本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)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(tǒng)的智能一體化監(jiān)控方法。

背景技術：

傳統(tǒng)的變電站備用電源管理系統(tǒng)，其設備由不同廠家生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，存在彼此通信規(guī)約不兼容，數(shù)據(jù)信息共享性差和自動化程度低等問題。此外，系統(tǒng)監(jiān)控信息不完整，僅實現(xiàn)了設備基本“遙測”、“遙信”參數(shù)的監(jiān)測，并未實現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)的仔細調(diào)研和分析，總結(jié)出以下問題：(1)系統(tǒng)在線監(jiān)控不完整?，F(xiàn)有一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)主要針對各裝置設備的基本參數(shù)進行在線監(jiān)控，并未考慮對母線饋線、逆變器、整流器等模塊的在線監(jiān)控。在實際運行中，一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)不完整，會產(chǎn)生嚴重的后果，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(huán)境溫度過高而死機，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，保護及自動裝置可能拒動，發(fā)生越級跳閘，引發(fā)事故，造成經(jīng)濟財產(chǎn)損失。(2)自動化程度不高。一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)設備由不同供應商生產(chǎn)、安裝、調(diào)試，彼此間的通信規(guī)約一般不兼容，數(shù)據(jù)信息難以共享，難以實現(xiàn)智能型變電站智能化、網(wǎng)絡化等功能。(3)缺乏在線診斷、分析等高級應用功能。系統(tǒng)故障如果未能及時發(fā)現(xiàn)處理，可能導致一體化電源系統(tǒng)某個模塊停止工作，甚至影響整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)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(tǒng)直流失壓，引起保護及自動裝置拒動，影響一體化電源系統(tǒng)安全運行。

新型變電站備用電源系統(tǒng)，借鑒智能型變電站核心思想，對傳統(tǒng)站用電源系統(tǒng)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(tǒng)一設計生產(chǎn)、調(diào)試、監(jiān)控，通過通信網(wǎng)絡將各子系統(tǒng)智能設備接入一體化監(jiān)控平臺，實現(xiàn)智能型變電站的智能化、網(wǎng)絡化及信息共享。但是現(xiàn)有變電站備用電源監(jiān)控系統(tǒng)難以符合智能型變電站智能化、網(wǎng)絡化、信息共享的基本要求，急需發(fā)明一種面向智能型變電站備用電源系統(tǒng)的一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)工程設計方法和應用功能系統(tǒng)。目前IEC61850協(xié)議是智能變電站通信網(wǎng)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，基于IEC61850的變電站信息建模方法和應用技術已經(jīng)有所突破，例如有文獻提出根據(jù)氣體絕緣組合電器(GIS)監(jiān)測的功能需求，建立GIS狀態(tài)監(jiān)測的IED信息模型，以及分析變電站設備在線監(jiān)測系統(tǒng)IED的建模，設計IED與監(jiān)測單元間的數(shù)據(jù)映射的實現(xiàn)方法，或者將數(shù)據(jù)庫模型分為信息模型、設備模型、應用模型三部分，在IEC61850數(shù)據(jù)類的基礎上提出了對數(shù)據(jù)庫信息模型建模的方法。

上述一些研究成果表明基于IEC61850協(xié)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(tǒng)的信息模型和標準化接入問題鮮有研究。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控方法，以IEC61850通信規(guī)約為基準，規(guī)范和完善采集信息，實現(xiàn)智能一體化電源系統(tǒng)的在線實時監(jiān)控。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、在線監(jiān)控平臺利用以太網(wǎng)接口發(fā)送智能一體化電源系統(tǒng)狀態(tài)采集指令至一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置；

(2)、一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置內(nèi)的IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器將采集指令轉(zhuǎn)換為對應的CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包，再通過監(jiān)控主機轉(zhuǎn)發(fā)至信息采集模塊，信息采集模塊讀取CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包中的采集指令，并利用RS485、RS232通訊接口按照采集指令對智能一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集；

(3)、將智能一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)打包為CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包通過RS485或RS232通訊接口反送至信息采集模塊，并通過監(jiān)控主機轉(zhuǎn)發(fā)至IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器；；

(4)、IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器將CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為智能變電站可識別的模型數(shù)據(jù)；

(4.1)、IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器讀取CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包，并進行數(shù)據(jù)編碼、封裝，再將編碼、封裝后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IEC61850協(xié)議數(shù)據(jù)包；

(4.2)、根據(jù)IEC61850協(xié)議規(guī)約對智能一體化電源系統(tǒng)進行建模，將IEC61850協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為智能變電站可識別的模型數(shù)據(jù)；

(4.2.1)、根據(jù)智能型變電站的要求及IEC61850協(xié)議規(guī)約，將智能一體化電源系統(tǒng)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(tǒng)；

