专利名称：提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法和系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种可提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统。本发明还涉及采用所述控制系统的可提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法。
背景技术：
电力系统继电保护具有选择性、速动性、灵敏性、可靠性的四性要求。微机保护变革之后，继电保护的性能有了较大的提高。二次设备之间通过信息交换来实现一次设备的保护与控制，此时出现了一种具有承载信息功能的流量——信息流。微机保护模式下采用电缆硬链接方式将需要进行信息流交换的设备相连接，每一种信息流具有专属的通道，并且信息以近光速进行传递，信息流的可靠性在微机保护的模式下并没有与继电保护的性能要求形成突出的矛盾。
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智能变电站引入以太网来代替原有的硬连接电缆并以数字化的报文为载体进行设备之间信息的通信，这种变革既节省了电缆的用量，又省去了复杂的接线过程，同时增强了设备之间信息共享水平和设备自身的信息处理能力。但信息流由微机保护模式下的专属通道传输变为不确定的过程层网络链路传输，同时由于过程层网络上诸多不确定因素的影响，也使得信息流的可靠性对继电保护的性能提出了重大的挑战。考虑到继电保护的选择性和灵敏性主要取决于设备的内部判据，继电保护受网络共享方式影响最大的是速动性和可靠性。速动性是指继电保护功能能够快速地切除故障，减少用户在故障状态的工作时间以及缩小故障元件的损坏程度。而可靠性是指保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他情况下不误动。信息流传输的可靠性直接影响着继电保护的可靠性。因此，智能变电站是否能够适用于继电保护等自动化系统的高可靠性的应用要求，信息流能否实现可靠性的传输是研究的重中之重。信息流的网络载体主要为站控层网络和过程层网络，其中站控层网络上的信息流的可靠性要求相对于过程层网络要低很多，所以本方法主要针对于过程层网络。信息流由二次设备产生，通过过程层网络传输到另一台二次设备，对于大多数二次设备来讲，既是信息流的产生者，也是信息流的使用者。信息流能否实时的可靠传输一方面取决于过程层网络自身能够承受外部干扰的能力，如继电保护的组织形态和组网方式是否合理等，另一方面取决于过程层网络在干扰下的调节能力，即实现对各种不利因素实现有效的信息流控制。现有技术一的技术方案当以太网交换控制电路端口工作在半双工模式时，符合IEEE802. 3协议的载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)算法，可以实现隐式的流量控制，即采用背压技术(BackPressure)防止缓冲区的溢出，在发送方数据到来前采取某种动作，阻止发送方发送数据。背压技术是交换控制电路发出一种伪碰撞信号技术。背压技术通常根据已用缓冲区的容量比例来实现，当已用缓冲区容量达到一个预先设定的比例时，端口将根据这个阈值生成阻塞信号，而当空闲缓冲区容量超过另一个较低的比例时，端口将取消阻塞信号。在拥塞端口所在的网段内，阻塞信号的传输可以使该网段里所有的端口都能检测到冲突，等待阻塞信号结束后再传输数据帧，从而阻止更多的碰撞，暂时中止了数据的传输，使缓冲区的空间得到释放。实现方法有两种第I种方法是在产生阻塞的端口上强制发出一组由32 96位构成的阻塞信号(Jam Signal)，这组阻塞信号与端口将要接收的帧产生冲突，链路发送方发现冲突后，将等待一段后退时间再重新发送帧。如果再次发现冲突，继续后退等待发送。链路发送方如果尝试发送16次后还未将帧发送出去，会将该帧丢弃。这种方法虽然可以延迟帧的发送，对流量进行控制，但如果在链路发送方后退的这段时间内端口的拥塞已经解除，发送方必须等待后退时间过后才能发送帧，这将造成链路的空闲。第2种方法是发生拥塞后，拥塞端口发出阻塞信号，链路对方检测到冲突后将暂停帧的发送，当拥塞端口的拥塞状态撤销后，拥塞端口停止发送阻塞信号，此时链路对方可 以重新开始发送帧。