二次設備的狀態監測系統的制作方法

二次設備的狀態監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種二次設備的狀態監測系統。該二次設備的狀態監測系統包括二次設備模塊、用于數據呈現和用戶交互的人機交互模塊及保護管理模塊，用于實現該二次設備模塊、人機交互模塊和保護管理模塊之間相互通信的通信服務模塊；該人機交互模塊包括界面交互模塊和用于存儲配置信息和歷史數據的數據存儲管理模塊。本發明的二次設備的狀態監測系統的可靠性較好。
【專利說明】二次設備的狀態監測系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電力設備的監測系統，尤其涉及一種二次設備的狀態監測系統。

【背景技術】
[0002]智能電網中，為確保電網能夠可靠運轉,二次設備被廣泛應用。其中，繼電保護裝 置至關重要。繼電保護裝置主要功能在于：在電力系統中的電力元件或者電力系統本身發 生了故障，以至于危及電力系統安全運行時，能夠向值班人員及時發出警報,或者直接向所 控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事故進一步發展。
[0003]按照繼電保護裝置的所防范的故障類型，可以分為電流保護、電壓保護、瓦斯保 護、差動保護、尚頻保護、方向保護等多種。該等多種類型的繼電保護裝置，保障著智能電網 可靠、安全的運行。
[0004]因此，繼電保護裝置的有效工作與否，關乎整個電網的安全。對以繼電保護裝置為 主體的二次設備的監測也至關重要。
[0005] 然而，現有技術中，二次設備的監控系統使用ΗΜΙ-SCADA架構（人機界面-數據采 集與監視控制）不能很好的做到數據庫服務器和通信服務器分離，g卩，數據采集、數據存儲 和數據顯示難以很好的分離；這導致現有技術的二次設備的監控系統的可靠性不夠高。
[0006] 同樣，現有的二次設備的監控系統中，只能根據繼電保護裝置的保護動作行為來 診斷該繼電保護裝置的健康情況，不能夠預防該繼電保護裝置因自身器件原因造成的誤動 作；這同樣導致現有技術的二次設備的監控系統的可靠性不夠高。
[0007] 除可靠性之外，現有的二次設備監測系統功能較少，難以滿足用戶的需要。例如： 監測系統不能靈活的針對電網企業的自動化部門和保護部門分別顯示數據，即自動化和保 護分離功能缺少。監測系統使用ΗΜΙ-SCADA架構不能直接和調度方通信，需要借助通信管 理機。這也導致了用戶使用不夠便捷。


【發明內容】

[0008] 鑒于現有技術中的二次設備的狀態監測系統可靠性不高的技術問題，有必要提供 一種可靠性較好的二次設備的狀態監測系統。
[0009] 一種二次設備的狀態監測系統，包括二次設備模塊、用于數據呈現和用戶交互的 人機交互模塊及保護管理模塊，用于實現該二次設備模塊、人機交互模塊和保護管理模塊 之間相互通信的通信服務模塊；該人機交互模塊包括界面交互模塊和用于存儲配置信息和 歷史數據的數據存儲管理模塊。
[0010] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，所述人機交互模塊/保護管理模塊還用 于發出召喚指令向該二次設備模塊召喚數據；該通信服務模塊用于解析該召喚指令，并將 解析后的召喚指令傳送給該二次設備模塊；該二次設備模塊用于依據召喚指令提供反饋數 據給該通信服務模塊；該通信服務模塊還用于將該反饋數據解析后傳輸至發出該召喚指令 的人機交互模塊/保護管理模塊。
[0011] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，該二次設備模塊還用于依據預定的通信 規約上行所測定的電流數據、電壓數據、保護信息數據和該二次設備模塊中內設的傳感器 單元測定的傳感器單元的數據給該通信服務器；該人機交互模塊/保護管理模塊向數據存 儲管理模塊發送存儲命令；該數據存儲管理模塊接收人機交互模塊/保護管理模塊發送的 命令，且從人機交互模塊/保護管理模塊讀取存儲數據。
[0012] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，所述人機交互模塊/保護管理模塊還用 于向該數據存儲管理模塊發出配置信息讀取指令；該數據存儲管理模塊還用于將存儲的配 置信息傳輸至該人機交互模塊/保護管理模塊。
