專利名稱：基于多級綜合服務器架構的智能變電站的制作方法
技術領域：
本發明屬于智能變電站設計領域，尤其涉及一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站。
背景技術：
隨著計算機和通信技術 的發展，電力生產運行過程中對自動化水平要求的提升，智能變電站應用技術的研究越來越成為電力行業關注的焦點。智能化變電站是數字化變電站的升級和發展，在數字化變電站的基礎上，結合智能電網的需求，對變電站自動化技術進行充實以實現變電站智能化功能。在變電站網絡與通信協議IEC61850標準頒發以后，數字化變電站取得了巨大的進步，得到了廣泛的應用。現有的數字化變電站是由智能化一次設備和網絡化二次設備分層(過程層、間隔層、站控層)構建，建立在變電站網絡與通信協議IEC61850通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。變電站網絡與通信協議IEC61850標準從邏輯上將變電站自動化系統分為三層，即過程層、間隔層、變電站層。過程層是變電站網絡與通信協議IEC61850標準中提出的新概念，數字化變電站過程層主要包括電子式互感器、斷路器和變壓器等一次設備及其智能終端，該層主要實現信號的采集和對一次系統的操作；間隔層包括數字式保護、計量、監控等二次設備，負責間隔內信息的運算處理與控制，以及與過程層和站控層的網絡通信工作；變電站層負責全站信息的管理和遠方調度等信息的通信。其主要存在如下問題(I)智能電子裝置IED間的網絡接口繁多，網絡接線復雜根據變電站網絡與通信協議IEC61850標準的要求，若要實現網絡冗余，則間隔層智能電子裝置IED需配置2個以太網接口以接入站級總線。此外，變電站網絡與通信協議IEC61850標準對網絡數據傳輸的實時性有嚴格要求，如過程總線采樣測量值傳輸的時間延遲規定在2ms內。為提高過程總線的實時性且實現網絡冗余，還需配置多個以太網接口與過程級的設備組網通信，整個變電站需要更多的網絡交換機，甚至需要采用多級交換的組網方式,組網結構復雜。(2)智能電子裝置IED協同工作相對復雜在現有數字化變電站中，智能電子裝置IED數量較多，且需要協同完成工作的應用場合越來越多，如需要不同間隔智能電子裝置IED數據的小電流接地選線、防誤閉鎖等。(3)管理分散現有數字化變電站各個智能電子裝置IED負責各自的功能，對于各個智能電子裝置IED的管理是分散的，造成管理成本較大。
發明內容
針對上面技術背景中描述的目前的數字化變電站中存在的電站間隔層智能電子裝置IED數量繁多，網絡接口和整體協同方面的局限性，本發明提出了一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站。本發明的技術方案是，一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述智能變電站包括過程層、間隔層和站控層；所述過程層包括非常規電流互感器ETA、非常規電壓互感器ETV、交流電氣量采集合并單元、一次設備智能終端、檢修監控合并單元和過程層以太網；所述間隔層包括仲裁器、第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元；所述站控層包括站級以太網、遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機；其中，所述非常規電流互感器ETA和非常規電壓互感器ETV分別與所述交流電氣量采集合并單元連接，用于采集交流電氣量數據；所述交流電氣量采集合并單元分別與所述非常規電流互感器ETA、非常規電壓互 感器ETV、一次設備智能終端、第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元連接，用于將行交流電氣量數據匯合，并將交流電氣量數據傳輸給間隔層；所述一次設備智能終端分別與所述交流電氣量采集合并單元、仲裁器和GPS衛星對時管理單元連接，用于匯總開關量狀態數據，并實現對過程層設備的控制與調節；所述檢修監控合并單元分別與所述第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元連接，用于匯總狀態檢修數據和視頻數據，并將狀態檢修數據和視頻數據傳輸給間隔層；所述仲裁器分別與所述一次設備智能終端、第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器連接；用于通過一次設備智能終端完成命令出口確認。所述第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器分別與過程層以太網、站級以太網、仲裁器和GPS衛星對時管理單元連接，用于接收通過程層以太網傳輸來的數據以及通過站級以太網向站控層傳輸數據；所述GPS衛星對時管理單元分別與所述交流電氣量采集合并單元、所述一次設備智能終端、所述檢修監控合并單元、所述第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器連接，用于提供統一授時信號，完成模塊之間的同步對時操作；所述站控層包括遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機分別與所述站級以太網連接，用于集中對交流電氣量數據、開關量狀態數據和視頻監控數據進行管理。所述過程層以太網包括交流量數據采集網SV1、視頻監測數據網SV2和面向變電站事件網G00SE，用于過程層交流電氣量數據、視頻監控數據和開關量狀態數據通過過程層以太網傳輸給間隔層。所述第一綜合軟智能設備服務器包括運行控制子系統和檢修子系統，雙重冗余配置；用于對運行控制數據和檢修監控數據進行處理，實現上行的測量數據上傳、保護動作決策、電能計量和設備狀態檢修監測功能，以及下行的跳閘命令和裝置參數整定。所述第二綜合軟智能設備服務器包括運行控制子系統和檢修子系統，雙重冗余配置；用于對運行控制數據和檢修監控數據進行處理，實現上行的測量數據上傳、保護動作決策、電能計量和設備狀態檢修監測功能，以及下行的跳閘命令和裝置參數整定。所述第一綜合軟智能設備服務器與所述第二綜合軟智能設備服務器互為熱備用。所述過程層以太網采用千兆光纖以太網；所述站級以太網采用千兆光纖以太網。所述第一站級綜合服務器采用UNIX服務器；所述UNIX服務器包括高速以太網接□。所述第二站級綜合服務器采用UNIX服務器；所述UNIX服務器包括高速以太網接□。所述第一站級綜合服務器與所述第二站級綜合服務器互為備用。