这种方法使发送方能够及时发送数据帧，避免发送方的后退等待，从而提闻链路利用率。但现有的技术一有两大缺点一是只提供了在流量过大情况下的控制策略，对于其他的非正常状态则无法采取相应措施；二是这种控制策略是为了应对通信以太网的正常运行提出来的，主要应用对象并不是智能变电站，所以提出来的控制策略缺乏针对性，无法完全满足变电站过程层网络信息流的控制需求。现有技术二的技术方案网络报文分析仪是一种针对于智能变电站设计的具有GOOSE报文，采样值等报文的记录、解析和历史报告查询功能的网络设备。网络报文分析仪能够为运行人员提供实时监视网络报文内容以及流量等信息的窗口，并在事故后为运维人员提供分析的依据。现有技术二的缺点是网络报文分析仪在网络中的作用限于记录和分析报文，并没有针对不同的网络状况做出判断并实行控制，所以其对继电保护可靠性的作用是一个开环的过程，不利于可靠性的提高。以下是文中用到的一些缩略语和关键术语定义GOOSE-通用面向变电站事件对象，SV-采样值，IED-智能电子设备，APPID应用标识，LD-逻辑设备，GoCB-GOOSE控制块，stNum-事件序号，sqNum-发送序号。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统。本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供采用上述控制系统的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法。本发明的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法和系统，在流量过大情况以及其他的非正常状态都可采取相应措施，且提出来的控制策略具有针对性，完全满足变电站过程层网络信息流的控制需求，使过程层网络在发生异常的情况下，可依据不同的网络状态采取相应的控制措施维持系统稳定，仍能够尽可能的保持其可靠性，保证信息流整体上的实时和可靠传输，进而满足继电保护的性能需求。解决上述第一个技术问题，本发明的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统，其特征是包括依次以数据线连接的报文捕获模块、特征量解析模块和故障模式识别模块，其中特征量解析模块还外接数据库模块、故障模式识别模块外接特征量定值整定模块和数据库模块，故障模式识别模块分别输出控制模块和告警模块；报文捕获模块用于捕捉网络上的报文，并通过接口将捕获到的报文传送给特征量解析模块；特征量解析模块用于根据数据库模块提供的信息来解析网络上的各种报文，获取相关的报文信息作为特征量，并将各特征量的值存入到数据库模块当中，供故障模式识 别模块调用分析；故障模式识别模块用于通过分析数据库模块中的信息，对各种报文的故障模式做出评定并将模式信息存入数据库模块，故障模式的识别靠的是对特征量值的判断；特征量定值整定模块用于为模式判别提供依据，控制模块根据模式信息决定需要采取 的控制策略，或者通过告警模块向运行人员告警。所述的报文捕获模块的连接采用如下两种方式之一一是集成在交换机内部，报文捕获模块与交换机的每一个端口相连接；二是独立并与交换机的镜像端口相连接，交换机将其他所有端口接收到的报文复制一份到镜像端口。所述的特征量解析模块包括报文类型判别子模块、GOOSE相关特征量解析子模块和采样值相关特征量解析模块，报文类型判别子模块接收报文捕获模块的输出，之后分别输出给GOOSE相关特征量解析子模块和采样值相关特征量解析模块；特征量解析模块用于对过程层网络中传输的GOOSE报文和SV报文进行解析以获取特征量的值。所述的故障模式识别模块包括依次连接的流量异常判断子模块以及事件序号、发送序号以及采样值计数判别子模块；流量异常判断子模块外接特征量定值整定模块；流量异常判断子模块的输入连接GOOSE相关特征量解析子模块和采样值相关特征量解析模块的输出；事件序号、发送序号以及采样值计数判别子模块的输出则分别连接控制模块和告警1吴块。