專利名稱：數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及牽引變電所，具體是數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法。
背景技術(shù)：
牽引變電所作為牽引供電系統(tǒng)的一個重要節(jié)點，其擔(dān)負(fù)著電氣化鐵道的電能傳輸與分配的任務(wù)，因此保證其安全穩(wěn)定的運行具有重要意義。目前，常規(guī)變電所中的二次設(shè)備普遍采用面向間隔、功能獨立的分層分布式結(jié)構(gòu)，控制、監(jiān)視、保護、故障錄波、計量與量測等都是由相互獨立的裝置完成。牽引變電所采用上述模式有二次接線復(fù)雜、投資成本大、信息不能共享、運行與維護成本高、缺乏整體協(xié)調(diào)與功能優(yōu)化的缺點。牽引變電所具有分布廣、接入方式復(fù)雜、運行設(shè)備多等特點。由于直接監(jiān)測和控制電網(wǎng)運行，其同步精度和可靠性要求高，以多種配置方案為現(xiàn)場設(shè)備提供對時同步。牽引變電所的時鐘同步系統(tǒng)一般采取GPS、北斗衛(wèi)星授時，利用專線或網(wǎng)絡(luò)方式進行對時同步?；谏鲜鰧r方式存在不安全的因素，如目前，牽引變電所二次設(shè)備主要采用時鐘對時系統(tǒng)來實現(xiàn)同步。依賴的授時系統(tǒng)以GPS為主，對時精度優(yōu)于50ns，因此，GPS作為當(dāng)前時鐘源在電力系統(tǒng)的適用性是顯然的。但是，一旦發(fā)生GPS衛(wèi)星異常故障、GPS衛(wèi)星接收器故障、官方或人為因素造成GPS信號失效等問題時，站內(nèi)二次設(shè)備將失去時鐘源基準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述授時方式失效問題，提出一種數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其利用器件將需要同步的保護用數(shù)據(jù)同時采集，利用器件的自身的同時采樣來解決數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣問題。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，數(shù)字化牽引變電所按間隔劃分為變壓器間隔、饋線間隔、并補間隔；數(shù)字化牽引變電所按層次劃分為過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備，過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接，間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接，數(shù)字化牽引變電所配置專門的GPS裝置，GPS裝置接收GPS和北斗系統(tǒng)的時鐘源信號作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源，通過對時網(wǎng)絡(luò)對站控層、間隔層、過程層設(shè)備進行時鐘同步，站控層設(shè)備通過簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議SNTP進行對時，間隔層設(shè)備采用報文對時加秒脈沖的對時方式，過程層網(wǎng)絡(luò)利用以太網(wǎng)組網(wǎng)并采用IEEE1588協(xié)議進行對時；
保護數(shù)據(jù)同步采樣方法的具體步驟為在變壓器間隔、饋線間隔、并補間隔內(nèi)均布置有保護用合并單元，保護用合并單元同步采集電流互感器和電壓互感器的多路信號，保護用合并單元將接收到的保護用數(shù)據(jù)封裝組織成SMV報文后發(fā)送到間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備根據(jù)采樣值信息做出邏輯判斷，再將出口指令組織成GOOSE報文發(fā)送到智能操作箱內(nèi)，智能操作箱根據(jù)接收到的GOOSE報文完成相應(yīng)的保護控制功能；保護用合并單元必須實現(xiàn)同步功能，才能保證各路數(shù)據(jù)通道采樣數(shù)據(jù)的同步性，保護用合并單元中同步功能模塊能正確識別輸入的同步脈沖時鐘信號，以保證采樣數(shù)據(jù)的同步性；保護用合并單元按照IEC61850-9-2規(guī)定的格式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至間隔層裝置，實現(xiàn)同步處理、數(shù)據(jù)采集、報文組幀與發(fā)送；當(dāng)GPS裝置失效時，保護用合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，間隔層設(shè)備的保護運算只使用保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)。
