信息，軟體可移植性差，不利於集中控制和數字量通訊，不能有效的實現 人機對話，運行中不能任意改變運行參數。
[0006] 2、目前變電站直流電源設備使用IEC 61850-7-420標準實現的61850模型文件 建模，IEC61850-7-420標準對變電站直流電源設備的邏輯節點沒有列出相關的擴展類。自 DL/T 860標準推出之後，原有的建模方法不能滿足現有標準的規定，不符合國網招標規範。 原有的模型文件由於不同的廠家創建不同的邏輯節點LN(logical node，以下簡稱LN)，互 操作性差。
[0007] 61850模型文件一直採用手動編輯的方式完成，手動編輯IED性能描述（IED Capability Description，以下簡稱I⑶）文件對工程人員的技術要求高，工作量大，易 出錯。如果配置修改後，需要重新編輯IED性能描述文件。其中，IED為Intelligent Electronic Device,以下簡稱 IED。
[0008] 3、由於不同廠家的直流電源裝置存在技術上的脫節不協調，隨著系統軟體的需求 的添加、測點的增多，可能會導致直流電源系統的軟體版本與其他電源系統的軟體版本不 匹配，設備無法正常運行，特別是對於智能變電站和無人值班電站，影響更大。
[0009] 4、目前直流電源設備的通信機制是先人工手動配置埠信息，然後保存參數重啟 生效。如果下位機更換其他類型的設備需要重新修改配置，然後保存參數重啟生效。這種 配置修改-保存-重啟的機制對操作人員的技術要求高，靈活性、兼容性差。
【發明內容】
[0010] 本發明的目的就是為了解決上述問題，提供了一種變電站直流電源監控系統及方 法，該系統及方法能夠使得用戶能根據變電站的需求有效的配置直流電源系統的各項參 數，每個變電站可以根據配置信息動態顯示每個直流電源監控子系統的接線圖及子系統運 行信息。
[0011] 為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
[0012] 一種變電站直流電源監控系統，包括：智能設備信息採集終端、人機界面配置模 塊、IED模型自動配置模塊、版本自動匹配模塊、自適應通信模塊以及後臺監控中心；
[0013] 智能設備信息採集終端：採集並上傳變電站直流電源環境的運行參數信息以及直 流電源設備及線路的工作狀態信息；
[0014] 人機界面配置模塊：用於根據實際需求配置變電站直流電源系統參數信息，並進 行變電站直流電源系統的界面展示；
[0015] IED模型自動配置模塊：根據不同的配置自動生成模型文件，實現對變電站直流 電源設備的快速建模；
[0016] 版本自動匹配模塊：用於實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版本 是否自動匹配；
[0017] 自適應通信模塊：用於實現直流電源監控系統與各個監控單元的自適應通信；
[0018] 後臺監控中心：控制直流電源監控系統人機界面的配置、IED模型的自動配置、版 本的自動匹配以及設備間的自適應通信以及判斷變電站直流電源環境的運行參數異常並 據此發出報警信息；
[0019] 所述智能設備信息採集終端、人機界面配置模塊、IED模型自動配置模塊、版本自 動匹配模塊和自適應通信模塊分別與後臺監控中心連接。
[0020] 所述智能設備信息採集終端分別與採集直流電源信息的採樣模塊、絕緣檢測裝 置、開入模塊、開出模塊和電池巡檢模塊和充電模塊通信。
[0021] 所述人機界面配置模塊包括：上位機、下位機和雲計算伺服器；
[0022] 所述上位機為直流電源監控系統人機界面，所述下位機為通信管理模塊，所述直 流電源監控系統人機界面與通信管理模塊通過網口或者串口進行通信；
[0023] 所述通信管理模塊採集直流電源的報警記錄並分別傳送給直流電源監控系統人 機界面和雲計算中心，運用雲計算伺服器進行數據分析，形成一個包含有故障點反饋、故障 等級、事故原因、用戶區域、時間走勢、觸發因素信息的統計圖在一體化電源人機界面上展 示，所述一體化電源人機界面還能夠展示實時報警記錄和歷史報警記錄。
[0024] 所述自適應通信模塊包括：智能子模塊，所述智能子模塊通過接口與外部環境通 f目；
[0025] 所述智能子模塊包括觀察單元、自學習單元和行為單元；所述觀察單元與自學習 單元通信，所述自學習單元與行為單元通信；
[0026] 所述觀察單元根據系統的內部狀態從自學習單元獲取信息向下位機發送消息，並 將收到的消息給自學習單元；
[0027] 所述自學習單元接收觀察單元的消息，通過學習和推理制定發送策略，在信息庫 中查找相應的發送信息；對收發的信息進行學習和推理，制定相應的配置策略；
[0028] 所述行為單元根據學習單元的配置策略對設備進行配置，系統將接收到的測點數 據根據不同類型分組向後臺轉發。
[0029] 所述觀察單元包括消息子單元和系統內部狀態子單元；
[0030] 所述消息子單元指系統與下位機通信的數據，模塊之間交互的數據；
[0031] 所述系統內部狀態子單元包括埠未配置、配置中、配置完成和啟動異常。
[0032] 所述自學習單元包括依次連接的推理子單元、信息庫、學習子單元和策略庫；
[0033] 所述推理子單元指對接收到的已知消息進行處理，推斷出下位機的類型；
[0034] 所述信息庫指所有系統支持的下位機的消息集合；
[0035] 所述學習子單元指對消息的觀察、推理；
[0036] 所述策略庫包含未配置的發送策略、配置成功後的發送策略、配置策略、轉發策 略、分組策略。
[0037] 所述行為單元包括自適應配置子單元、數據轉發子單元和分組調度子單元；
[0038] 所述自適應配置子單元根據系統埠下接設備的不同自動匹配，無需用戶手動修 改配置文件；
