一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法與流程
2023-07-03 09:49:32
本發明屬於電力系統信息化技術領域，更為具體地講，涉及一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法。
背景技術：
傳統的變電站備用電源管理系統，其設備由不同廠家生產、安裝、調試，存在彼此通信規約不兼容，數據信息共享性差和自動化程度低等問題。此外，系統監控信息不完整，僅實現了設備基本「遙測」、「遙信」參數的監測，並未實現智能變電站的「遙控」功能。通過對目前應用的變電站備用電源監控系統的仔細調研和分析，總結出以下問題：(1)系統在線監控不完整。現有一體化電源監控系統主要針對各裝置設備的基本參數進行在線監控，並未考慮對母線饋線、逆變器、整流器等模塊的在線監控。在實際運行中，一體化電源監控系統不完整，會產生嚴重的後果，比如母線饋線的斷路器跳閘，保護及自動裝置因所處運行環境溫度過高而死機，當系統出現故障時，保護及自動裝置可能拒動，發生越級跳閘，引發事故，造成經濟財產損失。(2)自動化程度不高。一體化電源系統各子系統設備由不同供應商生產、安裝、調試，彼此間的通信規約一般不兼容，數據信息難以共享，難以實現智能型變電站智能化、網絡化等功能。(3)缺乏在線診斷、分析等高級應用功能。系統故障如果未能及時發現處理，可能導致一體化電源系統某個模塊停止工作，甚至影響整個系統的安全穩定運行。比如蓄電池組或部分電池失效(欠壓、SOC不足)時，充放電模塊或逆變整流模塊故障未及時處理，將導致整個電源系統直流失壓，引起保護及自動裝置拒動，影響一體化電源系統安全運行。
新型變電站備用電源系統，借鑑智能型變電站核心思想，對傳統站用電源系統進行全面整合，將交流電源、不間斷電源(UPS)、逆變電源、通信電源、DC-DC電源、常用蓄電池組和備用蓄電池組，統一設計生產、調試、監控，通過通信網絡將各子系統智能設備接入一體化監控平臺，實現智能型變電站的智能化、網絡化及信息共享。但是現有變電站備用電源監控系統難以符合智能型變電站智能化、網絡化、信息共享的基本要求，急需發明一種面向智能型變電站備用電源系統的一體化電源監控系統工程設計方法和應用功能系統。目前IEC61850協議是智能變電站通信網絡的國際標準，其根本目標是解決智能電子設備(IED)的互操作和無縫連接，為智能變電站信息交互和模型描述提供了基本方法和標準。
近幾年，基於IEC61850的變電站信息建模方法和應用技術已經有所突破，例如有文獻提出根據氣體絕緣組合電器(GIS)監測的功能需求，建立GIS狀態監測的IED信息模型，以及分析變電站設備在線監測系統IED的建模，設計IED與監測單元間的數據映射的實現方法，或者將資料庫模型分為信息模型、設備模型、應用模型三部分，在IEC61850數據類的基礎上提出了對資料庫信息模型建模的方法。
上述一些研究成果表明基於IEC61850協議的變電站信息建模技術已逐漸成熟，但是對變電站一體化電源系統的信息模型和標準化接入問題鮮有研究。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法，以IEC61850通信規約為基準，規範和完善採集信息，實現智能一體化電源系統的在線實時監控。
為實現上述發明目的，本發明一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法，其特徵在於，包括以下步驟：
(1)、在線監控平臺利用乙太網接口發送智能一體化電源系統狀態採集指令至一體化電源系統前端採集裝置；
(2)、一體化電源系統前端採集裝置內的IEC61850規約轉換器將採集指令轉換為對應的CAN或MODBUS協議數據包，再通過監控主機轉發至信息採集模塊，信息採集模塊讀取CAN或MODBUS協議數據包中的採集指令，並利用RS485、RS232通訊接口按照採集指令對智能一體化電源系統各子系統進行數據採集；
(3)、將智能一體化電源系統各子系統的採集數據打包為CAN或MODBUS協議數據包通過RS485或RS232通訊接口反送至信息採集模塊，並通過監控主機轉發至IEC61850規約轉換器；；
(4)、IEC61850規約轉換器將CAN或MODBUS協議數據包轉化為智能變電站可識別的模型數據；
(4.1)、IEC61850規約轉換器讀取CAN或MODBUS協議數據包，並進行數據編碼、封裝，再將編碼、封裝後的數據轉換為IEC61850協議數據包；
(4.2)、根據IEC61850協議規約對智能一體化電源系統進行建模，將IEC61850協議數據包轉化為智能變電站可識別的模型數據；
(4.2.1)、根據智能型變電站的要求及IEC61850協議規約，將智能一體化電源系統功能分為蓄電池、交流電源、直流電源、通信電源、UPS電源、逆變電源六個能模型子系統；