數(shù)字化牽引變電所保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，還包括變壓器間隔的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，具體步驟如下步驟(I)過程層設(shè)備的采樣對數(shù)字化牽引變電所的變壓器間隔布置若干合并單元， 合并單元按照功能劃分為測量用合并單元和保護用合并單元，測量用合并單元采集電子式互感器的測量用數(shù)據(jù)，保護用合并單元采集電子式互感器需要同步的保護用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將采集到的保護用數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送給間隔層設(shè)備，合并單元和電子式互感器構(gòu)成過程層設(shè)備；步驟(2)間隔層設(shè)備的保護使用間隔層設(shè)備包括變壓器保護，當(dāng)GPS裝置失效時，保護用合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，變壓器保護只使用保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)； 步驟(3)間隔層設(shè)備的保護運算控制變壓器保護接受到保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)后，根據(jù)保護用數(shù)據(jù)做出邏輯判斷，并將出口指令發(fā)送到智能操作箱，智能操作箱根據(jù)接收到的指令完成相應(yīng)的保護控制功能。
當(dāng)牽引變電所采用直供方式供電時，步驟(I)中所述的保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)2相保護電流、低壓側(cè)2相電壓、進線電壓；測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、2個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。
當(dāng)牽引變電所采用AT方式供電時，步驟(I)中所述的保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)T線2個電流、低壓側(cè)F線2個電流、低壓側(cè)T線I個電壓、低壓側(cè)F線I個電壓；測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、4個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。
所述變壓器保護為集中式變壓器保護或分散式變壓器保護。
數(shù)字化牽引變電所保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，還包括饋線間隔的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其具體的步驟為步驟A、過程層設(shè)備的采樣對數(shù)字化牽引變電所的一個饋線間隔布置一個合并單元， 合并單元采集電子式互感器需要同步的保護用數(shù)據(jù)和測量用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將采集到的保護用數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送給間隔層設(shè)備；步驟B、間隔層設(shè)備的保護使用間隔層設(shè)備包括保護，當(dāng)GPS裝置失效時，合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，保護計算只使用合并單元的保護用數(shù)據(jù)，以保證保護動作的可靠步驟C、間隔層設(shè)備的保護運算控制保護接受到合并單元的保護用數(shù)據(jù)后，根據(jù)保護用數(shù)據(jù)做出邏輯判斷，并將出口指令發(fā)送到智能操作箱，智能操作箱根據(jù)接收到的指令完成相應(yīng)的保護控制功能。
當(dāng)牽引變電所采用直供方式供電時，所述保護用數(shù)據(jù)為1路低壓側(cè)保護電流、I 路低壓側(cè)保護電壓，測量用數(shù)據(jù)為1路低壓側(cè)測量電流、I路低壓側(cè)測量電壓；當(dāng)牽引變電所采用AT方式供電時，所述保護用數(shù)據(jù)為1路T線保護電流、I路F線保護電流、I路T線保護電壓、I路F線保護電壓；測量用數(shù)據(jù)為1路T線測量電流、I路F線測量電流、I路T線測量電壓、I路F線測量電壓?；谏鲜龇椒?，對于牽引變電所由于其自身的特殊電壓等級，本發(fā)明采用對采樣數(shù)據(jù)進行就地數(shù)字化的方案，即在高壓室通過合并單元進行就地數(shù)字化的方案。為了避免保護操作依賴于采樣數(shù)據(jù)同步的問題，通過合理使用合并單元的接入來解決數(shù)據(jù)同步的問題，使保護與同步無關(guān)。設(shè)計合并單元能夠采集常規(guī)互感器的電流和電壓，對變壓器間隔布置兩個合并單元，這兩個合并單元分別采集保護用數(shù)據(jù)和測量用數(shù)據(jù)，使保護只使用一個合并單元數(shù)據(jù)，從而避免不同合并單元之間的數(shù)據(jù)同步問題。上述方法只適用于采樣路數(shù)少的采樣系統(tǒng)，如上述牽引變電所這類采樣數(shù)據(jù)少的這類采樣系統(tǒng)，而針對常規(guī)的變壓所，如商業(yè)和居住用電則不可以采樣這樣的方式。具體原因如下
