專利名稱：一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化領域，具體涉及一種基于IEC61850的數據共享數字化變電站的集中式母線保護裝置及其方法。
背景技術：
數字化變電站及其相關技術是近幾年電力系統(tǒng)自動化領域的熱點問題，是計算機技術和網絡技術，以及電力系統(tǒng)需求發(fā)展的結果。IEC61850標準、多功能IED(智能電子設備)和通信網絡是其重點的研究內容。 IEC 61850標準(變電站通信網絡和系統(tǒng)標準)是國際電工委員會TC57工作組在
總結以往通信協(xié)議的基礎上，為實現來自不同廠家的設備之間的無縫通信而制定的。其核
心內容包括以功能為基礎的模型和通信，以及配置管理。其中，模型是面向對象的；通信是
抽象的、不依賴具體網絡和協(xié)議的；配置則采用SCL(變電站配置語言)進行管理。 傳統(tǒng)的變電站的模擬量和開關量數據，信號來源于傳統(tǒng)的電壓互感器、電流互感
器和開關信號量。信號的多少由設備的功能來確定，信號處理功能由微機來實現，集數據采
集、分析計算、結果輸出于一體。 隨著數字式互感器和全數字化的變電站綜合自動化系統(tǒng)的日益推廣，模擬信號和數字信號的采集者和使用者分布于不同的設備，數據在變電站內外可以通過網絡實現共享，這使得傳統(tǒng)的采集數據都是模擬信號和開關量，且信號采集處理一體化的變電站的保護設備無法適用于IEC61850標準的數字化變電站。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于，提供一種面向數字化變電站，采用以IEC61850標準為基礎，可以實現數字化變電站內的集中式母線保護功能的裝置及方法，其具有數字化、無需考慮互感器飽和、二次回路簡單、開放、易于維護和擴展方便等優(yōu)點。 為實現上述目的，本發(fā)明提供一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置，其特征在于所述母線保護裝置包括硬件裝置和軟件處理系統(tǒng)，所述硬件裝置采用嵌入式處理器單元，多CPU并行處理技術，提供雙千兆以太網接口和RS232、RS485/422接口 ；所述軟件處理系統(tǒng)包括數據接收處理模塊，母線保護邏輯模塊、通訊處理模塊和系統(tǒng)管理模塊，所述數據接收處理模塊經以太網接口通過網絡接收基于IEC61850標準的模擬量和開關量的數據報文，并對所述數據報文進行分析處理，為所述母線保護邏輯模塊提供數據支持；所述母線保護邏輯模塊根據母線保護邏輯的要求，對所述數據接收處理模塊提供的數據進行合理判斷，并通過網絡向變電站母線設備下達控制命令；所述通訊處理模塊管理母線保護裝置的通訊部分，為所述雙千兆以太網接口和RS232、 RS485/422接口提供通訊支持；所述系統(tǒng)管理模塊保證母線保護裝置的正常運行，為母線保護裝置提供維護。
本發(fā)明一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的一個優(yōu)選技術方案為所述通訊處理模塊以IEC61850標準第五部分為基礎，構建信息和通信模型庫。
本發(fā)明一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的另一個優(yōu)選技術方案為所述通訊處理模塊采用變電站配置語言，并使用統(tǒng)一的工具對所述軟件處理系統(tǒng)進行配置和管理。 本發(fā)明一種應用于數字化變電站保護的集中式母線保護裝置的再一優(yōu)選技術方案為所述母線保護數據處理模塊對來自站內多個間隔的數據進行統(tǒng)一處理記錄，采用集中式母線保護邏輯，對過程層進行集中式控制。 本發(fā)明一種應用于數字化變電站保護的集中式母線保護裝置的的一個更優(yōu)選技術方案為所述母線保護裝置的二次回路設計簡單，無需考慮互感器飽和，母線保護與站內其他保護以及過程層的溝通全部通過GOOSE實現。 本發(fā)明一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法，所述方法的步驟如下 步驟一集中式母線保護裝置的系統(tǒng)管理模塊在母線保護裝置運行后，啟動采樣