[0039] 所述數據轉發子單元用於將測點數據對後臺轉發；
[0040] 所述分組調度子單元根據數據類型的不同、測點數據的個數分類型分組的發送。
[0041] 變電站直流電源監控系統還包括：變電站直流電源備用電池組監控子系統，所述 變電站直流電源備用電池組監控子系統包括：若干組電池接口，每組電池接口均與單體電 池連接，所述電池接口與其鄰近的電池接口通過開關連接，電池接口從左往右排序，排序為 奇數的電池接口與其鄰近的奇數電池接口通過旁路開關連接，排序為偶數的電池接口與其 鄰近的偶數電池接口連接，所有開關被控制單元控制，所述控制單元，實時檢測各開關的閉 合狀態，並根據電池信息控制開關的導通和關閉；所述變電站直流電源備用電池組監控子 系統與後臺監控中心連接。
[0042] 所述每組電池接口均分為正極接口和負極接口，每組電池接口均與單體電池的正 負兩極連接，
[0043] 第i組電池接口 &的正/負極接口均與第i+1組電池接口 B i+1的負/正極接口通 過開關Si連接，
[0044] 第i組電池接口 &的負/正極接口均與第i-1組電池接口 B h的正/負極接口通 過開關Sg連接，
[0045] 第i_l組電池接口 的正/負極接口均與第i+1組電池接口 B i+1的負/正極接 口通過串聯的芳路開關Cg和保護電路連接；
[0046] 其中，1 < i < n，n為電池接口的組數，i為正整數；
[0047] 所述開關與驅動電路連接，所述旁路開關與驅動電路連接，所述驅動電路與控制 單元連接；所述控制單元，實時檢測各開關的閉合狀態，並根據電池信息控制開關的導通和 關閉。
[0048] 一種變電站直流電源監控系統的工作方法，包括：
[0049] 採集變電站直流電源系統各母線及饋線開關的通斷狀態、變電站直流電源環境的 運行參數、變電站直流電源備用電池組充電效率以及變電站直流電源系統設備的工作狀態 信息並上傳至後臺監控中心；
[0050] 後臺監控中心根據接收到的數據、結合客戶端上傳的參數配置信息對直流電源監 控系統的人機界面進行配置，對變電站直流電源設備進行快速建模，實現直流電源監控系 統與各個監控單元的自適應通信，並實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版 本是否自動匹配；
[0051] 同時，後臺監控中心根據接收到的變電站直流電源備用電池組充電信息實時控制 備用電池組的充電利用率；
[0052] 後臺監控中心判斷變電站直流電源環境的運行參數以及上述個操作步驟是否存 在異常並據此發出報警信息。
[0053] 所述對直流電源監控系統的人機界面進行配置的方法包括以下步驟：
[0054] (1)設備自檢，系統初始化；
[0055] (2)讀取系統原始配置文件信息，判斷所述配置文件信息是否讀取成功；若是，所 述原始配置文件信息在直流電源監控系統人機界面進行顯示，否則，檢查或修改配置文件 無誤後重新讀取；
[0056] (3)建立直流電源監控系統人機界面和通信管理模塊之間的通信，檢查通信是否 正常；如果正常，直流電源監控系統人機界面接收通信管理模塊發送的數據，將外接設備信 息展示到人機界面；
[0057] (4)檢查當前配置信息是否滿足變電站的具體要求，如果符合，配置過程結束，如 果不符合要求，則進入步驟（5)重新配置系統信息，
[0058] (5)在直流電源監控系統人機界面端重新配置系統信息，並將所述配置信息保存 到配置文件中；
[0059] (6)將配置好的數據信息發送至通信管理模塊，重啟通信管理模塊，配置過程結 束。
[0060] 所述直流電源系統能夠配置N1個述直流電源監控子系統和Ml套述直流電源副監 控系統，所述直流電源監控子系統包含電池巡檢、充電模塊、絕緣檢測模塊、母線、進線、饋 線條數、調壓裝置、熔斷器、避雷器、母聯開關、充電開關以及連接關係信息；所述直流電源 監副監控系統包含充電模塊和充電開關數量；
[0061] 根據上述配置信息能夠自動生成K1套交流電源系統方案，每套方案都能夠在變 電站主界面展示直流電源系統的圖元信息以及圖元之間的連接關係；
[0062] 配置完成後，所述直流電源監控子系統能夠顯示電源模塊主運行狀態、電源模塊 信息、絕緣狀態、電池電壓以及饋線脫扣信息。
[0063] 所述對變電站直流電源設備進行快速建模的方法包括如下步驟：
[0064] 1):開始，導入提供默認的ICD文件，判斷變電站用直流電源設備的埠配置是否 發生變化；如果是就進入步驟2);如果否，變電站直流電源設備正常啟動；
[0065] 2):備份IED性能描述文件和映射文件；
[0066] 3):根據DL/T860標準開始生成IED性能描述文件；分別進入步驟4)和步驟5);
[0067] 4):確定邏輯設備LD (logical device，以下簡稱LD);進入步驟6);
[0068] 5):確定邏輯設備LD所帶的邏輯節點LN ;進入步驟6);
[0069] 6):根據DL/T860標準判斷生成IED性能描述文件是否失敗，如果生成IED性能描 述文件是第一次失敗就返回步驟3);如果生成IED性能描述文件是第二次失敗就進入步驟 7);如果生成IED性能描述文件成功就進入步驟8);
[0070] 7):使用默認的IED性能描述文件；並進入步驟8);
[0071] 8):根據IED性能描述文件生成對應的映射文件；進入步驟9);
[0072] 9):校驗IED性能描述文件和映射文件是否正確，如果成功就進入步驟11);如果 是第一次校驗失敗就返回步驟3);如果是第二次校驗失敗就進入步驟10);
[0073] 步驟10):使用默認的IED性能描述文件和映射文件；進入步驟11);
[0074] 步驟11):變電站用直流電源設備正常啟動。