[0013] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，該人機交互模塊還包括一個用于存儲該 人機交互模塊實時數據集的第一內存數據單元，該保護管理機模塊還包括一個用于存儲該 保護管理機模塊實時數據集的第二內存數據單元。
[0014] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，該通信服務模塊包括多條獨立的通信通 道；該人機交互模塊、該保護管理模塊和該二次設備模塊還用于各自通過一條通信通道與 該通信服務模塊進行數據交換。 >
[0015] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，該通信服務模塊還包括一個用于和第三 方調度設備進行數據交換的獨立的通信通道； 進一步地，在進一步優化的實施方式中，該數據存儲管理模塊包括數據庫配置管理單 元和歷史數據管理單元；該數據庫配置管理單元用于管理整個變電站的配置信息存儲，所 述配置信息包括二次設備配置、一次設備配置、網絡通信配置、用戶配置、顯示界面配置等 的信息；該歷史數據管理單元用于保存和查詢歷史數據信息，該歷史信息包括該解析后的 前述二次設備模塊上行的數據。 _ _
[0016] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，該界面交互模塊包括圖形界面顯示單元、 定值管理單元、四遙管理單元和錄波管理單元；圖形界面顯示單元用于顯示主接線圖、多間 隔保護圖、單間隔保護圖和虛端子圖。
[0017] 進一步地，在進一步優化的實施方式中，還包括監控系統主機、保護管理系統主 機、多臺用于站域保護和控制的二次設備、數據存儲服務器、通信服務器及交換機；該交換 機通過網絡線路分別與該系統主機、該數據存儲服務器、該通信服務器及該多臺二次設備 連接；該數據存儲模塊設置在該數據存儲服務器，該界面交互模塊設置在該監控系統主機， 該通信服務模塊設置在該通信服務器。
[0018] 相較于現有技術，本發明的主要有益效果在于： 由于本發明的二次設備的狀態監控系統包括二次設備模塊、用于數據呈現和用戶交互 的人機交互模塊及保護管理模塊，用于實現該二次設備模塊、人機交互模塊和保護管理模 塊之間相互通信的通信服務模塊；該人機交互模塊包括界面交互模塊和用于存儲配置信息 和歷史數據的數據存儲管理模塊；因此，通信服務模塊不再需要訪問數據庫，專注于通信處 理，安全性增強，可靠性增強；這使得本發明的二次設備的狀態監控系統的可靠性較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明的二次設備的狀態監測系統的運行環境硬件架構示意圖。
[0020] 圖2是本發明的二次設備的狀態監測系統的模塊示意圖。
[0021] 圖3是本發明的二次設備的狀態監測系統的工作時序示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不 用來限定本發明。
[0023] 圖1是的二次設備的狀態監測系統的運行環境硬件架構示意圖。該二次設備的狀 態監測系統包括處于同一網絡中的監控系統主機11、保護管理系統主機12、數據存儲服務 器13、通信服務器14、交換機15、多臺二次設備16以及GPS裝置17。該交換機15通過電 網口與該監控系統主機11、保護管理系統主機12、數據存儲服務器13、通信服務器14、二次 設備16以及GPS裝置17均連接，為該等設備搭建一個數據通信的網絡。一實施方式中，該 二次設備16為繼電保護裝置。該監控系統主機11、保護管理系統主機12也可為一體集成 的其他系統主機代替。
[0024] 該數據存儲服務器13用于存儲本發明的二次設備的監測系統所產生的各類數 據。
[0025] 該通信服務器14用于和目標裝置進行數據交換。一實施方式中，該通信服務器14 采用工業級公共計算機，硬盤可以配置為小容量的固態硬盤。該通信服務器14的操作系統 采用Linux系統。
[0026] 該二次設備16包括至少一個傳感器，例如溫度傳感器、煙霧傳感器或震動傳感器 等。該二次設備16用于將電流數據、電壓數據、保護信息數據以及該至少一個傳感器采集 的關于該二次設備16本身的運行環境參數數據，一并依據預定的規約發送給該通信服務 器14。該預定的規約為IEC61850通信規約。
