一种智能变电站控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能变电站控制领域，具体涉及一种智能变电站控制系统及方法。

背景技术

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。在发电厂内的变电站是升压变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中。变电站作为智能化电网的重要组成部分,需要进行线路运行方式切换,设备检修和实现发电机或变压器等元件投入或退出等,经常对变电站设备进行控制操作,扮演着为维护电力系统的正常运行承担着重要角色。然而在电力系统中,

现有的智能变电站控制系统如图1所示，其包含站控层、间隔层和过程层三层。其每层的功能如下:站控层:位于变电站自动化系统的最上层,接收、处理实时数据,转发实时数据到调度中心,或发送控制和调节命令,有运行工程师站、远动主站、站域控制、通信系统等组成,依靠站控层软件实现运行、维护及远方通信等功能,可以嵌入电气拓扑识别的定值自动整定技术,全站综合信息分析技术,变电站操作票自动生成技术软件等。间隔层:包含有继电保护装置、测控装置、监测功能的智能电子装置等二次设备,基于应用功能合理配置逻辑节点,完成相应数据分析、处理和控制功能实现。过程层:包括变压器、断路器、隔离幵关,电压电流互感器等一次、二次设备及其所属的智能组件及独立的智能电子装置,承担一次设备数据化、智能化的重要作用。

现有的智能变电站控制系统具有以下问题：智能变电站控制操作往往是以间隔为单位的。在变电站内的多间隔可以被多个不同控制主体操作,当条件满足便可禁止或释放操作行为,却无法对多个间隔的整体操作行为的合理性做出判断,将可能引发电力系统同时操作行为的发生,导致电气事故。

因此，需要提供一种智能变电站控制系统及方法，能够避免电力系统同时操作行为的发生的方法，在提高控制效率的同时保证智能变电站控制的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：智能变电站控制操作往往是以间隔为单位的。在变电站内的多间隔可以被多个不同控制主体操作,当条件满足便可禁止或释放操作行为,却无法对多个间隔的整体操作行为的合理性做出判断,将可能引发电力系统同时操作行为的发生,导致电气事故。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种智能变电站控制系统，其包括：站控层、分配层、间隔层和过程层四层；其中分配层位于站控层和间隔层之间，负责将站控层依次发送的操作逻辑指令分配给间隔层中各个间隔模块。

进一步的，站控层包括网络交换机，站控层位于控制系统的最上层。

进一步的，站控层用于实时接受至少一个控制指令；并针对一个控制指令，站控层软件先根据全站的一次电气接线图，导出所需的逻辑规则，进而依次生成与至少一个控制指令对应的至少一个操作逻辑指令。

进一步的，分配层包括分配控制模块。

进一步的，该分配控制模块至少包括：存储设备，时钟脉冲计算设备，时钟脉冲生成设备，信号收发设备和指令转发设备。

进一步的，间隔层包含有继电保护装置、测控装置、监测功能的智能电子装置。

进一步的，过程层包括多种器件，该多种器件为变压器、断路器、隔离开关或电压电流互感器。

基于所述的智能变电站控制系统的控制方法，该方法包括：

第一步，站控层实时接受至少一个控制指令，站控层根据上述至少一个控制指令，分别按照该至少一个控制指令的接受顺序对应依次生成至少一个操作逻辑指令，并将该至少一个操作逻辑指令按照至少一个控制指令的接受顺序依次发送至位于站控层和间隔层之间的分配层；

第二步，分配层在实时依次接受上述至少一个操作逻辑指令后，根据该操作逻辑指令的接受的顺序、性质和网络情况，计算并生成针对每一个操作逻辑指令的时钟脉冲信号频率，并根据时钟脉冲信号每个周期的上升沿信号依次向间隔层发送上述至少一个操作逻辑指令；

第三步，间隔层依次接受该操作逻辑指令，并执行相应操作。

本发明提供的智能变电站控制系统及方法，具有以下有益效果：能够避免电力系统同时操作行为的发生，在提高控制效率的同时保证智能变电站控制的安全性。

附图说明

图1为现有技术中智能变电站控制系统的结构示意图。

图2为本申请提供的智能变电站控制系统的结构示意图。

图3为本申请提供的智能变电站控制系统的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2所示，本发明提供的智能变电站控制系统，包括：站控层、分配层、间隔层和过程层四层。