解决上述第二个技术问题，采用上述控制系统的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法，包括以下步骤SI控制系统依赖交换机的报文捕获模块报文交换功能接收GOOSE报文和SV报文；S2控制系统根据数据库模块中记录的解析方法，特征量解析模块对这两种报文所携带的APPID、报文计数信息以及所引用的控制块信息进行解析，最终形成特征量信息表，存入数据库模块中；S3控制系统的故障模式识别模块首先通过判断流量是否在整定的阈值之内来判断是否有流量异常的情况，若发生流量异常则进一步通过内容来判断过流量还是低流量，若为过流量状态，则进行过流量保护，保护操作结束后，将结果报告给运行人员；若为低流量保护，则进行低流量保护，保护操作结束后，将结果报告给运行人员；S4若流量正常，则判断报文是否发生不连续的情况，若发现报文不连续，则进一步判断不连续的是GOOSE报文还是SV报文，若为GOOSE报文，则向运行人员告警，若为SV报文的话，则通过拉格朗日插值定理，根据之前的采样值信息对缺少的报文携带的采样值信息进行估算，然后告警；S5若报文连续，则结束本次控制操作循环，开始下一个控制操作循环。所述的步骤S2中所述的两种报文所携带的APPID和报文的计数信息是指，GOOSE报文和SV报文均含有APPID，GOOSE报文的APPID在0x0到0x3FFF之间，唯一地标识了一路GOOSE，SV报文的APPID在在0x4000到0x7FFF之间，唯一地标识了一路采用值，APPID是形成息表的主键；所述的特征量解析模块解析包括以下内容对GOOSE报文按IEC 61850规定采用重发机制进行发送，分两种情况⑴在无变电站事件发生的情况下，GOOSE报文以单位常数时间间隔重发GOOSE报文，每一条报文的内容相同，不同的是报文中的发送序号sqNum属性随着每次重发报文而 逐步递增；⑵当有新的变电站事件发生后，在Tl时刻发出第一条更新后的GOOSE报文，报文中除了相应的状态信息发生变化之外，事件序号stNum属性增加I, sqNum清零并重新计数，然后报文以间隔tS=2NX S (N=0, I, 2···，S=Ims)重发具有相同信息、但序列计数不同的GOOSE 报文，即 Tl=lms，T2=2ms，T3=4ms，......，直到间隔稳定为 T0=500ms ；例如对SV报文发送频率根据不同的采样率进行发送，每送一条SV报文会有相应的计数操作，计数的范围与采样率相关，采样计数从O到采样频率递增，每整秒归零；在每周波采样80点，50HZ频率下采样计数在0->3999递增；每整秒采样计数为0，每秒传输4000条SV报文；解析GOOSE报文的控制块路径和SV报文的采样值ID GOOSE控制块路径是从LD开始的全名路径，是LLNO作用域内GoCB唯一路径名，标明了发送该条GOOSE报文的逻辑设备；采样值ID是采样值缓冲区的唯一标识，与采样值刷新有关，标明了发送该条SV报文的逻辑设备。这些信息方便控制系统通过解析报文对发送报文的设备进行控制。对以上三部分信息解析完成之后便可以形成如表I所示的信息，存入数据库模块。表I报文解析信息表(a) GOOSE报文信息表
报文APPro 事件序号StNum发送斤号GOOSE控制块
sqNum引用
GOOSEl6104----
GOOSE2__9__56__
GOQSEn_[10_[η__(b) SV报文信息表
权利要求
1.一种提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统，其特征是包括 依次以数据线连接的报文捕获模块、特征量解析模块和故障模式识别模块，其中特征量解析模块还外接数据库模块、故障模式识别模块外接特征量定值整定模块和数据库模块，故障模式识别模块分别输出控制模块和告警模块； 所述的报文捕获模块用于捕捉网络上的报文，并通过接口将捕获到的报文传送给特征量解析模块；特征量解析模块用于根据数据库模块提供的信息来解析网络上的各种报文，获取相关的报文信息作为特征量，并将各特征量的值存入到数据库模块当中，供故障模式识别模块调用分析；故障模式识别模块用于通过分析数据库模块中的信息，对各种报文的故障模式做出评定并将模式信息存入数据库模块，故障模式的识别靠的是对特征量值的判断；特征量定值整定模块用于为模式判别提供依据，控制模块根据模式信息决定需要采取的控制策略，或者通过告警模块向运行人员告警。