首先，合并單元Merging Unit,簡稱MU。對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和 同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔級設(shè)備使用的裝置。合并單元是電子式電流、電壓互感器的接口裝置。合并單元在一定程度上實現(xiàn)了過程層數(shù)據(jù)的共享和數(shù)字化，它作為遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站間隔層、站控層設(shè)備的數(shù)據(jù)來源，作用十分重要。隨著數(shù)字化變電站自動化技術(shù)的推廣和工程建設(shè)，對合并單元的功能和性能要求越來越高，例如基于MPC827X的新型合并單元很好的滿足了當(dāng)前數(shù)字化變電站建設(shè)的實際需求，并在工程中得到了良好的反饋。現(xiàn)有合并單元定義了 12個通路電流、電壓量，包括7路電流互感器和5路電壓互感器的二次側(cè)輸出值，實際應(yīng)用中可自定義通路配置滿足合并輸出要求。具體的說，電子式互感器IEC60044-7/8標(biāo)準(zhǔn)定義了合并單元(MergingUnit,MU)這個新的物理元件。它能夠同步采集電流互感器和電壓互感器的多路信號，按照IEC 61850-9-2規(guī)定的格式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至間隔層裝置，實現(xiàn)同步處理、數(shù)據(jù)采集、報文組幀與發(fā)送等功能，對于傳統(tǒng)電磁式互感器的模擬量輸出，還集成A/D轉(zhuǎn)換功能。合并單元定義了 12個通路電流、電壓量，包括7路電流互感器和5路電壓互感器的二次側(cè)輸出值，實際應(yīng)用中可自定義通路配置滿足合并輸出要求。輸出一般采用62. 5/125 m規(guī)格的ST型接頭多模光纖傳輸?；诤喜卧耐窋?shù)量，如果在常規(guī)變電所中應(yīng)用本方法，則由于常規(guī)變電所需要同步采集的路數(shù)遠遠超出12路，因此合并單元不能采用上述分組的方式進行合并同步進行采樣，舉例來說，如常規(guī)變電所采樣路數(shù)為13路，這13路采樣數(shù)據(jù)需要同步操作，如果按照本發(fā)明的方法進行設(shè)計進行同步操作，則需要2個合并單元進行處理，同時這兩個合并單元需要調(diào)用外部的時鐘校隊進行同步運算操作最終達成13路的數(shù)據(jù)采集時鐘同步。因此還是依賴于外部時鐘，其安全性能依舊不高。而對于牽引變電所來說，需要同步采樣的數(shù)據(jù)一般不會超過12路，例如本發(fā)明中，指出當(dāng)采用直供方式供電時，需要同步采樣的保護類數(shù)據(jù)為5路電流、3路電壓數(shù)據(jù)，可利用一個合并單元進行同步采集操作，對于其測量類數(shù)據(jù)為5路電流、3路電壓數(shù)據(jù)，也可以采用一個合并單元進行同步采集操作，由于上述第一個合并單元和第二和合并單元采集的數(shù)據(jù)功能不同，因此二者之間不存在關(guān)聯(lián)，因此不強制它們進行同步，因此二者采集數(shù)據(jù)時，只需要依賴于自身的CPU時鐘進行調(diào)節(jié)，將同組的變壓器采樣數(shù)據(jù)組進行同步處理即可，而自身的CPU時鐘調(diào)控完全能滿足時鐘精度的要求。這樣可不依賴于外部時鐘即可完成保護動作，其安全性能極大提高，保護時，只需要調(diào)用保護采樣路徑上的數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)保護動作，不依賴于測量路徑，二者之間可獨立存在，時鐘不同步也不影響其安全性能。對于變壓器的保護，只需要參照5路電流、3路電壓這樣的保護用數(shù)據(jù)，由于變壓器的保護只依照變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)同步采樣采集到的5路電流、3路電壓，經(jīng)過分析后判定變壓器保護裝置是否進行動作。因此變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)和變壓器間隔測量用數(shù)據(jù)不需同步處理，而對于變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)組成同步采樣采集到的保護用采樣數(shù)據(jù)組，即5路電流、 3路電壓需要進行時鐘精度的調(diào)節(jié)，如果不在同一器件的采集下進行數(shù)據(jù)采集，則需要依賴外部時鐘將采集到數(shù)據(jù)進行同步調(diào)節(jié)，而對比本發(fā)明，通過合并單元的處理，將5路電流、3 路電壓同時接收到合并單元內(nèi)，在其自身的時鐘控制下，其接收到數(shù)據(jù)處于同一時刻，因此不需再加設(shè)外部的同步時鐘調(diào)節(jié)。因此其同步精度極高，完全滿足保護需求。