其中，站控层:其包括网络交换机，位于控制系统的最上层，用于接收、处理实时数据,转发实时数据到调度中心，或发送控制和调节命令，有运行工程师站、远动主站、站域控制、通信系统等组成，依靠站控层软件实现运行、维护及远方通信等功能，可以嵌入电气拓扑识别的定值自动整定技术，全站综合信息分析技术，变电站操作票自动生成技术软件等。

站控层通过网络交换机形成必要的网络通讯，从而从远方控制中心或本地变电站控制操作员处实时接受至少一个控制指令。针对一个控制指令,站控层软件先根据全站的一次电气接线图，导出所需的逻辑规则，进而生成操作逻辑指令，然后系统可依照操作逻辑指令的顺序进行一系列操作，其生成操作逻辑指令需满足电力五防规则。即，站控层实时接受至少一个控制指令，站控层根据上述至少一个控制指令，分别按照该至少一个控制指令的接受顺序对应依次生成至少一个操作逻辑指令，并通过上述通讯网络，将该至少一个操作逻辑指令按照至少一个控制指令的接受顺序依次发送至位于站控层和间隔层之间的分配层。优选的，上述通讯网络可以为以太网或者wifi等。

分配层：位于站控层和间隔层之间，负责将站控层依次发送的操作逻辑指令分配给间隔层中各个间隔模块。

分配层包括一分配控制模块，该分配控制模块至少包括了相互连接的存储设备，时钟脉冲计算设备，时钟脉冲生成设备，信号收发设备和指令转发设备。

其中，信号收发设备用于实时依次接受站控层发送的至少一个操作逻辑指令，并从下级的多个间隔模块分别接受其反馈的网络情况数据；同时将上述操作逻辑指令或者网络情况数据发送至时钟脉冲计算设备。

时钟脉冲计算设备，用于在接受站控层发送的至少一个操作逻辑指令，并从信号收发设备接受下级的多个间隔模块反馈的网络情况数据之后，设置向下级间隔单元发送的至少一个操作逻辑指令的顺序，并依次根据每一个需要发送的操作逻辑指令计算发送操作逻辑指令的时钟脉冲的频率。

时钟脉冲生成设备，用于根据时钟脉冲生成设备得到的时钟脉冲频率，生成对应的1个周期的时钟脉冲。

时钟脉冲生成设备生成的针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲的下降沿激发对时钟脉冲计算设备读取存储器中编号最小的操作逻辑指令，并按照步骤3计算针对该操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号。

指令转发设备，在依次根据每一个需要发送的控制命令计算出的特定频率的时钟脉冲的上升沿发送对应的控制命令，

存储设备用于将信号收发设备接受站控层发送到下级间隔层的至少一个操控指令进行存储，该存储设备可以为信号缓存设备或者是存储设备。

分配层在实时依次接受上述至少一个操作逻辑指令后，根据该操作逻辑指令的接受的顺序、性质和网络情况，计算并生成针对每一个操作逻辑指令的时钟脉冲信号频率，并根据时钟脉冲信号每个周期的上升沿信号依次向间隔层发送上述至少一个操作逻辑指令。

分配层用于执行以下步骤：

1.分配层的信息收发设备实时接受上述至少一个操作逻辑指令，同时按照上述至少一个操作逻辑指令的接受顺序，将上述至少一个操作逻辑指令依次发送至时钟脉冲计算设备。

具体的，分配层的信息收发设备按照顺序实时接受了操作逻辑指令M1,M2,M3……，上述操作逻辑指令M1,M2,M3……的接受时刻分别为t1,t2,t3……，其中t1早于或等于t2,t2早于或等于t3，依次类推。信息收发设备则进一步按照上述操作逻辑指令的先后顺序将操作逻辑指令M1,M2,M3……顺次的发送给分配层的时钟脉冲计算设备。对于同时接受的控制命令也同时向分配层发送。