[0027] 該GPS裝置17用于為本發明的二次設備的狀態監測系統提供校時。
[0028] 工作時，當該監控系統主機11需要召喚數據時，該監控系統主機11發出命令傳輸 至該交換機15,由該交換機15將命令傳輸到該通信服務器14。該通信服務器14將該命令 解析，并通過該交換機15轉發給目標裝置。目標裝置收到命令后，依據該命令形成反饋數 據包。該反饋數據包首先通過該交換機15發送給該通信服務器14,并由該通信服務器14 進行解析。解析后的反饋數據包再通過該交換機15傳送給該監控系統主機11。當然，該保 護管理系統主機12召喚數據時，其流程與該監控系統主機11召喚數據的流程基本相同。
[0029] 當該監控系統主機11需要進行初始化設置時，該監控系統主機11通過網絡訪問 該數據存儲服務器13,從該數據存儲服務器13中讀取預存的監控系統主機11的初始化數 據。當該監控系統主機11接收來自該二次設備16的重要的數據信息時，也通過網絡將該 等來自該二次設備16的重要的數據信息存儲到該數據存儲服務器13。該保護管理系統主 機12在接收來自該二次設備16的重要數據信息時，數據存儲流程與該監控系統主機11的 流程相同。
[0030] 請一并參閱圖2,圖2是本發明的二次設備的狀態監測系統的功能模塊示意圖。本 發明所稱的模塊或模塊單元是完成特定功能的程序段或者指令，比程序更適合于描述軟件 在所述硬件環境中的執行過程。針對模塊和單元的相關描述可參照針對圖2和圖3的說明。 需要說明的是，所述的二次設備的狀態監測系統的多個模塊或單元被儲存在對應的主機硬 盤中并被配置成由相應的處理器來執行。
[0031] 從功能模塊上分，該二次設備的狀態監測系統包括二次設備模塊21、通信服務模 塊22、人機交互模塊23和保護管理機模塊24。二次設備模塊21以IEC61850通信規約發 送電流數據、電壓數據、保護信息數據以及多個傳感器采集的本身的狀態數據；接收上層服 務器及相應主機的命令，如接收來自監控系統主機11或者保護管理主機12的命令。通信 服務模塊22用于負責該二次設備模塊21、該人機交互模塊22、該保護管理機模塊23和第 三方調度模塊3之間的通信。在本發明中，該通信服務模塊22可以為該通信服務器15執 行以實現相應的功能。該二次設備模塊21由該多個二次設備16執行以實現相應的功能， 也可集成在該二次設備16中。
[0032] 該人機交互模塊23和該保護管理機模塊24均用于數據呈現、數據存儲和用戶交 互。該人機交互模塊23和該保護管理機模塊24的區別在于：該人機交互模塊23用于面向 負責變電站運行監控管理的用戶，該保護管理機模塊24用于面向負責變電站保護管理的 用戶。該人機交互模塊23和該保護管理機模塊24所呈現的數據為定制化數據，兩者依據 面向用戶的不同而呈現不同的定制化數據。
[0033] 工作時，以人機交互模塊23的通信為例：當該二次設備模塊21有數據上送到該通 信服務模塊22時，該通信服務模塊22對數據包進行解析重組，將數據轉發到該人機交互模 塊23 ;該人機交互模塊23收到該通信服務模塊22發送的數據后，則根據用戶的界面顯示 需求來顯示相應的數據；用戶在該人機交互模塊23上操作下發命令給下層設備時，則先形 成命令流下發給該通信服務模塊22并等待該通信服務模塊22反饋，而該通信服務模塊22 收到命令后則將命令重組并轉發給相應的二次設備模塊21，同時等待二次設備模塊21的 反饋，二次設備模塊21收到命令執行完畢后，將結果發送給該通信服務模塊22,該通信服 務器22在收到結果后反饋給該人機交互模塊 23,由該人機交互模塊23再呈現給用戶。
[0034] 對于該通信服務模塊22而言，該保護管理模塊24、該第三方調度模塊3和該人機 交互模塊23均為同等的客戶端。該通信服務模塊24與該等客戶端的通信流程均相同。每 一客戶端由一個單獨的線程單獨負責與該通信服務模塊22進行通信。該通信服務模塊22 也可以由包括有301D模塊的服務器執行實現對應的功能。
[0035] 該人機交互模塊23和該保護管理機模塊24的實時數據集（RTDB)不共享。該人 機交互模塊23和該保護管理機模塊24各自具有一個內存數據單元。例如，該人機交互單 元23具有一個第一內存數據單元，該保護管理模塊24具有一個第二內存數據單元。該第 一內存數據單元用于存儲該人機交互模塊1實時數據集，該第二內存數據單元用于存儲該 保護管理機模塊實時數據集。