(4.2.2)、對每一個能模型子系統(tǒng)構(gòu)建智能電子設備IED信息模型；

根據(jù)每一個能模型子系統(tǒng)的實際功能和系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)關系，確定每一個IED的邏輯節(jié)點LN，再將LN分配到實際的智能一體化電源系統(tǒng)的IED中，然后根據(jù)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(xié)議規(guī)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(tǒng)的IED進行描述，描述內(nèi)容包括邏輯節(jié)點類、數(shù)據(jù)對象DO、數(shù)據(jù)屬性DA；

然后對智能一體化電源系統(tǒng)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(tǒng)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(guī)約轉(zhuǎn)換器中運行，配置完成各電源設備IED的語言描述；

(5)、在線監(jiān)控平臺對收到的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控顯示，同時在線監(jiān)控平臺還發(fā)送遙控指令至IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器解碼后轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控主機，實現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)遙控功能。

本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控方法，利用一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置完成各電源子系統(tǒng)的異構(gòu)通信信息集合，并將電源各子系統(tǒng)監(jiān)控集于同一監(jiān)控平臺，再以IEC61850通信規(guī)約為基準，規(guī)范和完善采集信息，實現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)全面的、精確的在線實時監(jiān)控，這樣確保各電源子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息共享，并支持智能診斷、分析等高級應用功能，最終實現(xiàn)智能型變電站的智能化、網(wǎng)絡化要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控架構(gòu)圖；

圖2是一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置原理圖；

圖3是IEC64850規(guī)約轉(zhuǎn)換流程圖；

圖4是將智能一體化電源系統(tǒng)功能分為六個功能模型子系統(tǒng)示意圖；

圖5是SCL配置流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)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(fā)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(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。

實施例

為了方便描述，先對具體實施方式中出現(xiàn)的相關專業(yè)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(wǎng)絡和系統(tǒng)國際標準

CAN(Controller Area Network):控制器局域網(wǎng)絡

MODBUS：網(wǎng)絡通信協(xié)議

IED(Intelligent Electronic Device)：智能電子設備

LN(Logical Node)：邏輯節(jié)點

DO(Data Object)：數(shù)據(jù)對象

DA(Data Attribute)：數(shù)據(jù)屬性

ICD(IED Capability Description)：IED能力描述

SCD(Substation Configuration Description)：全站系統(tǒng)配置描述

SSD(System Specification Description)：系統(tǒng)規(guī)范描述。

圖1是本發(fā)明一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控架構(gòu)圖。

在本實施例中，如圖1所示，本發(fā)明一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控方法，是將智能一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)的監(jiān)控集于同一平臺，以IEC61850通信規(guī)約為基準，規(guī)范和完善采集信息，實現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)全面的、精確的在線實時監(jiān)控，確保各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息共享，并支持智能診斷、分析等高級應用功能，最終實現(xiàn)智能型變電站的智能化、網(wǎng)絡化要求。

其中，如圖1所示，智能一體化電源系統(tǒng)包括交流電源子系統(tǒng)、直流電源子系統(tǒng)、通信電源子系統(tǒng)、不間斷電源(UPS)子系統(tǒng)、逆變電源子系統(tǒng)、蓄電池子系統(tǒng)。

系統(tǒng)中設備由不同供應商制造、安裝、調(diào)試，一般采用相互獨立的設計方式，因此，將各設備運行狀態(tài)的采集信息與控制信息集中于一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置，實現(xiàn)各設備信息的統(tǒng)一采集以及設備運行狀態(tài)的控制。一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置含有RS485、RS232、CAN總線、以太網(wǎng)等通訊接口，其中RS485、RS232、CAN總線的通訊接口用于與智能一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)的通信，以太網(wǎng)接口用于與智能一體化電源系統(tǒng)在線監(jiān)控平臺或遠程變電站通信，其通信協(xié)議采用IEC61850規(guī)約，確保各子系統(tǒng)間通信標準和協(xié)議的統(tǒng)一，并實現(xiàn)各子系統(tǒng)與監(jiān)控平臺的無障礙通信。

智能一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)交流電源、直流電源、通信電源等子系統(tǒng)設備運行狀態(tài)信息的實時監(jiān)控與智能告警。其中，實時監(jiān)控，通過圖形、數(shù)字、曲線、接線圖方式，顯示各子系統(tǒng)設備運行狀態(tài)，通過鼠標、鍵盤對監(jiān)控界面的操作，發(fā)送相關控制指令，實現(xiàn)對各子系統(tǒng)設備的在線控制；智能報警，通過圖形、數(shù)字、曲線方式，實現(xiàn)各子系統(tǒng)遙信、遙測、遙控的及時報警。