本發明的有益效果是，在現有數字化變電站的基礎上，提出了一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站設計方法，該方案的核心是對變電站間隔層智能電子裝置IED進行重新設計，以實時多任務操作系統為基礎的變電站保護、控制、測量設備的邏輯化，軟件化實現。不但克服了原有智能電子裝置IED數量冗余和網絡接口的局限性，而且提高了功能間的互操作性及協同能力。
圖I是本發明提供的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站的整體結構示意圖；圖2是本發明提供的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站的數據流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。圖I是本發明提供的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站的整體結構示意圖。圖I中，一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站包括過程層、間隔層和站控層；所述過程層包括非常規電流互感器ETA、非常規電壓互感器ETV、交流電氣量采集合并單元、一次設備智能終端、檢修監控合并單元和過程層以太網；所述間隔層包括第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元；所述站控層包括站級以太網、遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機；其中，所述非常規電流互感器ETA和非常規電壓互感器ETV分別與所述交流電氣量采集合并單元連接，用于采集交流電氣量數據；所述交流電氣量采集合并單元分別與所述非常規電流互感器ETA、非常規電壓互感器ETV、一次設備智能終端、第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元連接，用于將行交流電氣量數據匯合，并將交流電氣量數據傳輸給間隔層；所述一次設備智能終端分別與所述交流電氣量采集合并單元、仲裁器和GPS衛星對時管理單元連接，用于匯總開關量狀態數據，并實現對過程層設備的控制與調節；所述檢修監控合并單元分別與所述第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元連接，用于匯總狀態檢修數據和視頻數據，并將狀態檢修數據和視頻數據傳輸給間隔層；所述仲裁器分別與所述一次設備智能終端、第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器連接；用于通過一次設備智能終端完成命令出口確認。所述第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器分別與過程層以太網、站級以太網、仲裁器和GPS衛星對時管理單元連接，用于接收通過程層以太網傳輸來的數據以及通過站級以太網向站控層傳輸數據；所述GPS衛星對時管理單元分別與所述交流電氣量采集合并單元、所述一次設備智能終端、所述檢修監控合并單元、所述第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器連接，用于提供統一授時信號，完成模塊之間的同步對時操作；所述站控層包括遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機分別與所述站級以太網連接，用于集中對交流電氣量數據、開關量狀態數據和視頻監控數據進行管理。 所述第一綜合軟智能設備服務器包括運行控制子系統和檢修子系統，雙重冗余配置；用于對運行控制數據和檢修監控數據進行處理，實現上行的測量數據上傳、保護動作決策、電能計量和設備狀態檢修監測功能，以及下行的跳閘命令和裝置參數整定。所述第二綜合軟智能設備服務器包括運行控制子系統和檢修子系統，雙重冗余配置；用于對運行控制數據和檢修監控數據進行處理，實現上行的測量數據上傳、保護動作決策、電能計量和設備狀態檢修監測功能，以及下行的跳閘命令和裝置參數整定。圖2是本發明提供的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站的數據流程圖。圖2中，數據流主要體現為三種形式，即①運行控制數據流、②監測數據流、③面向變電站事件網GOOSE數據流。根據數據功能用途的不同，運行控制類數據和監測類數據主要是上行數據，面向變電站事件網GOOSE數據流分為上行和下行兩種傳輸方向。利用非常規電流互感器ETA和非常規電壓互感器ETV采集交流電氣量數據，電氣量采集合并單元對交流電氣量進行匯總采集，通過交流量數據采集網SVl網以運行控制數據流的形式傳輸給綜合軟智能設備服務器的運行控制子系統，綜合軟智能設備服務器的運行控制子系統根據業務邏輯功能對數據進行處理，一部分處理結果傳輸給站級綜合服務器，作為站控層應用的數據源之一，另一部分以決策命令為主，以面向變電站事件網GOOSE數據流的形式送入面向變電站事件網G00SE，發布給一次設備智能終端，實現對過程層設備的控制與調節作用。檢修監控合并單元對視頻和狀態檢修數據進行匯總采集，通過視頻監測數據網SV2網以監測類數據流的形式傳輸給綜合軟智能設備服務器的檢修監控子系統，綜合軟智能設備服務器的檢修監控子系統把這些數據處理完后傳輸給站級綜合服務器，作為站控層應用的數據源之一。