[0075] 所述步驟3)的IED性能描述文件生成時使用下述命名規則：
[0076] (3-1):如果同一類型的邏輯設備LD數量超過一個，通過添加兩位數字尾綴來區 分；
[0077] (3-2):屬於同一功能對象的數據和數據屬性應放在同一個邏輯節點LN對象中：
[0078] (3-2-1):如果同一類型的邏輯設備LD超過一個，通過添加前綴來區分；
[0079] 命名原則：功能縮寫+邏輯節點類名。
[0080] 所述實現直流電源監控系統與各個監控單元的自適應通信的方法包括如下步 驟：
[0081] 步驟a :開始，判斷系統自檢是否成功，如果是就系統初始化，進入步驟b ;如果否 就提示出現硬體異常的故障狀態，結束；
[0082] 步驟b :讀取文件獲取信息庫和策略庫；判斷讀取是否成功，如果是就發送接送數 據，進入步驟c，如果否就提示文件異常的故障狀態，結束；
[0083] 步驟c :判斷埠配置是否完成，如果是就數據轉發分組調度：根據數據類型的不 同對測點數據分組對後臺轉發，系統正常啟動；如果否就進入步驟d ;
[0084] 步驟d:制定配置策略，判斷是否存在配置策略，如果是就配置埠後保存文件， 置配置標誌為成功，系統正常啟動；如果否就結束。
[0085] 所述步驟b中的信息庫指所有系統支持的下位機的消息集合；策略庫包含未配置 的發送策略、配置成功後的發送策略、配置策略、轉發策略、分組策略；所述配置策略包括配 置埠是否啟動、設備數和設備類型。
[0086] 所述步驟d的制定配置策略的步驟為：
[0087] 步驟（d-1):需要配置，修改配置標誌為"未配置"；
[0088] 步驟（d_2):根據校驗和、有效長度和類型判斷與下位機通信的數據的有效性，如 果有效就進入步驟（d-3);如果無效就進入步驟（d-4);
[0089] 步驟（d-3):查找信息庫，獲取與下位機通信的響應消息；進入步驟（d-5);
[0090] 步驟（d-4):置未配置標誌數據異常，無法正確配置，結束；
[0091] 步驟（d-5):推理：對接收到的已知消息進行處理，推斷出下位機的類型；進入步 驟（d_6);
[0092] 步驟（d-6):自學習：對消息的觀察、推理；進入步驟（d-7);
[0093] 步驟（d-7):判斷策略庫中是否存在推理、學習到的埠配置策略；如果是就進入 步驟（d-8);如果否就進入步驟（d-9);
[0094] 步驟（d-8):制定埠配置策略；進入步驟（d-10);
[0095] 步驟（d-9):置"未配置標誌"，提示連接異常；無法正確配置，結束；
[0096] 步驟（d-10):判斷配置是否成功，如果是就置配置完成標誌，完成正確配置；如果 否就置未配置標誌提示連接異常；無法配置，結束。
[0097] 所述實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版本是否自動匹配的方 法包括如下步驟：
[0098] ①自適應通信管理模塊讀取配置文件，獲取版本配套表；
[0099] ②對獲取的信息進行統計，記錄系統的軟體版本、下位機的軟體版本和下位機類 型；
[0100] ③根據系統的軟體版本和下位機類型，從版本配套表中查詢下位機的配套版本範 圍；
[0101] ④若對接的下位機的軟體版本高於上位機的配套版本範圍上限，則下位機上報測 點數大於系統記錄值的測點，上位機仍處理下位機上報的測點但丟棄下位機多報的測點， 以保證系統可以正常工作，並提示相關人員上位機軟體版本低，儘快升級上位機；
[0102] ⑤若對接的下位機的軟體版本低於上位機的配套版本範圍下限，則下位機上報測 點數小於系統記錄值的測點，上位機仍處理下位機上報的測點，以保證系統可以正常工作， 並提示相關人員下位機軟體版本低，儘快升級下位機；
[0103] ⑥系統繼續工作。
[0104] 所述後臺監控中心根據接收到的變電站直流電源備用電池組充電信息實時控制 備用電池組的充電利用率的方法包括如下步驟：
[0105] 步驟1):電池放電，檢測單體電池電壓；
[0106] 步驟2):判斷最低單體電池電Svmin是否小於放電階段電池切換門檻值V lOT，如果 是表示該節電池已進入放電末期，容量即將放光，就進入步驟3 ;如果否就返回步驟1);
[0107] 步驟3):判斷是否滿足放電切除的條件，即判斷當前電池組總電壓Vttal是否大於 車載電源模塊要求的最低供電電壓Vin，如果是就進入步驟4);如果否就進入步驟5);
[0108] 步驟4):切掉電壓過低的電池，更新最低單體電池電壓Vmin，保存切除狀態信息； 進入步驟5);
[0109] 步驟5):判斷電池組電量是否低於負載的最低工作電壓，如果是就進入步驟6); 如果否就返回步驟1);
[0110] 步驟6):電池充電，檢測單體電池電壓，進入步驟7);
[0111] 步驟7):判斷最高單體電池電是否大於充電階段電池切換門檻值Vhigh，如果 是表示該節電池已進入充電末期，容量即將充滿，就進入步驟8);如果否就返回步驟6);
[0112] 步驟8):判斷是否滿足充電切除條件，即判斷當前電池組總電壓Vt(rtal是否大於充 電機最低輸出電壓，如果是就進入步驟9);如果否就進入步驟10);
[0113] 步驟9):切掉該節電池，更新最高單體電池電壓V_，保存切除狀態信息；進入步 驟 10);
[0114] 步驟10):判斷電池是否充滿，如果是就返回步驟1);如果否就進入步驟7)。
[0115] 所述步驟4)中切掉電壓過低的電池的具體過程為：將電壓過低電池從電池組中 切掉，首先閉合該節電池的旁路開關Cg，保護電路吸收閉合時的衝擊環流，避免電池短路； 然後將該節電池兩端的開關電路Si_dP s i斷開，將電池從電池組內切除。
