专利名称：一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置及方法
技术领域：
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种基于IEC61850的数据共享数字化变电站的集中式母线保护装置及其方法。
背景技术：
数字化变电站及其相关技术是近几年电力系统自动化领域的热点问题，是计算机技术和网络技术，以及电力系统需求发展的结果。IEC61850标准、多功能IED(智能电子设备)和通信网络是其重点的研究内容。 IEC 61850标准(变电站通信网络和系统标准)是国际电工委员会TC57工作组在
总结以往通信协议的基础上，为实现来自不同厂家的设备之间的无缝通信而制定的。其核
心内容包括以功能为基础的模型和通信，以及配置管理。其中，模型是面向对象的；通信是
抽象的、不依赖具体网络和协议的；配置则采用SCL(变电站配置语言)进行管理。 传统的变电站的模拟量和开关量数据，信号来源于传统的电压互感器、电流互感
器和开关信号量。信号的多少由设备的功能来确定，信号处理功能由微机来实现，集数据采
集、分析计算、结果输出于一体。 随着数字式互感器和全数字化的变电站综合自动化系统的日益推广，模拟信号和数字信号的采集者和使用者分布于不同的设备，数据在变电站内外可以通过网络实现共享，这使得传统的采集数据都是模拟信号和开关量，且信号采集处理一体化的变电站的保护设备无法适用于IEC61850标准的数字化变电站。
发明内容
本发明目的在于，提供一种面向数字化变电站，采用以IEC61850标准为基础，可以实现数字化变电站内的集中式母线保护功能的装置及方法，其具有数字化、无需考虑互感器饱和、二次回路简单、开放、易于维护和扩展方便等优点。 为实现上述目的，本发明提供一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置，其特征在于所述母线保护装置包括硬件装置和软件处理系统，所述硬件装置采用嵌入式处理器单元，多CPU并行处理技术，提供双千兆以太网接口和RS232、RS485/422接口 ；所述软件处理系统包括数据接收处理模块，母线保护逻辑模块、通讯处理模块和系统管理模块，所述数据接收处理模块经以太网接口通过网络接收基于IEC61850标准的模拟量和开关量的数据报文，并对所述数据报文进行分析处理，为所述母线保护逻辑模块提供数据支持；所述母线保护逻辑模块根据母线保护逻辑的要求，对所述数据接收处理模块提供的数据进行合理判断，并通过网络向变电站母线设备下达控制命令；所述通讯处理模块管理母线保护装置的通讯部分，为所述双千兆以太网接口和RS232、 RS485/422接口提供通讯支持；所述系统管理模块保证母线保护装置的正常运行，为母线保护装置提供维护。
本发明一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的一个优选技术方案为所述通讯处理模块以IEC61850标准第五部分为基础，构建信息和通信模型库。
本发明一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的另一个优选技术方案为所述通讯处理模块采用变电站配置语言，并使用统一的工具对所述软件处理系统进行配置和管理。 本发明一种应用于数字化变电站保护的集中式母线保护装置的再一优选技术方案为所述母线保护数据处理模块对来自站内多个间隔的数据进行统一处理记录，采用集中式母线保护逻辑，对过程层进行集中式控制。 本发明一种应用于数字化变电站保护的集中式母线保护装置的的一个更优选技术方案为所述母线保护装置的二次回路设计简单，无需考虑互感器饱和，母线保护与站内其他保护以及过程层的沟通全部通过GOOSE实现。 本发明一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法，所述方法的步骤如下 步骤一集中式母线保护装置的系统管理模块在母线保护装置运行后，启动采样
中断任务、保护逻辑计算任务、站控层通讯任务、人机接口任务、系统时钟任务，并对上述任
务进行维护管理，在上述任一任务发生锁死后启动看门狗，重新启动母线保护装置。 步骤二集中式母线保护装置的数据接收处理模块通过以太网接口接收基于
IEC61850-9-l或IEC61850-9-2标准的变电站通信网络和系统的数据报文，对数据报文进
行分析处理，同时记录所采集的数据的实时动态变化过程、分析结果和数据的正常异常信
息，为母线保护逻辑模块提供数据支持； 步骤三集中式母线保护装置的母线保护逻辑模块根据母线保护逻辑的要求，对数据接收处理模块提供的所保护母线的运行状态数据报文信息进行合理判断，下达控制命令； 本发明一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法的一个优选技术方案为所述步骤二种数据处理模块对所采集的数据报文进行的分析处理包括数据的有效性判断，检测是否发生丢包，同步异常，通讯中断，电流电压数据不平衡或者差流越限。