一次設備智能終端獲取一次設備的狀態信息，以面向變電站事件網GOOSE數據流形式通過面向變電站事件網GOOSE傳輸給綜合軟智能設備服務器的運行控制子系統，通過綜合軟智能設備服務器的處理，以運行控制數據流的形式傳輸給站級綜合服務器，站控層可以集中獲取一次設備狀態信息；同時，上級調度部門或者站級綜合服務器對本變電站ISS和過程層一次設備的控制、調節和整定命令，以面向變電站事件網GOOSE數據流的形式下行傳達。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易 想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述智能變電站包括過程層、間隔層和站控層；所述過程層包括非常規電流互感器ETA、非常規電壓互感器ETV、交流電氣量采集合并單元、一次設備智能終端、檢修監控合并單元和過程層以太網；所述間隔層包括仲裁器、第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元；所述站控層包括站級以太網、遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機； 其中，所述非常規電流互感器ETA和非常規電壓互感器ETV分別與所述交流電氣量采集合并單元連接，用于采集交流電氣量數據； 所述交流電氣量采集合并單元分別與所述非常規電流互感器ETA、非常規電壓互感器ETV、一次設備智能終端、第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元連接，用于將行交流電氣量數據匯合，并將交流電氣量數據傳輸給間隔層； 所述一次設備智能終端分別與所述交流電氣量采集合并單元、仲裁器和GPS衛星對時管理單元連接，用于匯總開關量狀態數據，并實現對過程層設備的控制與調節； 所述檢修監控合并單元分別與所述第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元連接，用于匯總狀態檢修數據和視頻數據，并將狀態檢修數據和視頻數據傳輸給間隔層； 所述仲裁器分別與所述一次設備智能終端、第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器連接；用于通過一次設備智能終端完成命令出口確認。
所述第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器分別與過程層以太網、站級以太網、仲裁器和GPS衛星對時管理單元連接，用于接收通過程層以太網傳輸來的數據以及通過站級以太網向站控層傳輸數據； 所述GPS衛星對時管理單元分別與所述交流電氣量采集合并單元、所述一次設備智能終端、所述檢修監控合并單元、所述第一綜合軟智能設備服務器和第二綜合軟智能設備服務器連接，用于提供統一授時信號，完成模塊之間的同步對時操作； 所述站控層包括遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機分別與所述站級以太網連接，用于集中對交流電氣量數據、開關量狀態數據和視頻監控數據進行管理。
2.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述過程層以太網包括交流量數據采集網SV1、視頻監測數據網SV2和面向變電站事件網GOOSE，用于過程層交流電氣量數據、視頻監控數據和開關量狀態數據通過過程層以太網傳輸給間隔層。
3.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述第一綜合軟智能設備服務器包括運行控制子系統和檢修子系統，雙重冗余配置；用于對運行控制數據和檢修監控數據進行處理，實現上行的測量數據上傳、保護動作決策、電能計量和設備狀態檢修監測功能，以及下行的跳閘命令和裝置參數整定。
4.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述第二綜合軟智能設備服務器包括運行控制子系統和檢修子系統，雙重冗余配置；用于對運行控制數據和檢修監控數據進行處理，實現上行的測量數據上傳、保護動作決策、電能計量和設備狀態檢修監測功能，以及下行的跳閘命令和裝置參數整定。
5.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述第一綜合軟智能設備服務器與所述第二綜合軟智能設備服務器互為熱備用。
6.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述過程層以太網采用千兆光纖以太網；所述站級以太網采用千兆光纖以太網。
7.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述第一站級綜合服務器采用UNIX服務器；所述UNIX服務器包括高速以太網接口。
8.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述第二站級綜合服務器采用UNIX服務器；所述UNIX服務器包括高速以太網接口。
9.根據權利要求I所述的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站，其特征在于，所述第一站級綜合服務器與所述第二站級綜合服務器互為備用。
全文摘要
本發明公開了智能變電站設計領域的一種基于多級綜合服務器架構的智能變電站。其技術方案是，所述智能變電站包括過程層、間隔層和站控層；所述過程層包括非常規電流互感器ETA、非常規電壓互感器ETV、交流電氣量采集合并單元、一次設備智能終端、檢修監控合并單元和過程層以太網；所述間隔層包括仲裁器、第一綜合軟智能設備服務器、第二綜合軟智能設備服務器和GPS衛星對時管理單元；所述站控層包括站級以太網、遠動管理機、第一站級綜合服務器、第二站級綜合服務器、綜合監測屏、瀏覽器、操作員工作站、工程師工作站和打印機。本發明克服了原有智能電子裝置IED數量冗余和網絡接口的局限性，提高了功能間的互操作性及協同能力。
文檔編號H02J13/00GK102832708SQ20121027819
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者徐茹枝, 徐歡, 許瑞輝, 王婧, 朱超然 申請人:華北電力大學