[0116] 本發明的有益效果：
[0117] 1、本發明通過將MCGS組態屏TPC1062K(人機界面）和通信管理模塊進行通信用 於進行直流電源監控。實現了直流電源監控裝置成本低、操作簡單、適應能力強，用戶體驗 好，軟體重複利用價值高，用戶能根據特定需求設置變電站配置信息，快速展示相應的變電 站子系統界面。
[0118] 2、利用雲計算來分析直流電源監控的故障點數據是一種全新的檢測方法，通過網 絡把故障點數據上傳到雲計算中心，然後利用雲計算中心對故障點數據進行統計和分析， 得出故障描述信息餅圖，能夠快速的安排工程技術人員維護和檢修。
[0119] 3、本發明直流電源監控系統的IED模型自動配置模塊可以保證生成的IED性能描 述文件符合DL/T860標準，並能夠判斷IED性能描述文件和映射文件的正確性；根據配置的 不同快速地生成IED性能描述文件和映射文件，極大地減少了手動工作量，降低出錯概率， 降低人工成本。
[0120] 4、本發明直流電源監控系統的自適應通信模塊能夠提前檢測存在的硬體問題，根 據信息庫的內容推理學習找到相應的策略，對收發的消息有認知的功能；無需手動配製，通 過對交互信息的認知可以自動適應下位機；程序可移植性、可擴展性強。信息庫、策略庫根 據不同的需求可以靈活的添加或者刪除，方便用戶接口的擴展。
[0121] 5、本發明直流電源監控系統的版本自動匹配模塊使得直流電源監控系統與個子 監控系統通信時採用認知的自適應通信機制，軟體版本自動兼容，能夠及時掌握上位機的 軟體版本與下位機的軟體版本的匹配情況，避免由於不兼容導致系統無法正常運行的情 況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0122] 圖1為本發明變電站直流電源備用電池組監控子系統結構示意圖；
[0123] 圖2為本發明直流電源監控人機界面配置方法流程圖；
[0124] 圖3為本發明直流電源監控人機界面與通信管理模塊通信示意圖；
[0125] 圖4為本發明直流電源監控系統自動生成I⑶、映射文件流程圖；
[0126] 圖5為本發明直流電源監控系統自適應通信模塊的認知環模型；
[0127] 圖6本發明直流電源監控系統自適應通信的整體流程圖；
[0128] 圖7為本發明直流電源監控系統自適應通信模塊制定配置策略的流程圖；
[0129] 圖8為本發明直流電源監控系統版本自動匹配的流程圖；
[0130] 圖9為本發明提高變電站直流電源備用電池組充電利用率的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0131] 下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0132] 變電站直流電源監控系統包括：智能設備信息採集終端、人機界面配置模塊、IED 模型自動配置模塊、版本自動匹配模塊、自適應通信模塊以及後臺監控中心；智能設備信息 採集終端、人機界面配置模塊、IED模型自動配置模塊、版本自動匹配模塊和自適應通信模 塊分別與後臺監控中心連接。
[0133] 智能設備信息採集終端：採集並上傳變電站直流電源環境的運行參數信息以及直 流電源設備及線路的工作狀態信息；智能設備信息採集終端分別與採集直流電源信息的採 樣模塊、絕緣檢測裝置、開入模塊、開出模塊和電池巡檢模塊和充電模塊通信。
[0134] 人機界面配置模塊：用於根據實際需求配置變電站直流電源系統參數信息，並進 行變電站直流電源系統的界面展示；人機界面配置模塊包括：上位機、下位機和雲計算服 務器；上位機為直流電源監控系統人機界面，下位機為通信管理模塊，直流電源監控系統人 機界面與通信管理模塊通過網口或者串口進行通信；通信管理模塊採集直流電源的報警記 錄並分別傳送給直流電源監控系統人機界面和雲計算中心，運用雲計算伺服器進行數據分 析，形成一個包含有故障點反饋、故障等級、事故原因、用戶區域、時間走勢、觸發因素信息 的統計圖在一體化電源人機界面上展示，所述一體化電源人機界面還能夠展示實時報警記 錄和歷史報警記錄。
[0135] 自適應通信模塊：用於實現直流電源監控系統與各個監控單元的自適應通信；從 通信系統的角度認知包含的基本功能：觀察、學習、記憶、決策，即對獲取的信息以及當前觀 察結果做出響應。本發明的目的是：滿足用戶需求的靈活可靠通信。
[0136] 認知系統由兩大主要部件構成：環境以及處於環境中的智能子模塊。智能子模塊 通過觀察來得知環境對其自身的作用，同時智能子模塊通過其行為反作用於環境。
[0137] 如圖5所示，在本發明提出的認知環模型中，將智能子模塊定義為：為實現某通 信目標而互相依賴的網絡節點，具體如電力設備、單個裝置；環境為外部環境和內部環境， 外部環境包括外部設備、網絡，而內部環境為智能子模塊內部所觸發的事件以及內部狀態。 智能子模塊通過感知以獲取外部接口的信息，而智能子模塊內部的事件和狀態可以直接獲 知。智能子模塊的行為由所學習到的策略所決定，而學習過程由分層或跨層的優化目標所 確定的效用以及智能子模塊從環境中獲取的信息共同決定。行為一方面作用於外部環境， 另一方面也作用於內部環境。認知的自適應通信機制主要體現在系統啟動過程中，程序正 常運行後配置不再發生變化。
[0138] IED模型自動配置模塊：根據不同的配置自動生成模型文件，實現對變電站直流 電源設備的快速建模；
[0139] 版本自動匹配模塊：用於實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版本 是否自動匹配；
[0140] 後臺監控中心：控制直流電源監控系統人機界面的配置、IED模型的自動配置、版 本的自動匹配以及設備間的自適應通信以及判斷變電站直流電源環境的運行參數異常並 據此發出報警信息。