2.时钟脉冲计算设备实时接受到上述顺次发送的至少一个操作逻辑指令后，提取该操作逻辑指令的字节大小，并将每一个操作逻辑指令进行字节大小和发送顺序编号(越先发送的操作逻辑指令的顺序编号约小)的标引后，存入分配层的存储设备中。

具体的，时钟脉冲计算设备按照顺序依次接受到将操作逻辑指令M1,M2,M3……后，首先提取上述操作逻辑指令对应的字节大小v1，v2，v3……，然后根据时钟脉冲计算设备接受到操作逻辑指令M1,M2,M3……的时刻，t’1,t’2,t’3……，其中t’1早于t’2,t’2早于t’3，依次类推，形成上述操作逻辑指令的发送顺序编号，发送顺序编号按照接受时刻越早，顺序编号越小的方式设置，即接受到操作逻辑指令M1,M2,M3……的时刻t’1,t’2,t’3……，其中t’1早于t’2,t’2早于t’3，依次类推，那么M1,M2,M3……的顺序编号依次为1，2，3……。

需要说明的是，如果当出现至少两个的操作逻辑指令的接受时刻相同时，即上述t’1,t’2,t’3……出现至少一个等于的情况，则根据操作逻辑指令中操作涉及的过程层的器件的多少进行排序，即比较上述接受时刻相同的操作逻辑指令中，涉及的过程层的器件的多少，涉及过程层的器件的数目越少该操作逻辑指令的顺序编号越小。如果上述多个操作逻辑指令中过程层的器件数据相同，则比较上述多个操作逻辑指令的字节大小，字节越小的操作逻辑指令的顺序编号越小。如果多个接受时刻相同的操作逻辑指令涉及的过程层的器件数目和字节大小均相同，则对这些多个接受时刻相同的操作逻辑指令之间的顺序进行顺次的连续号码的随机编号(例如，有3个同时接受的操作逻辑指令涉及的器件多少和字节大小相同，这3个操作逻辑指令在整体的多个操作逻辑指令按照顺序应当占据顺序编号4-6号，则对这3个操作逻辑指令，随机分配顺序编号4-6)。通过考虑设计过程层的器件数目较少或者命令字节越少的操作逻辑指令优先，能够使的系统切换分量最小化，降低系统切换的复杂程度，有利于控制的稳定性。

3.在完成存储器存储步骤后，时钟脉冲计算设备根据顺序编号顺序读取存储器中至少一个操作逻辑指令中编号最小的一个操作逻辑指令，并根据当前读取的操作逻辑指令，生成针对该操作逻辑指令的一个周期的时钟脉冲信号的频率。

具体的，时钟脉冲生成设备读取当前读取的操作逻辑指令的字节大小，并通过分配层的信号收发设备收集当前分配层至间隔层之间的网络可用带宽，计算针对该操作逻辑指令的实时时钟脉冲信号的频率F(Mn)。

B＝0.14×N

其中，F(Mn)为针对操作逻辑指令Mn的时钟脉冲信号的频率，n为操作逻辑指令的顺序编号，W0为分配层到间隔层的总设计带宽(该数据为系统设计常数)，V(Mn)为操作逻辑指令Mn的字节大小，W’为实时检测的当前分配层到间隔层的总带宽，N为间隔层中间隔模块的总个数，α和β为系数，计算如上式。

4.时钟脉冲计算设备将生成的针对当前读取的操作逻辑指令的一个周期的时钟脉冲的频率数据发送给时钟脉冲生成设备，该时钟脉冲生成设备根据上述脉冲频率数据，生成针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期时钟脉冲信号，其中该一个周期时钟脉冲信号的频率根据时钟脉冲计算设备生成的脉冲频率生成，时钟脉冲信号的幅值为固定值，例如高电平1到0电平之间。

5.分配层的指令转发设备根据时钟脉冲生成设备生成的脉冲，按照编号顺序读取存储设备中存储的编号最小的操作逻辑指令，并将其发送到下级间隔模块中。

时钟脉冲生成设备生成的针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号的上升沿，激发指令转发设备在存储设备中读取编号最小的操作逻辑指令，并且将其发送至下级间隔模块中，执行发送后控制存储设备将该条操作逻辑指令存储文件删除。