中斷任務、保護邏輯計算任務、站控層通訊任務、人機接口任務、系統(tǒng)時鐘任務，并對上述任
務進行維護管理，在上述任一任務發(fā)生鎖死后啟動看門狗，重新啟動母線保護裝置。 步驟二集中式母線保護裝置的數據接收處理模塊通過以太網接口接收基于
IEC61850-9-l或IEC61850-9-2標準的變電站通信網絡和系統(tǒng)的數據報文，對數據報文進
行分析處理，同時記錄所采集的數據的實時動態(tài)變化過程、分析結果和數據的正常異常信
息，為母線保護邏輯模塊提供數據支持； 步驟三集中式母線保護裝置的母線保護邏輯模塊根據母線保護邏輯的要求，對數據接收處理模塊提供的所保護母線的運行狀態(tài)數據報文信息進行合理判斷，下達控制命令； 本發(fā)明一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法的一個優(yōu)選技術方案為所述步驟二種數據處理模塊對所采集的數據報文進行的分析處理包括數據的有效性判斷，檢測是否發(fā)生丟包，同步異常，通訊中斷，電流電壓數據不平衡或者差流越限。
本發(fā)明一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法的另一個優(yōu)選技術方案為所述步驟三中的母線保護模塊采用的母線保護邏輯包括母線差動保護邏輯，母聯(lián)充電保護邏輯，母聯(lián)過流保護邏輯、死區(qū)保護邏輯、斷路器失靈保護邏輯。
本發(fā)明一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法的一個更優(yōu)選的技術方案為所述母線差動保護的實現采用比率制動特性，無需考慮互感器飽和對采樣數據的影響。 本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明裝置及方法應用于以IEC61850標準為基礎的數字化變電站，可以實現數字化變電站內的集中式母線保護功能，具有數字化、無需考慮互感器飽和、二次回路簡單、開放、易于維護和擴展方便的優(yōu)點。
圖1為本發(fā)明裝置的接線示意圖； 圖2為本發(fā)明裝置的硬件結構示意圖； 圖3為本發(fā)明裝置的功能設計模塊結構示意圖； 圖4為本發(fā)明裝置數據處理模塊工作流程示意 圖5為本發(fā)明裝置母線保護邏輯模塊工作流程示意 圖6為本發(fā)明裝置系統(tǒng)管理模塊工作流程示意圖。
具體實施例方式
如圖l和圖2所示，本發(fā)明的應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置包括凍中式母線保護裝置硬件和集中式母線保護裝置軟件處理系統(tǒng)。集中式母線保護裝置硬件采用嵌入式處理器單元，多CPU并行處理技術，提供雙千兆以太網接口和RS232、RS485/422接□。 如圖3所示，集中式母線保護裝置軟件處理系統(tǒng)結構完全遵照IEC61850標準的邏輯節(jié)點設計，其包括數據接收處理模塊，母線保護邏輯模塊、通訊處理模塊和系統(tǒng)管理模塊。如圖4所示，數據接收處理模塊經以太網接口通過網絡接收基于IEC61850標準的模擬量和開關量的數據報文，并對數據報文進行分析處理，為母線保護邏輯模塊提供數據支持。如圖5所示，母線保護邏輯模塊根據母線保護邏輯的要求，對所述數據接收處理模塊提供的數據進行合理判斷，并通過網絡向變電站母線設備下達控制命令。該母線保護邏輯包括母線差動保護，母聯(lián)充電保護，母聯(lián)過流保護、死區(qū)保護、斷路器失靈保護。通訊處理模塊管理母線保護裝置的通訊部分，為雙千兆以太網接口和RS232、 RS485/422接口提供通訊支持。