(4.2.2)、對每一個能模型子系統構建智能電子設備IED信息模型；
根據每一個能模型子系統的實際功能和系統邏輯結構關係，確定每一個IED的邏輯節點LN，再將LN分配到實際的智能一體化電源系統的IED中，然後根據LN之間的邏輯連接確定IED之間的通信方式；
(4.2.3)、利用IEC61850協議規約對智能變電站配置描述語言SCL，進而對智能一體化電源系統的IED進行描述，描述內容包括邏輯節點類、數據對象DO、數據屬性DA；
然後對智能一體化電源系統進行IEC6185工程配置；其配置流程為各電源設備IED通過各自帶的配置工具生成設備的ICD文件，將ICD文件和手動配置的SSD文件導入本地系統配置工具，生成SCD文件，再將SCD文件導入各自帶的配置工具，導出設備裝置的CID文件，下載到IEC61850規約轉換器中運行，配置完成各電源設備IED的語言描述；
(5)、在線監控平臺對收到的數據進行監控顯示，同時在線監控平臺還發送遙控指令至IEC61850規約轉換器，經過IEC61850規約轉換器解碼後轉發給監控主機，實現一體化電源系統遙控功能。
本發明的發明目的是這樣實現的：
本發明一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法，利用一體化電源系統前端採集裝置完成各電源子系統的異構通信信息集合，並將電源各子系統監控集於同一監控平臺，再以IEC61850通信規約為基準，規範和完善採集信息，實現一體化電源系統全面的、精確的在線實時監控，這樣確保各電源子系統間的數據信息共享，並支持智能診斷、分析等高級應用功能，最終實現智能型變電站的智能化、網絡化要求。
附圖說明
圖1是本發明一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控架構圖；
圖2是一體化電源系統前端採集裝置原理圖；
圖3是IEC64850規約轉換流程圖；
圖4是將智能一體化電源系統功能分為六個功能模型子系統示意圖；
圖5是SCL配置流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。
實施例
為了方便描述，先對具體實施方式中出現的相關專業術語進行說明：
IEC61850(International Electrotechnical Committee):國際電工委員會制定的變電站通信網絡和系統國際標準
CAN(Controller Area Network):控制器區域網路
MODBUS：網絡通信協議
IED(Intelligent Electronic Device)：智能電子設備
LN(Logical Node)：邏輯節點
DO(Data Object)：數據對象
DA(Data Attribute)：數據屬性
ICD(IED Capability Description)：IED能力描述
SCD(Substation Configuration Description)：全站系統配置描述
SSD(System Specification Description)：系統規範描述。
圖1是本發明一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控架構圖。
在本實施例中，如圖1所示，本發明一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法，是將智能一體化電源系統各子系統的監控集於同一平臺，以IEC61850通信規約為基準，規範和完善採集信息，實現一體化電源系統全面的、精確的在線實時監控，確保各子系統間的數據信息共享，並支持智能診斷、分析等高級應用功能，最終實現智能型變電站的智能化、網絡化要求。
其中，如圖1所示，智能一體化電源系統包括交流電源子系統、直流電源子系統、通信電源子系統、不間斷電源(UPS)子系統、逆變電源子系統、蓄電池子系統。
系統中設備由不同供應商製造、安裝、調試，一般採用相互獨立的設計方式，因此，將各設備運行狀態的採集信息與控制信息集中於一體化電源系統前端採集裝置，實現各設備信息的統一採集以及設備運行狀態的控制。一體化電源系統前端採集裝置含有RS485、RS232、CAN總線、乙太網等通訊接口，其中RS485、RS232、CAN總線的通訊接口用於與智能一體化電源系統各子系統的通信，乙太網接口用於與智能一體化電源系統在線監控平臺或遠程變電站通信，其通信協議採用IEC61850規約，確保各子系統間通信標準和協議的統一，並實現各子系統與監控平臺的無障礙通信。