时钟脉冲生成设备生成的针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号的下降沿激发时钟脉冲计算设备再次读取存储器中现有的编号最小的操作逻辑指令，并按照步骤3计算针对该操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号。

间隔层:包含有继电保护装置、测控装置、监测功能的智能电子装置等二次设备,基于应用功能合理配置逻辑节点,完成相应数据分析、处理和控制功能实现。

过程层:包括与间隔层间隔模块分别对应的多组电路元件，该电路元件包括变压器、断路器、隔离开关,电压电流互感器等一次、二次设备及其所属的智能组件及独立的智能电子装置,承担一次设备数据化、智能化的重要作用。

下面介绍基于本申请提供的智能变电站控制系统的控制方法，如图3所示，该控制方法包括：

第一步，站控层实时接受至少一个控制指令，站控层根据上述至少一个控制指令，分别按照该至少一个控制指令的接受顺序对应依次生成至少一个操作逻辑指令，并将该至少一个操作逻辑指令按照至少一个控制指令的接受顺序依次发送至位于站控层和间隔层之间的分配层。当遇到同时接受的情况，则对于同时接受的控制命令也同时向分配层发送。

其中，站控层包括网络交换机，其能够形成必要的网络通讯，从而从远方控制中心或本地变电站控制操作员处实时接受至少一个控制指令。针对一个控制指令,需要站控层软件先根据全站的一次电气接线图,导出所需的逻辑规则,进而生成操作逻辑指令,然后系统可依照操作逻辑指令的顺序进行一系列操作,其生成操作逻辑指令需满足电力五防规则。即，站控层实时接受至少一个控制指令，站控层根据上述至少一个控制指令，分别按照该至少一个控制指令的接受顺序对应依次生成至少一个操作逻辑指令，并通过上述通讯网络，将该至少一个操作逻辑指令按照至少一个控制指令的接受顺序依次发送至位于站控层和间隔层之间的分配层。

第二步，分配层在实时依次接受上述至少一个操作逻辑指令后，根据该操作逻辑指令的接受的顺序、性质和网络情况，计算并生成针对每一个操作逻辑指令的时钟脉冲信号频率，并根据时钟脉冲信号每个周期的上升沿信号依次向间隔层发送上述至少一个操作逻辑指令。

该步骤具体还包括：

1.分配层的信息收发设备实时接受上述至少一个操作逻辑指令，同时按照上述至少一个操作逻辑指令的接受顺序，将上述至少一个操作逻辑指令依次发送至时钟脉冲计算设备。

具体的，分配层的信息收发设备按照顺序实时接受了操作逻辑指令M1,M2,M3……，上述操作逻辑指令M1,M2,M3……的接受时刻分别为t1,t2,t3……，其中t1早于或等于t2,t2早于或等于t3，依次类推。信息收发设备则进一步按照上述操作逻辑指令的先后顺序将操作逻辑指令M1,M2,M3……顺次的发送给分配层的时钟脉冲计算设备。对于同时接受的控制命令也同时向分配层发送。

2.时钟脉冲计算设备实时接受到上述顺次发送的至少一个操作逻辑指令后，提取该操作逻辑指令的字节大小，并将每一个操作逻辑指令进行字节大小和发送顺序编号(越先发送的操作逻辑指令的顺序编号约小)的标引后，存入分配层的存储设备中。

具体的，时钟脉冲计算设备按照顺序依次接受到将操作逻辑指令M1,M2,M3……后，首先提取上述操作逻辑指令对应的字节大小v1，v2，v3……，然后根据时钟脉冲计算设备接受到操作逻辑指令M1,M2,M3……的时刻，t’1,t’2,t’3……，其中t’1早于t’2,t’2早于t’3，依次类推，形成上述操作逻辑指令的发送顺序编号，发送顺序编号按照接受时刻越早，顺序编号越小的方式设置，即接受到操作逻辑指令M1,M2,M3……的时刻t’1,t’2,t’3……，其中t’1早于t’2,t’2早于t’3，依次类推，那么M1,M2,M3……的顺序编号依次为1，2，3……。