本发明一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法的另一个优选技术方案为所述步骤三中的母线保护模块采用的母线保护逻辑包括母线差动保护逻辑，母联充电保护逻辑，母联过流保护逻辑、死区保护逻辑、断路器失灵保护逻辑。
本发明一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法的一个更优选的技术方案为所述母线差动保护的实现采用比率制动特性，无需考虑互感器饱和对采样数据的影响。 本发明的有益效果采用本发明装置及方法应用于以IEC61850标准为基础的数字化变电站，可以实现数字化变电站内的集中式母线保护功能，具有数字化、无需考虑互感器饱和、二次回路简单、开放、易于维护和扩展方便的优点。
图1为本发明装置的接线示意图； 图2为本发明装置的硬件结构示意图； 图3为本发明装置的功能设计模块结构示意图； 图4为本发明装置数据处理模块工作流程示意 图5为本发明装置母线保护逻辑模块工作流程示意 图6为本发明装置系统管理模块工作流程示意图。
具体实施例方式
如图l和图2所示，本发明的应用于数字化变电站的集中式母线保护装置包括凍中式母线保护装置硬件和集中式母线保护装置软件处理系统。集中式母线保护装置硬件采用嵌入式处理器单元，多CPU并行处理技术，提供双千兆以太网接口和RS232、RS485/422接□。 如图3所示，集中式母线保护装置软件处理系统结构完全遵照IEC61850标准的逻辑节点设计，其包括数据接收处理模块，母线保护逻辑模块、通讯处理模块和系统管理模块。如图4所示，数据接收处理模块经以太网接口通过网络接收基于IEC61850标准的模拟量和开关量的数据报文，并对数据报文进行分析处理，为母线保护逻辑模块提供数据支持。如图5所示，母线保护逻辑模块根据母线保护逻辑的要求，对所述数据接收处理模块提供的数据进行合理判断，并通过网络向变电站母线设备下达控制命令。该母线保护逻辑包括母线差动保护，母联充电保护，母联过流保护、死区保护、断路器失灵保护。通讯处理模块管理母线保护装置的通讯部分，为双千兆以太网接口和RS232、 RS485/422接口提供通讯支持。通讯处理模块以IEC61850标准第五部分为基础，构建信息和通信模型库，采用变电站配置语言，并使用统一的工具对软件处理系统进行配置和管理，满足IEC61850标准的全部通信要求。如图6所示，系统管理模块保证母线保护装置的正常运行，为母线保护装置提供维护。 本发明集中式母线保护装置软件基于嵌入式实时操作系统实现，将IEC61850标准、数字化变电站集中式母线保护功能结合起来，提供数字化变电站的母线保护功能，结构完全遵照IEC61850标准的逻辑节点设计，采用面向对象的动态建模技术，内置相关逻辑节点，支持功能自由分布。 本发明母线保护数据处理模块对来自站内多个间隔的数据进行统一处理记录，采用集中式母线保护逻辑，对过程层进行集中式控制。集中式母线保护装置的二次回路设计简单，无需考虑互感器饱和。 本发明数字变电站集中式母线保护装置采用面向对象的动态建模技术，支持功能自由分布，满足IEC61850标准的全部通信要求。并配有统一的符合IEC61850标准的工程化系统集成工具，解析、生成SCL配置文件，支持离线、在线配置。设备能够根据工具生成的IED配置文件提供的配置信息静态建立通信模型。充分支持SCSM协议栈TCP/IP， UDP，IEEE802. 3等；采用自主开发的匪S协议栈，可以实现基于全部变电站系统的统一配置和GPS对时。 本发明应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法包括如下步骤 步骤一集中式母线保护装置的系统管理模块在母线保护装置运行后，启动采样
中断任务、保护逻辑计算任务、站控层通讯任务、人机接口任务、系统时钟任务，并对上述任
务进行维护管理，在上述任一任务发生锁死后启动看门狗，重新启动母线保护装置。 步骤二集中式母线保护装置的数据接收处理模块通过以太网接口接收基于
IEC61850-9-l或IEC61850-9-2标准的变电站通信网络和系统的数据报文，对数据报文进行数据的有效性判断，检测是否发生丢包，同步异常，通讯中断，电流电压数据不平衡或者差流越限等分析处理，同时记录所采集的数据的实时动态变化过程、分析结果和数据的正常异常信息，为母线保护逻辑模块提供数据支持。 步骤三集中式母线保护装置的母线保护逻辑模块根据母线差动保护逻辑，母联充电保护逻辑，母联过流保护逻辑、死区保护逻辑、断路器失灵保护逻辑等母线保护逻辑的要求对数据接收处理模块提供的所保护母线的运行状态数据报文信息进行逻辑分析和合理判断，并下达控制命令。母线差动保护的实现采用比率制动特性。 上述实施例对本发明进行的描述并非对本发明保护范围的限制，本领域技术人员在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的，均属于本发明保护范围之内。