[0141] 變電站直流電源監控系統還包括：變電站直流電源備用電池組監控子系統，如圖 1所示，變電站直流電源備用電池組監控子系統包括：若干組電池接口，每組電池接口均與 單體電池連接，所述電池接口與其鄰近的電池接口通過開關連接，電池接口從左往右排序， 排序為奇數的電池接口與其鄰近的奇數電池接口通過旁路開關連接，排序為偶數的電池接 口與其鄰近的偶數電池接口連接，所有開關被控制單元控制，所述控制單元，實時檢測各開 關的閉合狀態，並根據電池信息控制開關的導通和關閉；所述變電站直流電源備用電池組 監控子系統與後臺監控中心連接。
[0142] 每組電池接口均分為正極接口和負極接口，每組電池接口均與單體電池的正負兩 極連接，
[0143] 第i組電池接口 &的正/負極接口均與第i+1組電池接口 B i+1的負/正極接口通 過開關Si連接，
[0144] 第i組電池接口 Bi的負/正極接口均與第i-1組電池接口 B H的正/負極接口通 過開關Sg連接，
[0145] 第i_l組電池接口 的正/負極接口均與第i+1組電池接口 B i+1的負/正極接 口通過串聯的芳路開關Cg和保護電路連接；
[0146] 其中，1 < i < n，n為電池接口的組數，i為正整數；
[0147] 所述開關與驅動電路連接，所述旁路開關與驅動電路連接，所述驅動電路與控制 單元連接；所述控制單元，實時檢測各開關的閉合狀態，並根據電池信息控制開關的導通和 關閉。
[0148] 變電站直流電源監控系統的工作方法包括：採集變電站直流電源系統各母線及饋 線開關的通斷狀態、變電站直流電源環境的運行參數、以及變電站直流電源系統設備的工 作狀態信息並上傳至後臺監控中心；後臺監控中心根據接收到的數據、結合客戶端上傳的 參數配置信息對直流電源監控系統的人機界面進行配置，對變電站直流電源設備進行快速 建模，實現直流電源監控系統與各個監控單元的自適應通信，並實時監測直流電源監控系 統與各個監控單元的軟體版本是否自動匹配；後臺監控中心判斷變電站直流電源環境的運 行參數以及上述個操作步驟是否存在異常並據此發出報警信息。
[0149] 對直流電源監控系統的人機界面進行配置的方法，如圖2所示，具體步驟如下：
[0150] 1.首先執行步驟S10,設備自檢，系統初始化，接著執行步驟S20,讀取原始配置文 件信息。接著執行步驟S30。
[0151] 2.在S30步驟中，判斷文件是否讀取成功，若是，根據原始配置信息進入上位機端 顯示，執行步驟S40。
[0152] 3.在步驟S40中，主要檢查上位機和下位機通信是否正常，上位機，即人機管理模 塊，下位機即通信管理模塊。通信正常，執行步驟S50。通信不正常，檢查上位機和下位機連 接是否良好。
[0153] 4.在步驟S50中，於該上位機端，根據上位機ModBus和下位機進行通信，下位機 (為通信管理機）轉發主站發送的數據和接收上位機下發的數據，該數據是用來展示外接 設備的信息（比如：遙測是數值（電壓值：ll〇KV，電值：50A等），遙信是開關量（0、分開；1、 閉合）。發送數據的目的是為了展示設備信息到人機界面，根據數據能顯示該設備是否正常 運行；在上位機（為人機界面）端接收數據進行展示。檢驗人機界面中展示的數據信息，進 入步驟S60。
[0154] 5.在步驟S60中，根據變電站的要求，查看當前配置信息，檢查變電站設計要求， 如果不符合要求，則需要重新配置系統信息，執行步驟S70 ;如果符合要求，結束配置過程。
[0155] 6.在步驟S70中，在上位機端配置系統信息，進入步驟S80。
[0156] 7.在步驟S80中，組織整理串口、網口等數據，執行步驟S90。
[0157] 8.在步驟S90中，根據整理好的數據信息，轉發給下位機，執行步驟SA0。
[0158] 9.在步驟SA0中，保存配置信息到文件中，然後重啟下位機，整個配置過程完畢。
[0159] 直流電源監控系統可配置N1 (N1彡1)個監控子系統和Ml (Ml彡1)套副監控，監控 子系統含有電池巡檢、充電模塊、絕緣檢測模塊、母線、進線、饋線條數、調壓裝置、熔斷器、 避雷器、母聯開關、充電開關以及連接關係等信息。副監控只能配置充電模塊和充電開關 數。根據上述配置可以自動生成K1(K1多1)套交流系統方案，每套方案是為了在變電站主 界面豐富展示直流電源系統的圖元信息以及圖元之間的連接關係。
[0160] 系統配置中，還需要對串口和網口進行配置，串口配置是將電源裝置實際使用的 串口個數來進行配置，以連接相應的子監控系統。將配置的串口信息通過保存並下發給通 信管理模塊。網口配置用於配置本機器網口的IP位址、Mac地址，以及該IP位址是否啟用 的信息，網口一方面是用來調試該設備收發數據是否正常，另一方面是用來和主站或者後 臺進行通信。網口只需將網口的IP位址和Mac地址和SNTP (或者B碼）對時進行相應設 置，然後保存並下發即可。
[0161] 配置完成後，直流電源監控子系統主要顯示電源模塊主運行狀態、電源模塊信息、 絕緣狀態、電池電壓以及饋線脫扣信息。
[0162] 直流電源監控子系統的主運行狀態信息主要有交流進線電壓、模塊電壓、電流、母 線電壓、放電容量、充電狀態以及聯絡開關和充電開關的狀態；電源模塊包含所有的電源模 塊輸出電壓、電流信息；絕緣狀態包含I、II母的正對地電阻信息；直流監控單節電池所有 的電壓信息；所有的饋線脫扣狀態信息。
[0163] 直流電源監控系統的人機界面需要實時顯示所有報警信息。所有的遙信量報警信 息利用走馬燈和報警瀏覽構件的方式顯示。每條報警記錄的產生都進行自動保存生成歷史 報警信息，將產生的報警記錄在歷史報警數據表格中顯示。