智能一體化電源監控系統主要實現交流電源、直流電源、通信電源等子系統設備運行狀態信息的實時監控與智能告警。其中，實時監控，通過圖形、數字、曲線、接線圖方式，顯示各子系統設備運行狀態，通過滑鼠、鍵盤對監控界面的操作，發送相關控制指令，實現對各子系統設備的在線控制；智能報警，通過圖形、數字、曲線方式，實現各子系統遙信、遙測、遙控的及時報警。
下面對本發明一種面向變電站備用電源系統的智能一體化監控方法進行詳細說明，具體包括以下步驟：
(1)、在線監控平臺利用乙太網接口發送智能一體化電源系統狀態採集指令至一體化電源系統前端採集裝置；
(2)、一體化電源系統前端採集裝置內的IEC61850規約轉換器將採集指令轉換為對應的CAN或MODBUS協議數據包，再通過監控主機轉發至信息採集模塊，信息採集模塊讀取CAN或MODBUS協議數據包中的採集指令，並利用RS485、RS232通訊接口按照採集指令對智能一體化電源系統各子系統進行數據採集，其中，採集的數據包括數字量採集、模擬量採集和開關量採集；
(3)、將智能一體化電源系統各子系統的採集數據打包為CAN或MODBUS協議數據包通過RS485或RS232通訊接口反送至信息採集模塊，並通過監控主機轉發至IEC61850規約轉換器；
在上述三步中，信息採集模塊、監控主機和IEC61850規約轉換器共同構成一體化電源系統前端採集裝置，如圖2所示；
其中，監控主機，採用下行串口通道和上行串口通道的構架；下行串口通道通過RS232、RS485、CAN訪問信息採集模塊，進行狀態數據的採集和管理；上行串口通道將不同格式的狀態數據發送至IEC61850規約轉換器，並進行IEC61850協議的轉換；
如圖3所示，IEC61850規約轉換器實現數據交換接口和數據格式的映射和轉換功能，其轉換過程為：將相應智能電子設備(IED)的RS232、RS485等多種數據通信規約轉換為IEC61850標準通信規約，實現一體化電源系統中各種IED的管理和設備間的互聯、互操作；一方面將監控主機發送的採集信息，按約定的協議進行編碼、打包，發送至監控平臺，另一方面將監控平臺發出的指令經過解碼發給監控主機，實現實時的遙測、遙信、遙控。該規約轉換器集成在監控主機的內部；
(4)、IEC61850規約轉換器將CAN或MODBUS協議數據包轉化為智能變電站可識別的模型數據；
(4.1)、IEC61850規約轉換器讀取CAN或MODBUS協議數據包，並進行數據編碼、封裝，再將編碼、封裝後的數據轉換為IEC61850協議數據包；
(4.2)、根據IEC61850協議規約對智能一體化電源系統進行建模，將IEC61850協議數據包轉化為智能變電站可識別的模型數據；
(4.2.1)、根據智能型變電站的要求及IEC61850協議規約，將智能一體化電源系統功能分為蓄電池、交流電源、直流電源、通信電源、UPS電源、逆變電源六個能模型子系統；
如圖4所示，其中交流電源和UPS電源可劃分為變壓器和UPS電源運行狀態監測，交流進線、母線、饋線、旁路進線運行狀態監測，以及交流自動切換裝置運行狀態監控；直流電源以及通信電源分解為矽降壓裝置和DC/DC電源運行狀態監控，直流進線、母線、饋線狀態監測；逆變電源分解為逆變器運行狀態監控，交流進線、母線、饋線、旁路進線運行狀態監測，以及直流進線運行狀態監測；蓄電池監控分解為充電機運行狀態監控，單體電池、電池組狀態監測，直流進線、母線、饋線狀態監測；
(4.2.2)、對每一個能模型子系統構建智能電子設備IED信息模型；
根據每一個能模型子系統的實際功能和系統邏輯結構關係，確定每一個IED的邏輯節點LN，再將LN分配到實際的智能一體化電源系統的IED中，然後根據LN之間的邏輯連接確定IED之間的通信方式；
(4.2.3)、利用IEC61850協議規約對智能變電站配置描述語言SCL，進而對智能一體化電源系統的IED進行描述，描述內容包括邏輯節點類、數據對象DO、數據屬性DA；
然後對智能一體化電源系統進行IEC6185工程配置；如圖5所示，其配置流程為各電源設備IED通過各自帶的配置工具生成設備的ICD文件，將ICD文件和手動配置的SSD文件導入本地系統配置工具，生成SCD文件，再將SCD文件導入各自帶的配置工具，導出設備裝置的CID文件，下載到IEC61850規約轉換器中運行，配置完成各電源設備IED的語言描述；
(5)、在線監控平臺對收到的數據進行監控顯示，同時在線監控平臺還發送遙控指令至IEC61850規約轉換器，經過IEC61850規約轉換器解碼後轉發給監控主機，實現一體化電源系統遙控功能。
儘管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便於本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式的範圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。