[0036] 進一步地，該二次設備模塊21主要包括狀態數據顯示單元和數據映射及上送單 元。狀態數據顯示單元主用于將通過傳感器實時采集的狀態數據在二次設備16的顯示屏 中實時顯示；數據映射及上送單元用于將狀態數據通過預設的通信規約建模映射、緩存并 發送給該通信服務模塊22。
[0037] 該通信服務模塊22包括數據接收轉發單元和內部調度交互單元。該數據接收轉 發單元用于從二次設備模塊21接收數據、解析數據類型并對應轉發給人機交互模塊23。該 內部調度交互單元用于依據內部約定規約接收該人機交互單元23下發的命令、解析命令 后向該二次設備模塊21發送標準IEC61850通信規約請求。在接收到該二次設備模塊21 返回的數據后，該內部調度交互單元再通過內部通信規約轉發給該人機交互模塊23。
[0038] 該人機交互模塊23包括界面交互模塊和數據存儲管理模塊。
[0039] 該數據存儲管理模塊包括數據庫配置管理單元和歷史數據管理單元。該數據庫配 置管理單元用于管理整個變電站的配置信息存儲，包括二次設備配置、一次設備配置、網絡 通信配置、用戶配置、顯示界面配置等的信息。該歷史數據管理單元設置有保存和查詢功 能。該保存功能是指對該人機交互模塊23接收到的重要信息，如事件信息、保護動作信息、 突變的狀態信息等進行實時保存。該查詢功能是指給用戶提供歷史數據查詢功能。
[0040] 該界面交互模塊包括圖形界面顯示單元、定值管理單元、四遙管理單元和錄波管 理單元。圖形界面顯示單元用于顯示主接線圖、多間隔保護圖、單間隔保護圖、虛端子圖。主 接線圖顯示全站的裝置結構和連接；多間隔保護圖顯示多個間隔內的所有保護設備的狀態 及連接信息；單間隔保護圖顯示單個保護裝置的實時信息；虛端子圖顯示全站配置文件中 各個裝置間的虛端子連線情況。定值管理單元用于管理定值區、非定值區、當前區定值的顯 示以及召喚、下裝操作。四遙管理單元用于管理遙信、遙測、遙控、遙脈的顯示和召喚操作。 錄波管理用于管理錄波文件目錄的顯示及錄波文件召喚。
[0041] 在本發明中，該界面交互模塊可以設置在該監控系統主機11中執行以實現相應 的功能，該數據存儲管理模塊可以設置在該存儲服務器13中執行以實現相應功能，該保護 管理模塊24可以設置在該保護管理系統12中執行以實現相應功能。該人機交互模塊/保 護管理模塊通信服務器還可以用于將該通信服務器二次設備模塊上行的數據解析后傳輸 至該數據存儲管理模塊；該數據存儲管理模塊還可以用于將該人機交互模塊/保護管理模 塊解析后的前述通信服務器二次設備模塊上行的數據存儲。
[0042] 請一并參閱圖3,圖3是本發明的二次設備的狀態監測系統的工作時序示意圖。該 通信服務模塊22在整個生命周期都不需要讀取該數據存儲服務器13,只有在初始化時讀 取文本配置文件。
[0043] 由于本發明的二次設備的狀態監控系統包括二次設備模塊、用于數據呈現和用戶 交互的人機交互模塊及保護管理模塊，用于實現該二次設備模塊、人機交互模塊和保護管 理模塊之間相互通信的通信服務模塊；該人機交互模塊包括界面交互模塊和用于存儲配置 信息和歷史數據的數據存儲管理模塊；因此，通信服務模塊不再需要訪問數據庫，專注于通 信處理，安全性增強,可靠性增強；這使得本發明的二次設備的狀態監控系統的可靠性較 好。
[0044] 進一步地，該保護管理系統主機12和監控系統主機11能夠分開設置，人機交互模 塊21與保護管理機模塊24從物理上分離，可以各自根據用戶需要定制；使得本發明的二次 設備的狀態監控系統的功能進一步豐富。
[0045] 進一步地，通信服務模塊22額外支持第三方調度接口，進一步豐富了功能。
[0046] 進一步地，由于通信服務器模塊22完全獨立的負責通信，不負責存儲，這樣可以 使301D模塊完全獨立部署在通信服務器上，不參與數據保存操作；數據存儲管理模塊也可 以完全獨立開來，只需要專注數據的完整存儲，不需要監管通信；數據存儲操作完全交給界 面交互模塊來操作；這使得各個模塊更加集中處理自己負責的事項、安全性和可靠性得到 提升。一實施方式中，該通信服務模塊包括多條獨立的通信通道·，該人機交互模塊：該保護 管理模塊和該二次設備模塊還用于各自通過一條通信通道與該通信服務模塊進行數據交 換。
[0047] 進一步地，本發明的二次設備的狀態監測模塊還移除了原來的共享實時數據庫 (RTDB)結構；有效降低了功能模塊的耦合度，簡化了編程和調試工作量。