[0164] 如圖3所示，通信管理模塊採集報警記錄上送給人機界面，在人機界面中展示實 時報警記錄和歷史報警記錄，將所得報警信息上送到雲計算中心，運用雲計算伺服器進行 數據分析，形成一個包含有故障點反饋、故障等級、事故原因、用戶區域、時間走勢、觸發因 素等信息形成一個餅圖在人機界面上展示，讓工程技術人員有一個清晰的故障分析和定 位。
[0165] DL/T 860標準對於變電站低壓電源設備規定：對需要通信的每個最小功能單元 建模為一個LN對象，對屬於同一功能對象的數據和數據屬性放在同一個LN對象中，為保證 互操作性，不建議新建LN。DL/T 860新定義了邏輯節點類，如表1所示：
[0166] 表1邏輯節點列表
[0167]
【權利要求】
1. 一種變電站直流電源監控系統，其特徵是，包括：智能設備信息採集終端、人機界 面配置模塊、IED模型自動配置模塊、版本自動匹配模塊、自適應通信模塊以及後臺監控中 心； 智能設備信息採集終端：採集並上傳變電站直流電源環境的運行參數信息以及直流電 源設備及線路的工作狀態信息； 人機界面配置模塊：用於根據實際需求配置變電站直流電源系統參數信息，並進行變 電站直流電源系統的界面展示； IED模型自動配置模塊：根據不同的配置自動生成模型文件，實現對變電站直流電源 設備的快速建模； 版本自動匹配模塊：用於實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版本是否 自動匹配； 自適應通信模塊：用於實現直流電源監控系統與各個監控單元的自適應通信； 後臺監控中心：控制直流電源監控系統人機界面的配置、IED模型的自動配置、版本的 自動匹配以及設備間的自適應通信以及判斷變電站直流電源環境的運行參數異常並據此 發出報警信息； 所述智能設備信息採集終端、人機界面配置模塊、IED模型自動配置模塊、版本自動匹 配模塊和自適應通信模塊分別與後臺監控中心連接。
2. 如權利要求1所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是，所述智能設備信息 採集終端分別與採集直流電源信息的採樣模塊、絕緣檢測裝置、開入模塊、開出模塊和電池 巡檢模塊和充電模塊通信。
3. 如權利要求1所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是，所述人機界面配置 模塊包括：上位機、下位機和雲計算伺服器； 所述上位機為直流電源監控系統人機界面，所述下位機為通信管理模塊，所述直流電 源監控系統人機界面與通信管理模塊通過網口或者串口進行通信； 所述通信管理模塊採集直流電源的報警記錄並分別傳送給直流電源監控系統人機界 面和雲計算中心，運用雲計算伺服器進行數據分析，形成一個包含有故障點反饋、故障等 級、事故原因、用戶區域、時間走勢、觸發因素信息的統計圖在一體化電源人機界面上展示， 所述一體化電源人機界面還能夠展示實時報警記錄和歷史報警記錄。
4. 如權利要求1所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是，所述自適應通信模 塊包括：智能子模塊，所述智能子模塊通過接口與外部環境通信； 所述智能子模塊包括觀察單元、自學習單元和行為單元；所述觀察單元與自學習單元 通信，所述自學習單元與行為單元通信； 所述觀察單元根據系統的內部狀態從自學習單元獲取信息向下位機發送消息，並將收 到的消息給自學習單元； 所述自學習單元接收觀察單元的消息，通過學習和推理制定發送策略，在信息庫中查 找相應的發送信息；對收發的信息進行學習和推理，制定相應的配置策略； 所述行為單元根據學習單元的配置策略對設備進行配置，系統將接收到的測點數據根 據不同類型分組向後臺轉發。
5. 如權利要求4所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是， 所述觀察單元包括消息子單元和系統內部狀態子單元； 所述消息子單元指系統與下位機通信的數據，模塊之間交互的數據； 所述系統內部狀態子單元包括埠未配置、配置中、配置完成和啟動異常。
6. 如權利要求4所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是， 所述自學習單元包括依次連接的推理子單元、信息庫、學習子單元和策略庫； 所述推理子單元指對接收到的已知消息進行處理，推斷出下位機的類型； 所述信息庫指所有系統支持的下位機的消息集合； 所述學習子單元指對消息的觀察、推理； 所述策略庫包含未配置的發送策略、配置成功後的發送策略、配置策略、轉發策略、分 組策略。
7. 如權利要求4所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是， 所述行為單元包括自適應配置子單元、數據轉發子單元和分組調度子單元； 所述自適應配置子單元根據系統埠下接設備的不同自動匹配，無需用戶手動修改配 置文件； 所述數據轉發子單元用於將測點數據對後臺轉發； 所述分組調度子單元根據數據類型的不同、測點數據的個數分類型分組的發送。
8. 如權利要求1所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是，還包括：變電站直流 電源備用電池組監控子系統，所述變電站直流電源備用電池組監控子系統包括：若干組電 池接口，每組電池接口均與單體電池連接，所述電池接口與其鄰近的電池接口通過開關連 接，電池接口從左往右排序，排序為奇數的電池接口與其鄰近的奇數電池接口通過旁路開 關連接，排序為偶數的電池接口與其鄰近的偶數電池接口連接，所有開關被控制單元控制， 所述控制單元，實時檢測各開關的閉合狀態，並根據電池信息控制開關的導通和關閉；所述 變電站直流電源備用電池組監控子系統與後臺監控中心連接。