下面對本發(fā)明一種面向變電站備用電源系統(tǒng)的智能一體化監(jiān)控方法進行詳細說明，具體包括以下步驟：

(1)、在線監(jiān)控平臺利用以太網(wǎng)接口發(fā)送智能一體化電源系統(tǒng)狀態(tài)采集指令至一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置；

(2)、一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置內(nèi)的IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器將采集指令轉(zhuǎn)換為對應的CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包，再通過監(jiān)控主機轉(zhuǎn)發(fā)至信息采集模塊，信息采集模塊讀取CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包中的采集指令，并利用RS485、RS232通訊接口按照采集指令對智能一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，其中，采集的數(shù)據(jù)包括數(shù)字量采集、模擬量采集和開關量采集；

(3)、將智能一體化電源系統(tǒng)各子系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)打包為CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包通過RS485或RS232通訊接口反送至信息采集模塊，并通過監(jiān)控主機轉(zhuǎn)發(fā)至IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器；

在上述三步中，信息采集模塊、監(jiān)控主機和IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器共同構(gòu)成一體化電源系統(tǒng)前端采集裝置，如圖2所示；

其中，監(jiān)控主機，采用下行串口通道和上行串口通道的構(gòu)架；下行串口通道通過RS232、RS485、CAN訪問信息采集模塊，進行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和管理；上行串口通道將不同格式的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器，并進行IEC61850協(xié)議的轉(zhuǎn)換；

如圖3所示，IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換接口和數(shù)據(jù)格式的映射和轉(zhuǎn)換功能，其轉(zhuǎn)換過程為：將相應智能電子設備(IED)的RS232、RS485等多種數(shù)據(jù)通信規(guī)約轉(zhuǎn)換為IEC61850標準通信規(guī)約，實現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)中各種IED的管理和設備間的互聯(lián)、互操作；一方面將監(jiān)控主機發(fā)送的采集信息，按約定的協(xié)議進行編碼、打包，發(fā)送至監(jiān)控平臺，另一方面將監(jiān)控平臺發(fā)出的指令經(jīng)過解碼發(fā)給監(jiān)控主機，實現(xiàn)實時的遙測、遙信、遙控。該規(guī)約轉(zhuǎn)換器集成在監(jiān)控主機的內(nèi)部；

(4)、IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器將CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為智能變電站可識別的模型數(shù)據(jù)；

(4.1)、IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器讀取CAN或MODBUS協(xié)議數(shù)據(jù)包，并進行數(shù)據(jù)編碼、封裝，再將編碼、封裝后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IEC61850協(xié)議數(shù)據(jù)包；

(4.2)、根據(jù)IEC61850協(xié)議規(guī)約對智能一體化電源系統(tǒng)進行建模，將IEC61850協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為智能變電站可識別的模型數(shù)據(jù)；

(4.2.1)、根據(jù)智能型變電站的要求及IEC61850協(xié)議規(guī)約，將智能一體化電源系統(tǒng)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(tǒng)；

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(tài)監(jiān)測，交流進線、母線、饋線、旁路進線運行狀態(tài)監(jiān)測，以及交流自動切換裝置運行狀態(tài)監(jiān)控；直流電源以及通信電源分解為硅降壓裝置和DC/DC電源運行狀態(tài)監(jiān)控，直流進線、母線、饋線狀態(tài)監(jiān)測；逆變電源分解為逆變器運行狀態(tài)監(jiān)控，交流進線、母線、饋線、旁路進線運行狀態(tài)監(jiān)測，以及直流進線運行狀態(tài)監(jiān)測；蓄電池監(jiān)控分解為充電機運行狀態(tài)監(jiān)控，單體電池、電池組狀態(tài)監(jiān)測，直流進線、母線、饋線狀態(tài)監(jiān)測；

(4.2.2)、對每一個能模型子系統(tǒng)構(gòu)建智能電子設備IED信息模型；

根據(jù)每一個能模型子系統(tǒng)的實際功能和系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)關系，確定每一個IED的邏輯節(jié)點LN，再將LN分配到實際的智能一體化電源系統(tǒng)的IED中，然后根據(jù)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(xié)議規(guī)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(tǒng)的IED進行描述，描述內(nèi)容包括邏輯節(jié)點類、數(shù)據(jù)對象DO、數(shù)據(jù)屬性DA；

然后對智能一體化電源系統(tǒng)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(tǒng)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(guī)約轉(zhuǎn)換器中運行，配置完成各電源設備IED的語言描述；

(5)、在線監(jiān)控平臺對收到的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控顯示，同時在線監(jiān)控平臺還發(fā)送遙控指令至IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器解碼后轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控主機，實現(xiàn)一體化電源系統(tǒng)遙控功能。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發(fā)明，但應該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，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(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。