通訊處理模塊以IEC61850標準第五部分為基礎，構建信息和通信模型庫，采用變電站配置語言，并使用統(tǒng)一的工具對軟件處理系統(tǒng)進行配置和管理，滿足IEC61850標準的全部通信要求。如圖6所示，系統(tǒng)管理模塊保證母線保護裝置的正常運行，為母線保護裝置提供維護。 本發(fā)明集中式母線保護裝置軟件基于嵌入式實時操作系統(tǒng)實現，將IEC61850標準、數字化變電站集中式母線保護功能結合起來，提供數字化變電站的母線保護功能，結構完全遵照IEC61850標準的邏輯節(jié)點設計，采用面向對象的動態(tài)建模技術，內置相關邏輯節(jié)點，支持功能自由分布。 本發(fā)明母線保護數據處理模塊對來自站內多個間隔的數據進行統(tǒng)一處理記錄，采用集中式母線保護邏輯，對過程層進行集中式控制。集中式母線保護裝置的二次回路設計簡單，無需考慮互感器飽和。 本發(fā)明數字變電站集中式母線保護裝置采用面向對象的動態(tài)建模技術，支持功能自由分布，滿足IEC61850標準的全部通信要求。并配有統(tǒng)一的符合IEC61850標準的工程化系統(tǒng)集成工具，解析、生成SCL配置文件，支持離線、在線配置。設備能夠根據工具生成的IED配置文件提供的配置信息靜態(tài)建立通信模型。充分支持SCSM協(xié)議棧TCP/IP， UDP，IEEE802. 3等；采用自主開發(fā)的匪S協(xié)議棧，可以實現基于全部變電站系統(tǒng)的統(tǒng)一配置和GPS對時。 本發(fā)明應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法包括如下步驟 步驟一集中式母線保護裝置的系統(tǒng)管理模塊在母線保護裝置運行后，啟動采樣
中斷任務、保護邏輯計算任務、站控層通訊任務、人機接口任務、系統(tǒng)時鐘任務，并對上述任
務進行維護管理，在上述任一任務發(fā)生鎖死后啟動看門狗，重新啟動母線保護裝置。 步驟二集中式母線保護裝置的數據接收處理模塊通過以太網接口接收基于
IEC61850-9-l或IEC61850-9-2標準的變電站通信網絡和系統(tǒng)的數據報文，對數據報文進行數據的有效性判斷，檢測是否發(fā)生丟包，同步異常，通訊中斷，電流電壓數據不平衡或者差流越限等分析處理，同時記錄所采集的數據的實時動態(tài)變化過程、分析結果和數據的正常異常信息，為母線保護邏輯模塊提供數據支持。 步驟三集中式母線保護裝置的母線保護邏輯模塊根據母線差動保護邏輯，母聯(lián)充電保護邏輯，母聯(lián)過流保護邏輯、死區(qū)保護邏輯、斷路器失靈保護邏輯等母線保護邏輯的要求對數據接收處理模塊提供的所保護母線的運行狀態(tài)數據報文信息進行邏輯分析和合理判斷，并下達控制命令。母線差動保護的實現采用比率制動特性。 上述實施例對本發(fā)明進行的描述并非對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的，均屬于本發(fā)明保護范圍之內。
權利要求
一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置，其特征在于所述母線保護裝置包括硬件裝置和軟件處理系統(tǒng)，所述硬件裝置采用嵌入式處理器單元，多CPU并行處理技術，提供雙千兆以太網接口和RS232、RS485/422接口；所述軟件處理系統(tǒng)包括數據接收處理模塊，母線保護邏輯模塊、通訊處理模塊和系統(tǒng)管理模塊，所述數據接收處理模塊經以太網接口通過網絡接收基于IEC61850標準的模擬量和開關量的數據報文，并對所述數據報文進行分析處理，為所述母線保護邏輯模塊提供數據支持；所述母線保護邏輯模塊根據母線保護邏輯的要求，對所述數據接收處理模塊提供的數據進行合理判斷，并通過網絡向變電站母線設備下達控制命令；所述通訊處理模塊管理母線保護裝置的通訊部分，為所述雙千兆以太網接口和RS232、RS485/422接口提供通訊支持；所述系統(tǒng)管理模塊保證母線保護裝置的正常運行，為母線保護裝置提供維護。