9. 如權利要求8所述的一種變電站直流電源監控系統，其特徵是，所述每組電池接口 均分為正極接口和負極接口，每組電池接口均與單體電池的正負兩極連接， 第i組電池接口 &的正/負極接口均與第i+1組電池接口 Bi+1的負/正極接口通過開 關Si連接， 第i組電池接口 &的負/正極接口均與第i-1組電池接口 B h的正/負極接口通過開 關連接， 第i-1組電池接口 的正/負極接口均與第i+1組電池接口 B i+1的負/正極接口通 過串聯的芳路開關Cg和保護電路連接； 其中，1 < i < n，n為電池接口的組數，i為正整數； 所述開關與驅動電路連接，所述旁路開關與驅動電路連接，所述驅動電路與控制單元 連接；所述控制單元，實時檢測各開關的閉合狀態，並根據電池信息控制開關的導通和關 閉。
10. -種如權利要求1所述的變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，包括： 採集變電站直流電源系統各母線及饋線開關的通斷狀態、變電站直流電源環境的運行 參數、變電站直流電源備用電池組充電效率以及變電站直流電源系統設備的工作狀態信息 並上傳至後臺監控中心； 後臺監控中心根據接收到的數據、結合客戶端上傳的參數配置信息對直流電源監控系 統的人機界面進行配置，對變電站直流電源設備進行快速建模，實現直流電源監控系統與 各個監控單元的自適應通信，並實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版本是 否自動匹配； 同時，後臺監控中心根據接收到的變電站直流電源備用電池組充電信息實時控制備用 電池組的充電利用率； 後臺監控中心判斷變電站直流電源環境的運行參數以及上述個操作步驟是否存在異 常並據此發出報警信息。
11. 如權利要求10所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 對直流電源監控系統的人機界面進行配置的方法包括以下步驟： (1) 設備自檢，系統初始化； (2) 讀取系統原始配置文件信息，判斷所述配置文件信息是否讀取成功；若是，所述原 始配置文件信息在直流電源監控系統人機界面進行顯示，否則，檢查或修改配置文件無誤 後重新讀取； (3) 建立直流電源監控系統人機界面和通信管理模塊之間的通信，檢查通信是否正常； 如果正常，直流電源監控系統人機界面接收通信管理模塊發送的數據，將外接設備信息展 示到人機界面； (4) 檢查當前配置信息是否滿足變電站的具體要求，如果符合，配置過程結束，如果不 符合要求，則進入步驟（5)重新配置系統信息， (5) 在直流電源監控系統人機界面端重新配置系統信息，並將所述配置信息保存到配 置文件中； (6) 將配置好的數據信息發送至通信管理模塊，重啟通信管理模塊，配置過程結束。
12. 如權利要求11所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 直流電源系統能夠配置N1個述直流電源監控子系統和Ml套述直流電源副監控系統，所述 直流電源監控子系統包含電池巡檢、充電模塊、絕緣檢測模塊、母線、進線、饋線條數、調壓 裝置、熔斷器、避雷器、母聯開關、充電開關以及連接關係信息；所述直流電源監副監控系統 包含充電模塊和充電開關數量； 根據上述配置信息能夠自動生成K1套交流電源系統方案，每套方案都能夠在變電站 主界面展示直流電源系統的圖元信息以及圖元之間的連接關係； 配置完成後，所述直流電源監控子系統能夠顯示電源模塊主運行狀態、電源模塊信息、 絕緣狀態、電池電壓以及饋線脫扣信息。
13. 如權利要求10所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 對變電站直流電源設備進行快速建模的方法包括如下步驟： 1) :開始，導入提供默認的ICD文件，判斷變電站用直流電源設備的埠配置是否發生 變化；如果是就進入步驟2);如果否，變電站直流電源設備正常啟動； 2) :備份IED性能描述文件和映射文件； 3) :根據DL/T860標準開始生成IED性能描述文件；分別進入步驟4)和步驟5); 4) :確定邏輯設備LD ;進入步驟6); 5) :確定邏輯設備LD所帶的邏輯節點LN;進入步驟6); 6) :根據DL/T860標準判斷生成IED性能描述文件是否失敗，如果生成IED性能描述文 件是第一次失敗就返回步驟3);如果生成IED性能描述文件是第二次失敗就進入步驟7); 如果生成IED性能描述文件成功就進入步驟8); 7) :使用默認的IED性能描述文件；並進入步驟8); 8) :根據IED性能描述文件生成對應的映射文件；進入步驟9); 9) :校驗IED性能描述文件和映射文件是否正確，如果成功就進入步驟11);如果是第 一次校驗失敗就返回步驟3);如果是第二次校驗失敗就進入步驟10); 步驟10):使用默認的IED性能描述文件和映射文件；進入步驟11); 步驟11):變電站用直流電源設備正常啟動。
14. 如權利要求13所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 步驟3)的IED性能描述文件生成時使用下述命名規則： (3-1):如果同一類型的邏輯設備LD數量超過一個，通過添加兩位數字尾綴來區分； (3-2):屬於同一功能對象的數據和數據屬性應放在同一個邏輯節點LN對象中： (3-2-1):如果同一類型的邏輯設備LD超過一個，通過添加前綴來區分； 命名原則：功能縮寫+邏輯節點類名。