同理，對于牽引變電站的AT方式供電而言，其需要同步采樣的保護用數(shù)據(jù)為7路電流、2路電壓數(shù)據(jù)，可利用一個合并單元進行同步采集操作，對于其測量用數(shù)據(jù)為7路電流、3路電壓，也可以采用一個合并單元進行同步采集操作，完全滿足合并單元的使用配置。
同理，上述為變壓器部分的數(shù)據(jù)采集和保護方法的同步方法，而對于饋線部分的采樣數(shù)據(jù)同步操作。
基于上述電壓和電流的路數(shù)分析，其饋線間隔采用的最大路數(shù)，即測量用和保護用的采樣數(shù)據(jù)之和為4路電流、2路電壓，因此只需要I個合并單元即可完成同步操作。即對饋線來說，每個間隔可以使用一個合并單元完成數(shù)據(jù)就地數(shù)字化。
通過合并單元的優(yōu)化設(shè)計和組合，使裝置簡化，同時保護功能不依賴于時鐘同步， 保護也不需要特殊的算法來解決時鐘同步的問題(電力系統(tǒng)通過點對點方式和算法來解決數(shù)字化后的時鐘同步問題)。
上述采集的數(shù)據(jù)具體的來說包括如下在變壓器間隔中，對直供供電方式來說，變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)2相(A、B)保護電流、低壓側(cè)2相電壓(A、B)、進線電壓，即3個高壓側(cè)電流、2個低壓側(cè)電流、2個低壓側(cè)電壓、I個進線電壓，變壓器主保護和后備保護均使用該變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)完成保護功能，其3個高壓側(cè)電流、2個低壓側(cè)電流、2個低壓側(cè)電壓、I個進線電壓的數(shù)據(jù)同步在其自身的合并單元內(nèi)完成。在變壓器間隔中，對AT供電方式，變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流，低壓側(cè)4個電流(T線、F線各兩個)、低壓側(cè)2個電壓 (T線、F線)，即3個高壓側(cè)電流、2個T線低壓側(cè)電流、2個F線低壓電流、I個T線低壓側(cè)電壓、I個F線低壓側(cè)電壓。變壓器主保護和后備保護均使用該變壓器間隔保護用數(shù)據(jù)完成保護功能，即3個高壓側(cè)電流、2個T線低壓側(cè)電流、2個F線低壓電流、I個T線低壓側(cè)電壓、 I個F線低壓側(cè)電壓的數(shù)據(jù)同步在其自身的合并單元內(nèi)完成。
在變壓器間隔中，對直供供電方式來說，變壓器間隔測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、2個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。高壓側(cè)3相測量電流、2個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3 相電壓的數(shù)據(jù)同步在變壓器間隔內(nèi)的合并單元內(nèi)完成。在變壓器間隔中，對AT供電方式， 合并單元采集高壓側(cè)3相測量電流、4個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。高壓側(cè)3相測量電流、4個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓的數(shù)據(jù)同步在變壓器間隔內(nèi)的合并單元內(nèi)完成。
對饋線來說，每個饋線間隔可以使用一個合并單元完成數(shù)據(jù)就地數(shù)字化，在饋線間隔中，對直供供電方式，合并單元采集2路電流(I路保護、I路測量)、I路電壓，2路電流(I路保護、I路測量)、1路電壓在合并單元內(nèi)完成同步。在饋線間隔中，對AT供電方式，合并單元采集4路電流(T線的保護、F線的保護、T線的測量、F線的測量)、2路電壓(I路T線、I路F線)。4路電流、2路電壓在合并單元內(nèi)完成同步。對于牽引變電所這類采集量小的特殊變電所而言，采用上述方法即可實現(xiàn)較高的安全措施。因此，本方法僅僅指針對這類采集量小的變電所的數(shù)據(jù)采集。基于上述原理和實現(xiàn)方法，本發(fā)明通過合并單元實現(xiàn)采樣路數(shù)小于12路的采樣系統(tǒng)，將路數(shù)< 12路、且>2路并需要同步的采樣數(shù)據(jù)劃分為一組，依靠自身的時鐘同步采樣這一組的采樣數(shù)據(jù)，以最高的同步手段實現(xiàn)幾乎無差異的同步采樣效果。這類方法，以實現(xiàn)高效的同步，其同步效果優(yōu)異傳統(tǒng)GPS同步方法的幾十倍。同時，其不需類如GPS這樣的外部同步時鐘控制，可極大的節(jié)約投入成本，同時也不需要復(fù)雜的同步運算方法，即可實現(xiàn)極高的同步效果。遠遠優(yōu)于調(diào)用外部時鐘控制的方法。因此本發(fā)明具備顯著的進步性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果結(jié)構(gòu)簡單，不要特殊的同步算法，即可實現(xiàn)較高的安全采集和保護功能。