权利要求
一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置，其特征在于所述母线保护装置包括硬件装置和软件处理系统，所述硬件装置采用嵌入式处理器单元，多CPU并行处理技术，提供双千兆以太网接口和RS232、RS485/422接口；所述软件处理系统包括数据接收处理模块，母线保护逻辑模块、通讯处理模块和系统管理模块，所述数据接收处理模块经以太网接口通过网络接收基于IEC61850标准的模拟量和开关量的数据报文，并对所述数据报文进行分析处理，为所述母线保护逻辑模块提供数据支持；所述母线保护逻辑模块根据母线保护逻辑的要求，对所述数据接收处理模块提供的数据进行合理判断，并通过网络向变电站母线设备下达控制命令；所述通讯处理模块管理母线保护装置的通讯部分，为所述双千兆以太网接口和RS232、RS485/422接口提供通讯支持；所述系统管理模块保证母线保护装置的正常运行，为母线保护装置提供维护。
2. 根据权利要求1所述的数字化变电站的集中式母线保护装置，其特征在于所述通 讯处理模块以IEC61850标准第五部分为基础，构建信息和通信模型库。
3. 根据权利要求1或2所述的数字化变电站的集中式母线保护装置，其特征在于所 述通讯处理模块采用变电站配置语言，并使用统一的工具对所述软件处理系统进行配置和 管理。
4. 根据权利要求1所述的数字化变电站保护的集中式母线保护装置，其特征在于所 述母线保护数据处理模块对来自站内多个间隔的数据进行统一处理记录，采用集中式母线 保护逻辑，对过程层进行集中式控制。
5. 根据权利要求1所述的数字化变电站保护的集中式母线保护装置，其特征在于所 述母线保护装置的二次回路设计简单，无需考虑互感器饱和，母线保护与站内其他保护以及过程层的沟通全部通过G00SE实现。
6. —种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法，其特征在于所述方法的 步骤如下步骤一 集中式母线保护装置的系统管理模块在母线保护装置运行后，启动采样中断 任务、保护逻辑计算任务、站控层通讯任务、人机接口任务、系统时钟任务，并对上述任务进 行维护管理，在上述任一任务发生锁死后启动看门狗，重新启动母线保护装置。步骤二集中式母线保护装置的数据接收处理模块通过以太网接口接收基于IEC61850-9-l或IEC61850-9-2标准的变电站通信网络和系统的数据报文，对数据报文进 行分析处理，同时记录所采集的数据的实时动态变化过程、分析结果和数据的正常异常信 息，为母线保护逻辑模块提供数据支持；步骤三集中式母线保护装置的母线保护逻辑模块根据母线保护逻辑的要求，对数据 接收处理模块提供的所保护母线的运行状态数据报文信息进行合理判断，下达控制命令；
7. 如权利要求6所述的一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法，其特 征在于所述步骤二中的数据处理模块对所采集的数据报文进行的分析处理包括数据的 有效性判断，检测是否发生丢包，同步异常，通讯中断，电流电压数据不平衡或者差流越限。
8. 如权利要求6所述的一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法，其特 征在于所述步骤三中的母线保护模块采用的母线保护逻辑包括母线差动保护逻辑，母 联充电保护逻辑，母联过流保护逻辑、死区保护逻辑、断路器失灵保护逻辑。
9. 如权利要求8所述一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置的方法，其特征在于所述母线差动保护的实现采用比率制动特性，无需考虑互感器饱和对采样数据的影 响。
全文摘要
本发明提出了一种应用于数字化变电站的集中式母线保护装置及其方法，面向数字化变电站，遵循IEC61850标准，对变电站内的母线进行保护，设备支持XML，这使得采用多种手段、工具对设备进行配置成为可能，更便于信息在不同系统、不同平台间的交换、共享；采用标准的变电站配置语言SCL对设备进行通信相关的配置，任何厂家的符合IEC61850的配置工具都可识别，新型数字化变电站的集中式母线保护装置具有数字化、开放、二次回路简单、无需考虑互感器饱和、易于维护和扩展方便的优点。
文档编号H02H7/22GK101719696SQ200910243409
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者万博, 侯鹏, 刘润花, 宋合志, 曲春辉, 曹楠, 李冰, 李刚, 汪一, 王冬青, 王化鹏, 申仲涛, 苏瑞, 陈翔宇, 鹿洪刚 申请人:中国电力科学研究院