15. 如權利要求10所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 實現直流電源監控系統與各個監控單元的自適應通信的方法包括如下步驟： 步驟a :開始，判斷系統自檢是否成功，如果是就系統初始化，進入步驟b ;如果否就提 示出現硬體異常的故障狀態，結束； 步驟b :讀取文件獲取信息庫和策略庫；判斷讀取是否成功，如果是就發送接送數據， 進入步驟c，如果否就提示文件異常的故障狀態，結束； 步驟c :判斷埠配置是否完成，如果是就數據轉發分組調度：根據數據類型的不同對 測點數據分組對後臺轉發，系統正常啟動；如果否就進入步驟d ; 步驟d :制定配置策略，判斷是否存在配置策略，如果是就配置埠後保存文件，置配 置標誌為成功，系統正常啟動；如果否就結束。
16. 如權利要求15所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 步驟b中的信息庫指所有系統支持的下位機的消息集合；策略庫包含未配置的發送策略、 配置成功後的發送策略、配置策略、轉發策略、分組策略；所述配置策略包括配置埠是否 啟動、設備數和設備類型。
17. 如權利要求15所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 步驟d的制定配置策略的步驟為： 步驟（d-1):需要配置，修改配置標誌為"未配置"； 步驟（d-2):根據校驗和、有效長度和類型判斷與下位機通信的數據的有效性，如果有 效就進入步驟（d-3);如果無效就進入步驟（d-4); 步驟（d-3):查找信息庫，獲取與下位機通信的響應消息；進入步驟（d-5); 步驟（d-4):置未配置標誌數據異常，無法正確配置，結束； 步驟（d-5):推理：對接收到的已知消息進行處理，推斷出下位機的類型；進入步驟 (d-6)； 步驟（d-6):自學習：對消息的觀察、推理；進入步驟（d-7); 步驟（d-7):判斷策略庫中是否存在推理、學習到的埠配置策略；如果是就進入步驟 (d-8);如果否就進入步驟（d-9); 步驟（d-8):制定埠配置策略；進入步驟（d-10); 步驟（d-9):置"未配置標誌"，提示連接異常；無法正確配置，結束； 步驟（d-10):判斷配置是否成功，如果是就置配置完成標誌，完成正確配置；如果否就 置未配置標誌提示連接異常；無法配置，結束。
18. 如權利要求10所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 實時監測直流電源監控系統與各個監控單元的軟體版本是否自動匹配的方法包括如下步 驟： ① 自適應通信管理模塊讀取配置文件，獲取版本配套表； ② 對獲取的信息進行統計，記錄系統的軟體版本、下位機的軟體版本和下位機類型； ③ 根據系統的軟體版本和下位機類型，從版本配套表中查詢下位機的配套版本範圍； ④ 若對接的下位機的軟體版本高於上位機的配套版本範圍上限，則下位機上報測點數 大於系統記錄值的測點，上位機仍處理下位機上報的測點但丟棄下位機多報的測點，以保 證系統可以正常工作，並提示相關人員上位機軟體版本低，儘快升級上位機； ⑤ 若對接的下位機的軟體版本低於上位機的配套版本範圍下限，則下位機上報測點數 小於系統記錄值的測點，上位機仍處理下位機上報的測點，以保證系統可以正常工作，並 提示相關人員下位機軟體版本低，儘快升級下位機； ⑥ 系統繼續工作。
19. 如權利要求10所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 後臺監控中心根據接收到的變電站直流電源備用電池組充電信息實時控制備用電池組的 充電利用率的方法包括如下步驟： 步驟1):電池放電，檢測單體電池電壓； 步驟2):判斷最低單體電池電壓Vmin是否小於放電階段電池切換門檻值V lOT，如果是表 示該節電池已進入放電末期，容量即將放光，就進入步驟3 ;如果否就返回步驟1); 步驟3):判斷是否滿足放電切除的條件，即判斷當前電池組總電壓Vttal是否大於車載 電源模塊要求的最低供電電壓Vin，如果是就進入步驟4);如果否就進入步驟5); 步驟4):切掉電壓過低的電池，更新最低單體電池電壓Vmin，保存切除狀態信息；進入 步驟5); 步驟5):判斷電池組電量是否低於負載的最低工作電壓，如果是就進入步驟6);如果 否就返回步驟1); 步驟6):電池充電，檢測單體電池電壓，進入步驟7); 步驟7):判斷最高單體電池電是否大於充電階段電池切換門檻值Vhigh，如果是表 示該節電池已進入充電末期，容量即將充滿，就進入步驟8);如果否就返回步驟6); 步驟8):判斷是否滿足充電切除條件，即判斷當前電池組總電壓Vttal是否大於充電機 最低輸出電壓，如果是就進入步驟9);如果否就進入步驟10); 步驟9):切掉該節電池，更新最高單體電池電壓V_，保存切除狀態信息；進入步驟 10); 步驟10):判斷電池是否充滿，如果是就返回步驟1);如果否就進入步驟7)。
20.如權利要求19所述的一種變電站直流電源監控系統的工作方法，其特徵是，所述 步驟4)中切掉電壓過低的電池的具體過程為：將電壓過低電池從電池組中切掉，首先閉合 該節電池的旁路開關Cg，保護電路吸收閉合時的衝擊環流，避免電池短路；然後將該節電 池兩端的開關電路Si_JP S i斷開，將電池從電池組內切除。
【文檔編號】G06Q10/06GK104505947SQ201510007699
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月7日 優先權日:2015年1月7日
【發明者】焦之明, 張曉花, 張海龍, 曹淑英, 鞏方彬, 熊建成 申請人:山東魯能智能技術有限公司