圖1為變壓器采樣數(shù)據(jù)同步步驟時直供供電方式數(shù)據(jù)采樣示意圖。圖2為變壓器采樣數(shù)據(jù)同步步驟時AT供電方式數(shù)據(jù)采樣示意圖。圖3為饋線采樣數(shù)據(jù)同步步驟時直供供電方式數(shù)據(jù)采樣示意圖。圖4為饋線采樣數(shù)據(jù)同步步驟時AT供電方式數(shù)據(jù)采樣示意圖。圖5為數(shù)字化牽引變電所的集中式保護測控系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例一 如圖1、2所示，
本實施例中，數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，還包括變壓器間隔的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，具體步驟如下
步驟(I)過程層設(shè)備的采樣對數(shù)字化牽引變電所的變壓器間隔布置若干合并單元，合并單元按照功能劃分為測量用合并單元和保護用合并單元，測量用合并單元采集電子式互感器的測量用數(shù)據(jù)，保護用合并單元采集電子式互感器需要同步的保護用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將采集到的保護用數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送給間隔層設(shè)備，合并單元和電子式互感器構(gòu)成過程層設(shè)備；
步驟(2)間隔層設(shè)備的保護使用間隔層設(shè)備包括變壓器保護，當(dāng)GPS裝置失效時，保護用合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，變壓器保護只使用保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)；步驟(3)間隔層設(shè)備的保護運算控制變壓器保護接受到保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)后，根據(jù)保護用數(shù)據(jù)做出邏輯判斷，并將出口指令發(fā)送到智能操作箱，智能操作箱根據(jù)接收到的指令完成相應(yīng)的保護控制功能。當(dāng)牽引變電所采用直供供電方式時，步驟(I)中所述的保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)2相保護電流、低壓側(cè)2相電壓、進線電壓，測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、2個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。
當(dāng)牽引變電所采用AT供電方式時，步驟(I)中所述的保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)T線2個電流、低壓側(cè)F線2個電流、低壓側(cè)T線I個電壓、低壓側(cè)F線I個電壓，測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、4個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。
實施例二如圖3所示，圖3饋線采樣數(shù)據(jù)同步步驟時直供供電方式數(shù)據(jù)采樣示意圖。
如圖4所示，圖4為饋線采樣數(shù)據(jù)同步步驟時AT供電方式數(shù)據(jù)采樣示意圖。
數(shù)字化牽引變電所保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，還包括饋線間隔的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其具體的步驟為步驟A、過程層設(shè)備的采樣對數(shù)字化牽引變電所的一個饋線間隔布置一個合并單元， 合并單元采集電子式互感器需要同步的保護用數(shù)據(jù)和測量用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將采集到的保護用數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送給間隔層設(shè)備；步驟B、間隔層設(shè)備的保護使用間隔層設(shè)備包括保護，當(dāng)GPS裝置失效時，合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，保護計算只使用合并單元的保護用數(shù)據(jù)，以保證保護動作的可靠步驟C、間隔層設(shè)備的保護運算控制保護接受到合并單元的保護用數(shù)據(jù)后，根據(jù)保護用數(shù)據(jù)做出邏輯判斷，并將出口指令發(fā)送到智能操作箱，智能操作箱根據(jù)接收到的指令完成相應(yīng)的保護控制功能。