2.根据权利要求I所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统，其特征是所述的报文捕获模块的连接采用如下两种方式之一一是集成在交换机内部，报文捕获模块与交换机的每一个端口相连接；二是独立并与交换机的镜像端口相连接，交换机将其他所有端口接收到的报文复制一份到镜像端口。
3.根据权利要求2所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统，其特征是所述的特征量解析模块包括报文类型判别子模块、GOOSE相关特征量解析子模块和采样值相关特征量解析模块，报文类型判别子模块接收报文捕获模块的输出，之后分别输出给GOOSE相关特征量解析子模块和采样值相关特征量解析模块；特征量解析模块用于对过程层网络中传输的GOOSE报文和SV报文进行解析以获取特征量的值。
4.根据权利要求3所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制系统，其特征是所述的故障模式识别模块包括依次连接的流量异常判断子模块以及事件序号、发送序号以及采样值计数判别子模块；流量异常判断子模块外接特征量定值整定模块；流量异常判断子模块的输入连接GOOSE相关特征量解析子模块和采样值相关特征量解析模块的输出；事件序号、发送序号以及采样值计数判别子模块的输出则分别连接控制模块和告警模块。
5.一种采用如权利要求I至4中任一项所述的控制系统的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法，包括以下步骤 SI控制系统依赖交换机的报文捕获模块报文交换功能接收GOOSE报文和SV报文； S2控制系统根据数据库模块中记录的解析方法，特征量解析模块对这两种报文所携带的APPID、报文计数信息以及所引用的控制块信息进行解析，最终形成特征量信息表，存入数据库模块中； S3控制系统的故障模式识别模块首先通过判断流量是否在整定的阈值之内来判断是否有流量异常的情况，若发生流量异常则进一步通过内容来判断过流量还是低流量，若为过流量状态，则进行过流量保护，保护操作结束后，将结果报告给运行人员；若为低流量保护，则进行低流量保护，保护操作结束后，将结果报告给运行人员； S4若流量正常，则判断报文是否发生不连续的情况，若发现报文不连续，则进一步判断不连续的是GOOSE报文还是SV报文，若为GOOSE报文，则向运行人员告警，若为SV报文的话，则通过拉格朗日插值定理，根据之前的采样值信息对缺少的报文携带的采样值信息进行估算，然后告警； S5若报文连续，则结束本次控制操作循环，开始下一个控制操作循环。
6.根据权利要求5所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法，其特征是步骤S2中所述的两种报文所携带的APPID和报文计数信息是指，GOOSE报文和SV报文均含有APPID，GOOSE报文的APPID在0x0到0x3FFF之间，唯一地标识了一路GOOSE，SV报文的APPID在0x4000到0x7FFF之间，唯一地标识了一路采用值，APPID是形成信息表的主键； 所述的特征量解析模块解析包括以下内容 对GOOSE报文按IEC 61850规定采用重发机制进行发送，分两种情况 ⑴在无变电站事件发生的情况下，GOOSE报文以单位常数时间间隔重发GOOSE报文，每一条报文的内容相同，不同的是报文中的发送序号sqNum属性随着每次重发报文而逐步递增； ⑵当有新的变电站事件发生后，在Tl时刻发出第一条更新后的GOOSE报文，报文中除了相应的状态信息发生变化之外，事件序号StNum属性增加I，sqNum清零并重新计数，然后报文以间隔tS=2NXS(N=0，I, 2···，S=Ims)重发具有相同信息、但序列计数不同的GOOSE报文，即 Tl=Ims, T2=2ms, T3=4ms,......，直到间隔稳定为 T0=500ms ； 解析GOOSE报文的控制块路径和SV报文的采样值ID GOOSE控制块路径是从LD开始的全名路径，是LLNO作用域内GoCB唯一路径名，标明了发送该条GOOSE报文的逻辑设备；采样值ID是采样值缓冲区的唯一标识，与采样值刷新有关，标明了发送该条SV报文的逻辑设备。