需要说明的是，如果当出现至少两个的操作逻辑指令的接受时刻相同时，即上述t’1,t’2,t’3……出现至少一个等于的情况，则根据操作逻辑指令中操作涉及的过程层的器件的多少进行排序，即比较上述接受时刻相同的操作逻辑指令中，涉及的过程层的器件的多少，涉及过程层的器件的数目越少该操作逻辑指令的顺序编号越小。如果上述多个操作逻辑指令中过程层的器件数据相同，则比较上述多个操作逻辑指令的字节大小，字节越小的操作逻辑指令的顺序编号越小。如果多个接受时刻相同的操作逻辑指令涉及的过程层的器件数目和字节大小均相同，则对这些多个接受时刻相同的操作逻辑指令之间的顺序进行顺次的连续号码的随机编号(例如，有3个同时接受的操作逻辑指令涉及的器件多少和字节大小相同，这3个操作逻辑指令在整体的多个操作逻辑指令按照顺序应当占据顺序编号4-6号，则对这3个操作逻辑指令，随机分配顺序编号4-6)。通过考虑设计过程层的器件数目较少或者命令字节越少的操作逻辑指令优先，能够使的系统切换分量最小化，降低系统切换的复杂程度，有利于控制的稳定性。

3.在完成存储器存储步骤后，时钟脉冲计算设备根据顺序编号顺序读取存储器中至少一个操作逻辑指令中编号最小的一个操作逻辑指令，并根据当前读取的操作逻辑指令，生成针对该操作逻辑指令的一个周期的时钟脉冲信号的频率。

具体的，时钟脉冲生成设备读取当前读取的操作逻辑指令的字节大小，并通过分配层的信号收发设备收集当前分配层至间隔层之间的网络可用带宽，计算针对该操作逻辑指令的实时时钟脉冲信号的频率F(Mn)。

B＝0.14×N

其中，F(Mn)为针对操作逻辑指令Mn的时钟脉冲信号的频率，n为操作逻辑指令的顺序编号，W0为分配层到间隔层的总设计带宽(该数据为系统设计常数)，V(Mn)为操作逻辑指令Mn的字节大小，W’为实时检测的当前分配层到间隔层的总带宽，N为间隔层中间隔模块的总个数，α和β为系数，计算如上式。

4.时钟脉冲计算设备将生成的针对当前读取的操作逻辑指令的一个周期的时钟脉冲的频率数据发送给时钟脉冲生成设备，该时钟脉冲生成设备根据上述脉冲频率数据，生成针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期时钟脉冲信号，其中该一个周期时钟脉冲信号的频率根据时钟脉冲计算设备生成的脉冲频率生成，时钟脉冲信号的幅值为固定值，例如高电平1到0电平之间。

5.分配层的指令转发设备根据时钟脉冲生成设备生成的脉冲，按照编号顺序读取存储设备中存储的编号最小的操作逻辑指令，并将其发送到下级间隔模块中。

时钟脉冲生成设备生成的针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号的上升沿，激发指令转发设备在存储设备中读取编号最小的操作逻辑指令，并且将其发送至下级间隔模块中，执行发送后控制存储设备将该条操作逻辑指令存储文件删除。

时钟脉冲生成设备生成的针对该当前读取的操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号的下降沿激发时钟脉冲计算设备再次读取存储器中现有的编号最小的操作逻辑指令，并按照步骤3计算针对该操作逻辑指令的1个周期的时钟脉冲信号。

第三步，间隔层依次接受该操作逻辑指令，并执行相应操作。

本发明提供的智能变电站控制系统及方法，具有以下有益效果：通过设置时钟脉冲激发分配层依次发送操作逻辑指令，能够避免电力系统同时操作行为的发生。而根据信号性质、带宽的情况实时调整时钟脉冲的频率，能够在提高控制效率的同时保证智能变电站控制的安全性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。