當(dāng)牽引變電所采用直供供電方式時，所述保護用數(shù)據(jù)為1路低壓側(cè)保護電流、I 路低壓側(cè)保護電壓；測量用數(shù)據(jù)為1路低壓側(cè)測量電流、I路低壓側(cè)測量電壓；當(dāng)牽引變電所采用AT供電方式時，所述保護用數(shù)據(jù)為1路T線保護電流、I路F線保護電流、I路T線保護電壓、I路F線保護電壓；測量用數(shù)據(jù)為1路T線測量電流、I路F線測量電流、I路T 線測量電壓、I路F線測量電壓。
基于上述內(nèi)容，牽引變電所分組采樣數(shù)據(jù)同步方法，包括變壓器采樣數(shù)據(jù)同步步驟，饋線采樣數(shù)據(jù)同步步驟。利用分組將需要同步的數(shù)據(jù)鏈接到同一由合并單元和智能操作箱構(gòu)成的變壓器數(shù)據(jù)同步采樣下，利用自帶的合并單元進行同步處理，以實現(xiàn)高效的、安全的、節(jié)約的組網(wǎng)保護體系。
實施例三如圖5所示，數(shù)字化牽引變電所的集中式保護測控系統(tǒng)，包括過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備及站控層設(shè)備，其中，過程層設(shè)備包括多組由一個電子式互感器、一個合并單元及一個智能斷路器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集控制單元組，過程層設(shè)備具有多組數(shù)據(jù)采集控制單元組，每組數(shù)據(jù)采集控制單元組的電子式互感器與其內(nèi)合并單元連接，間隔層設(shè)備包括兩個互為冗余的集中式保護測控裝置，合并單元和智能斷路器均與兩個集中式保護測控裝置連接，站控層設(shè)備包括工作站、打印機及路由器，站控層設(shè)備中的工作站采用雙重化冗余配置。本實施例包括一條站控層總線和兩條過程層總線，兩條過程層總線分別作為SMV報文傳輸總線和GOOSE報文傳輸總線，打印機、路由器、工作站及集中式保護測控裝置均與站控層總線連接，合并單元均與SMV報文傳輸總線連接，智能斷路器均與GOOSE報文傳輸總線連接。兩個集中式保護測控裝置分別連接有兩個交換機，每個集中式保護測控裝置連接的兩個交換機中一個交換機與SMV報文傳輸總線連接，另一個交換機與GOOSE報文傳輸總線連接，進而完成合并單元和智能斷路器與集中式保護測控裝置的連接。本實施例還包括兩個GPS對時裝置，一個GPS對時裝置與兩個集中式保護測控裝置連接，另一個GPS對時裝置與智能斷路器和合并單元連接。為了保證信息的傳遞，本實施例中所采用的連接均采用光纖連接。本實施例中GOOSE單獨組網(wǎng)，SMV報文由各合并單元經(jīng)多條光纖傳輸?shù)浇粨Q機，再經(jīng)一條總線光纖傳送到集中式保護測控裝置內(nèi)，通信標(biāo)準(zhǔn)一律采用IEC61850-9-2。配置兩個集中式保護測控裝置，每個集中式保護測控裝置各配置兩臺交換機，一臺用于接收并向保護裝置發(fā)送SMV報文，另一臺用于接收集中式保護測控裝置傳來的GOOSE報文，以組播的方式將出口指令發(fā)送給智能斷路器，控制斷路器刀閘的開閉，從而實現(xiàn)集中式保護功能。本實施例運行時，保護用合并單元同步采集電流互感器和電壓互感器的多路信號，再發(fā)送到集中式保護測控裝置，與此同時，智能斷路器將開關(guān)狀態(tài)信息也傳送到集中式保護測控裝置中，集中式保護測控裝置結(jié)合開關(guān)狀態(tài)信息，依次調(diào)用保護算法程序包對采樣值信息進行計算并給出邏輯判定結(jié)果，然后將出口指令(例如跳閘、告警、重合閘等)組織成GOOSE報文，啟動報文發(fā)送任務(wù)，通過光纖通信網(wǎng)絡(luò)，將GOOSE報文發(fā)送到智能執(zhí)行單元，智能斷路器根據(jù)接收到的GOOSE報文完成相應(yīng)的控制，從而實現(xiàn)保護功能。數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，數(shù)字化牽引變電所按間隔劃分為變壓器間隔、饋線間隔、并補間隔；數(shù)字化牽引變電所按層次劃分為過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備，過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接，間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接，數(shù)字化牽引變電所配置專門的GPS裝置，GPS裝置接收GPS和北斗系統(tǒng)的時鐘源信號作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源，通過對時網(wǎng)絡(luò)對站控層、間隔層、過程層設(shè)備進行時鐘同步，站控層設(shè)備通過簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議SNTP進行對時，間隔層設(shè)備采用報文對時加秒脈沖的對時方式，過程層網(wǎng)絡(luò)利用以太網(wǎng)組網(wǎng)并采用IEEE1588協(xié)議進行對時；