7.根据权利要求6所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法，其特征是所述的步骤S3中，故障模式识别模块的故障识别包括以下内容 通过特征量解析模块的解析结果同时结合事先整定的正常流量阈值不断对以下5种模式进行判别，若发生不正常的流量状态则将状态信息发送给控制模块，由该模块执行相应的控制操作 信息流模式共分为3大类，流量异常、流量正常但报文不连续、正常状态，下列的模式1、2属于流量异常，模式3、4属于流量正常但报文不连续，模式5属于正常状态 1)事件序号StNum变化过快，或者发送序号sqNum以超过正常频率的方式增加，导致设备发送的信息流量过大；采样计数以超过正常频率的方式增加，导致设备发送的信息流量过大；流量高于正常流量的阈值，该状态称作信息过流量， 2)发送序号sqNum以低于正常频率的方式增加而且计数连续，或不增加，导致信息流量过低；采样计数以低于正常频率的方式增加而且计数连续，或不增加，导致信息流量过低；流量低于正常流量的阈值，该状态称作信息低流量； 3)事件序号StNum或者发送序号sqNum出现跳跃变化，信息流不连续，该状态称作GOOSE流不连续； 4)采样计数出现跳跃变化，信息流不连续，该状态称作SV流不连续； 5)stNum, sqNum和采样计数正常递增，信息流正常。
8.根据权利要求7所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法，其特征是所述的保护操作和告警由控制模块和告警模块负责根据不同的模式进行相应的控制和/或告警操作 对于模式1)，将发送异常流量的设备从网络中暂时切除掉，这里的切除采用如下方式之一①一种可以不是像断路器那样物理地将设备与网络隔离，而是逻辑上利用生成树协议断开该条路径或者通过模仿ARP攻击的方式使得设备的报文无法发送到网络上去；②另一种是启动继电器切断设备电源，从而起到自动、迅速、有选择性的将故障元件从网络中切除，保证其他无故障部分迅速恢复正常工作；过流量保护查询GOOSE控制块路径判断异常的高流量是由哪个IED的哪个逻辑设备引起的，从而切断该逻辑设备的端口流量； 对于模式2),交换机发送一个简单的request报文给IED设备,如果在规定的时间之内，没有收到response报文，则可以判断这条链路或者这个IED设备发生了故障，并发出警告，通知运维人员对该线路和设备进行检修； 对于模式3)，将该状态通过告警的方式发送给运行人员，不同的告警信号构成出口数据集； 对于模式4)，若SV报文的信息流发生不连续的情况，则控制系统需通过拉格朗日插值定理，根据之前的采样值信息对缺少的报文携带的采样值信息进行估算，以便将报文不连续产生的影响降到最低。
9.根据权利要求7所述的提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法，其特征是所述发送序号sqNum以超过正常频率的方式增加中的正常频率是指每秒传输4000条SV报文；采样计数以超过正常频率的方式增加中的正常频率是指在每周波采样80点；正常流量的阈值是指有变电站事件GOOSE产生，且所有可能发生的跳闸信号、控制信号和设备状态信息的变电站事件GOOSE报文在同一时刻以周期TN —起发送，SV报文仍以固定周期发送，此时信息流量为过程层网络正常稳态运行时的最大值，乘以裕度系数即为正常流量的阈值。
全文摘要
本发明涉及提高智能变电站继电保护可靠性的信息流控制方法和系统系统包括依次以数据线连接的报文捕获模块、特征量解析模块和故障模式识别模块，其中特征量解析模块还外接数据库模块、故障模式识别模块外接特征量定值整定模块和数据库模块，故障模式识别模块分别输出控制模块和告警模块。本发明能够为通过判断过程层网络信息流所处于的故障模式，并根据不同的模式信息采取控制措施，有助于提高过程层网络信息流传输的可靠性，进而提高智能变电站继电保护设备的各项性能，提高二次系统的自动化水平，为智能变电站的安全运行提供了有利的条件。
文档编号H04L12/801GK102932167SQ20121038292
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者蔡泽祥, 曾耿晖, 陈志光, 张延旭, 黄明辉, 丁修玲, 邵向潮, 李一泉, 张弛 申请人:华南理工大学, 广东电网公司电力调度控制中心