2. 根據權利要求1所述的數字化變電站的集中式母線保護裝置，其特征在于所述通 訊處理模塊以IEC61850標準第五部分為基礎，構建信息和通信模型庫。
3. 根據權利要求1或2所述的數字化變電站的集中式母線保護裝置，其特征在于所 述通訊處理模塊采用變電站配置語言，并使用統(tǒng)一的工具對所述軟件處理系統(tǒng)進行配置和 管理。
4. 根據權利要求1所述的數字化變電站保護的集中式母線保護裝置，其特征在于所 述母線保護數據處理模塊對來自站內多個間隔的數據進行統(tǒng)一處理記錄，采用集中式母線 保護邏輯，對過程層進行集中式控制。
5. 根據權利要求1所述的數字化變電站保護的集中式母線保護裝置，其特征在于所 述母線保護裝置的二次回路設計簡單，無需考慮互感器飽和，母線保護與站內其他保護以及過程層的溝通全部通過G00SE實現。
6. —種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法，其特征在于所述方法的 步驟如下步驟一 集中式母線保護裝置的系統(tǒng)管理模塊在母線保護裝置運行后，啟動采樣中斷 任務、保護邏輯計算任務、站控層通訊任務、人機接口任務、系統(tǒng)時鐘任務，并對上述任務進 行維護管理，在上述任一任務發(fā)生鎖死后啟動看門狗，重新啟動母線保護裝置。步驟二集中式母線保護裝置的數據接收處理模塊通過以太網接口接收基于IEC61850-9-l或IEC61850-9-2標準的變電站通信網絡和系統(tǒng)的數據報文，對數據報文進 行分析處理，同時記錄所采集的數據的實時動態(tài)變化過程、分析結果和數據的正常異常信 息，為母線保護邏輯模塊提供數據支持；步驟三集中式母線保護裝置的母線保護邏輯模塊根據母線保護邏輯的要求，對數據 接收處理模塊提供的所保護母線的運行狀態(tài)數據報文信息進行合理判斷，下達控制命令；
7. 如權利要求6所述的一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法，其特 征在于所述步驟二中的數據處理模塊對所采集的數據報文進行的分析處理包括數據的 有效性判斷，檢測是否發(fā)生丟包，同步異常，通訊中斷，電流電壓數據不平衡或者差流越限。
8. 如權利要求6所述的一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法，其特 征在于所述步驟三中的母線保護模塊采用的母線保護邏輯包括母線差動保護邏輯，母 聯(lián)充電保護邏輯，母聯(lián)過流保護邏輯、死區(qū)保護邏輯、斷路器失靈保護邏輯。
9. 如權利要求8所述一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置的方法，其特征在于所述母線差動保護的實現采用比率制動特性，無需考慮互感器飽和對采樣數據的影 響。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種應用于數字化變電站的集中式母線保護裝置及其方法，面向數字化變電站，遵循IEC61850標準，對變電站內的母線進行保護，設備支持XML，這使得采用多種手段、工具對設備進行配置成為可能，更便于信息在不同系統(tǒng)、不同平臺間的交換、共享；采用標準的變電站配置語言SCL對設備進行通信相關的配置，任何廠家的符合IEC61850的配置工具都可識別，新型數字化變電站的集中式母線保護裝置具有數字化、開放、二次回路簡單、無需考慮互感器飽和、易于維護和擴展方便的優(yōu)點。
文檔編號H02H7/22GK101719696SQ200910243409
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者萬博, 侯鵬, 劉潤花, 宋合志, 曲春輝, 曹楠, 李冰, 李剛, 汪一, 王冬青, 王化鵬, 申仲濤, 蘇瑞, 陳翔宇, 鹿洪剛 申請人:中國電力科學研究院