保護數(shù)據(jù)同步采樣方法的具體步驟為在變壓器間隔、饋線間隔、并補間隔內(nèi)均布置有保護用合并單元，保護用合并單元同步采集電流互感器和電壓互感器的多路信號，保護用合并單元接受到的信息為需要同步的保護用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將接收到的保護用數(shù)據(jù)封裝組織成SMV報文后發(fā)送到間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備根據(jù)采樣值信息做出邏輯判斷，再將出口指令組織成GOOSE報文發(fā)送到智能操作箱內(nèi)，智能操作箱根據(jù)接收到的GOOSE報文完成相應(yīng)的保護控制功能；保護用合并單元必須實現(xiàn)同步功能，才能保證各路數(shù)據(jù)通道采樣數(shù)據(jù)的同步性，保護用合并單元中同步功能模塊能正確識別輸入的同步脈沖時鐘信號，以保證采樣數(shù)據(jù)的同步性；保護用合并單元按照IEC 61850-9-2規(guī)定的格式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至間隔層裝置，實現(xiàn)同步處理、數(shù)據(jù)采集、報文組幀與發(fā)送；當(dāng)GPS裝置失效時，保護用合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，間隔層設(shè)備的保護運算只使用保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)。如上所述，即可實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其特征在于，數(shù)字化牽引變電所按間隔劃分為變壓器間隔、饋線間隔、并補間隔；數(shù)字化牽引變電所按層次劃分為過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備，過程層設(shè)備和間隔層設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接，間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接，數(shù)字化牽引變電所配置專門的GPS裝置，GPS裝置接收GPS和北斗系統(tǒng)的時鐘源信號作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源，通過對時網(wǎng)絡(luò)對站控層、間隔層、過程層設(shè)備進行時鐘同步，站控層設(shè)備通過簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議SNTP進行對時，間隔層設(shè)備采用報文對時加秒脈沖的對時方式，過程層網(wǎng)絡(luò)利用以太網(wǎng)組網(wǎng)并采用IEEE1588協(xié)議進行對時； 保護數(shù)據(jù)同步采樣方法的具體步驟為在變壓器間隔、饋線間隔、并補間隔內(nèi)均布置有保護用合并單元，保護用合并單元同步采集電流互感器和電壓互感器的多路信號，保護用合并單元將接收到的保護用數(shù)據(jù)封裝組織成SMV報文后發(fā)送到間隔層設(shè)備，間隔層設(shè)備根據(jù)采樣值信息做出邏輯判斷，再將出口指令組織成GOOSE報文發(fā)送到智能操作箱內(nèi)，智能操作箱根據(jù)接收到的GOOSE報文完成相應(yīng)的保護控制功能；保護用合并單元必須實現(xiàn)同步功能，才能保證各路數(shù)據(jù)通道采樣數(shù)據(jù)的同步性，保護用合并單元中同步功能模塊能正確識別輸入的同步脈沖時鐘信號，以保證采樣數(shù)據(jù)的同步性；保護用合并單元按照IEC61850-9-2規(guī)定的格式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)至間隔層裝置，實現(xiàn)同步處理、數(shù)據(jù)采集、報文組幀與發(fā)送；當(dāng)GPS裝置失效時，保護用合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，間隔層設(shè)備的保護運算只使用保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其特征在于還包括變壓器間隔的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，具體步驟如下 