[0048]因此不同客戶端（人機交互模塊、保護管理機模塊、二次設備模塊與第三方調度 模塊）的數據請求和命令下發、數據顯示都可以獨立，完全實現自動化和保護分離。
[0049] 應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳 實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術 方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發 明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種二次設備的狀態監測系統，包括二次設備模塊，其特征在于，還包括用于數據呈 現和用戶交互的人機交互模塊及保護管理模塊，用于實現該二次設備模塊、人機交互模塊 和保護管理模塊之間相互通信的通信服務模塊；該人機交互模塊包括界面交互模塊和用于 存儲配置信息和歷史數據的數據存儲管理模塊。
2. 根據權利要求1所述的二次設備的監測系統，其特征在于， 所述人機交互模塊/保護管理模塊還用于發出召喚指令向該二次設備模塊召喚數據； 該通信服務模塊用于解析該召喚指令，并將解析后的召喚指令傳送給該二次設備模 塊； 該二次設備模塊用于依據召喚指令提供反饋數據給該通信服務模塊； 該通信服務模塊還用于將該反饋數據解析后傳輸至發出該召喚指令的人機交互模塊/ 保護管理模塊。
3. 根據權利要求2所述的二次設備的監測系統，其特征在于， 該二次設備模塊還用于依據預定的通信規約上行所測定的電流數據、電壓數據、保護 信息數據和該二次設備模塊中內設的傳感器單元測定的傳感器單元的數據給該通信服務 器； 該人機交互模塊/保護管理模塊還用于將該通信服務器模塊上行的數據解析后傳輸 至該數據存儲管理模塊； 該數據存儲管理模塊用于將該人機交互模塊/保護管理模塊解析后的前述通信服務 器模塊上行的數據存儲。
4. 根據權利要求3所述的二次設備的監測系統，其特征在于， 所述人機交互模塊/保護管理模塊還用于向該數據存儲管理模塊發出配置信息讀取 指令； 該數據存儲管理模塊還用于將存儲的配置信息傳輸至該人機交互模塊/保護管理模 塊。
5. 根據權利要求4所述的二次設備的監控系統，其特征在于， 該人機交互模塊還包括一個用于存儲該人機交互模塊實時數據集的第一內存數據單 元，該保護管理機模塊還包括一個用于存儲該保護管理機模塊實時數據集的第二內存數據 單元。
6. 根據權利要求1至5任意一項所述的二次設備監控系統，其特征在于， 該通信服務模塊包括多條獨立的通信通道； 該人機交互模塊、該保護管理模塊和該二次設備模塊還用于各自通過一條通信通道與 該通信服務模塊進行數據交換。
7. 根據權利要求6所述的二次設備的狀態監測系統，其特征在于，該通信服務模塊還 包括一個用于和第三方調度設備進行數據交換的獨立的通信通道。
8. 根據權利要求5所述的二次設備的狀態監測系統，其特征在于， 該數據存儲管理模塊包括數據庫配置管理單元和歷史數據管理單元； 該數據庫配置管理單元用于管理整個變電站的配置信息存儲，所述配置信息包括二次 設備配置、一次設備配置、網絡通信配置、用戶配置、顯示界面配置等的信息； 該歷史數據管理單元用于保存和查詢歷史數據信息，該歷史信息包括該解析后的前述 二次設備模塊上行的數據。
9. 根據權利要求1所述的二次設備的狀態監測系統，其特征在于， 該界面交互模塊包括圖形界面顯示單元、定值管理單元、四遙管理單元和錄波管理單 元；圖形界面顯示單元用于顯示主接線圖、多間隔保護圖、單間隔保護圖和虛端子圖。
10. 根據權利要求1至5任意一項所述的二次設備的狀態監測系統，其特征在于，還包 括監控系統主機、保護管理系統主機、多臺用于站域保護和控制的二次設備、數據存儲服務 器、通信服務器及父財1^交iMUiil網絡驗分別與該系統挑、雜_儲服務器、 該通信服錄顏鄉自=次設錢接；錄據雜觀設霞該翻碰齡器，該界面 交互模塊設置在該監控系統主機，該通信服務模塊設置在該通產服務器
【文檔編號】G05B19/418GK104216361SQ201410391881
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月11日 優先權日:2014年8月11日
【發明者】徐成斌, 劉宏君, 陳遠生, 楊捷, 范東凱, 陳策富, 胡志峰, 黎強, 楊慶偉 申請人:長園深瑞繼保自動化有限公司