步驟(I)過程層設(shè)備的采樣對數(shù)字化牽引變電所的變壓器間隔布置若干合并單元，合并單元按照功能劃分為測量用合并單元和保護用合并單元，測量用合并單元采集電子式互感器的測量用數(shù)據(jù)，保護用合并單元采集電子式互感器需要同步的保護用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將采集到的保護用數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送給間隔層設(shè)備，合并單元和電子式互感器構(gòu)成過程層設(shè)備； 步驟(2)間隔層設(shè)備的保護使用間隔層設(shè)備包括變壓器保護，當(dāng)GPS裝置失效時，保護用合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，變壓器保護只使用保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)； 步驟(3)間隔層設(shè)備的保護運算控制變壓器保護接受到保護用合并單元的保護用數(shù)據(jù)后，根據(jù)保護用數(shù)據(jù)做出邏輯判斷，并將出口指令發(fā)送到智能操作箱，智能操作箱根據(jù)接收到的指令完成相應(yīng)的保護控制功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其特征在于當(dāng)牽引變電所采用直供供電方式時，步驟(I)中所述的保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)2相保護電流、低壓側(cè)2相電壓、進線電壓，測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、2個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其特征在于當(dāng)牽引變電所采用AT供電方式時，步驟(I)中所述的保護用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相保護電流、低壓側(cè)T線2個電流、低壓側(cè)F線2個電流、低壓側(cè)T線I個電壓、低壓側(cè)F線I個電壓，測量用數(shù)據(jù)為高壓側(cè)3相測量電流、4個低壓側(cè)電流、高壓側(cè)3相電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其特征在于還包括饋線間隔的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其具體的步驟為 步驟A、過程層設(shè)備的采樣對數(shù)字化牽引變電所的一個饋線間隔布置一個合并單元，合并單元采集電子式互感器需要同步的保護用數(shù)據(jù)和測量用數(shù)據(jù)，保護用合并單元將采集到的保護用數(shù)據(jù)按照規(guī)定格式發(fā)送給間隔層設(shè)備； 步驟B、間隔層設(shè)備的保護使用間隔層設(shè)備包括保護，當(dāng)GPS裝置失效時，合并單元利用其自身單一 CPU的控制對需要同步的保護用數(shù)據(jù)進行同步采樣，以保證需要同步的保護用數(shù)據(jù)的采樣同步性，保護計算只使用合并單元的保護用數(shù)據(jù)，以保證保護動作的可靠性； 步驟C、間隔層設(shè)備的保護運算控制保護接受到合并單元的保護用數(shù)據(jù)后，根據(jù)保護用數(shù)據(jù)做出邏輯判斷，并將出口指令發(fā)送到智能操作箱，智能操作箱根據(jù)接收到的指令完成相應(yīng)的保護控制功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其特征在于當(dāng)牽引變電所采用直供供電方式時，所述保護用數(shù)據(jù)為1路低壓側(cè)保護電流、I路低壓側(cè)保護電壓；測量用數(shù)據(jù)為1路低壓側(cè)測量電流、I路低壓側(cè)測量電壓；當(dāng)牽引變電所采用AT供電方式時，所述保護用數(shù)據(jù)為1路T線保護電流、I路F線保護電流、I路T線保護電壓、I路F線保護電壓；測量用數(shù)據(jù)為1路T線測量電流、I路F線測量電流、I路T線測量電壓、I路F線測量電壓。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣方法，其利用器件將需要同步的保護用數(shù)據(jù)同時采集，利用器件的自身的同時采樣來解決數(shù)字化牽引變電所的保護數(shù)據(jù)同步采樣問題。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果結(jié)構(gòu)簡單，不要特殊的同步算法，即可實現(xiàn)較高的安全采集和保護功能。
文檔編號H02J13/00GK102983632SQ20121052645
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者陳德明, 韓正慶, 陳小川, 王牣 申請人:西南交通大學(xué), 成都交大許繼電氣有限責(zé)任公司