基于HSR环网的分布式母线保护装置

摘要

本发明公开了一种基于HSR环网的分布式母线保护装置，每个母线连接间隔配置一个间隔单元，各间隔单元间采用双向环网拓扑结构连接，每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据与开关量数据通过以太网口与其他间隔共享，各间隔单元之间采用HSR双环网方式连接。本发明采用HSR环网技术及法兰盘旁路提高了母线保护的可靠性，由于各间隔配置统一，扩展性强。分布式母线保护各个间隔可以单独为一个装置，可以和就地的线路保护等集成，节省了空间且优化了数据流。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统继电保护母线保护装置的新方法。具体讲是基于HSR环网的分布式母线保护装置，能够同时适用于智能变电站保护和传统变电站保护，满足母线保护就地下放的要求。

背景技术

新一代智能化变电站层次化保护控制系统将保护分解为就地级，站域级，广域级三个层次。母线保护属于就地级保护，应能满足就地下放的要求。

国内外就地化保护研究，总体而言国外更加领先，保护装置可以做到无防护就地安放，目前国内的就地化保护现阶段采用预制仓/智能组件柜等方式，逐步实现无防护安放。对于分布式母差保护，国内外实现方式有多种，一种是主机加子机的配置方案，属于有主式母差保护，这也是目前国内智能化变电站采用的方案。此方案从某种程度上讲母差保护仍属于集中式保护，并没有做到真正的分布。主机出现问题时，母差保护闭锁，若非双重化配置，则母线失去保护。由于目前智能站采用点对点配置方案，集中式母线保护光口众多，目前方案无法较好解决功耗及发热问题。第二种是分布式的子机，相互之间通过串口方式通信，无主式实现。此方案国内早期相关专家和科研机构做过研究，未见成熟产品应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于HSR环网的分布式母线保护装置，满足母线保护就地化要求。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个母线连接间隔配置一个间隔单元，各间隔单元间采用双向环网拓扑结构连接，每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据(支持传统采样及数字采样)与开关量数据(支持传统方式及GOOSE方式）通过以太网口与其他间隔共享，各间隔单元之间采用HSR双环网方式连接，由于采用了HSR（High-availability Seamless Ring，高可用无缝环网协议,）双环网，任意节点单环断链不影响共享数据的完备性。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：各间隔单元中任意两个间隔单元配置HMI（人机交互）模件组成双网冗余接入后台系统，同时所述两个间隔单元同时接入对时系统。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个间隔单元的结构相同，每个间隔单元包括CPU和FPGA，CPU与FPGA连接，FPGA支持来自本间隔的合并单元的数字采样以及来自交流模件输入经AD采集的传统采样；同时提供2个接口用于点对点及组网方式的GOOSE开关量；FPGA采集采样数据和GOOSE开关量数据后转发本间隔CPU进行逻辑运算，同时通过内部2个千兆HSR环网接口转发给其他间隔完成数据共享；CPU采集传统开关量，通过FPGA转发给其他间隔。CPU与FPGA维护各自的状态信号并通过LED来显示。CPU通过HMI（人机交互模件）与后台监控系统进行信息交互，同时支持PC侧软件（虚拟工作台）完成人机交互功能。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置，其特征在于：每个间隔单元均配置法兰盘， HSR双环网通过法兰盘进行转接后接入间隔单元的环网接口。当间隔2因故停用或者检修退出运行时，可通过法兰盘旁路跳线将本间隔从环网中隔离，不影响其他间隔的正常运行，当本间隔恢复时，解除旁路跳线即可无缝接入环网。由于采用双环网，在进行旁路跳线操作时，各间隔保护仍能可靠运行。

基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：各间隔的间隔单元通过HSR实现信息共享后，独立进行母线保护逻辑计算，保护动作后，根据地址信息仅对本间隔动作出口；正常运行时，两个间隔组成的双网同时与后台系统进行信息交互，同时接收对时系统授时，当其中一个间隔检修或者停用时，另一间隔保证正常运行。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：对于以GOOSE方式的传输开关量，选取任意两个间隔的组网接口通过交换机与其他间隔保护、故障录波及网络分析仪进行信息交互，当其中一个间隔检修或者停用时，另一个间隔正常进行信息交互。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：各间隔单元根据本间隔的地址信息对过程层配置进行解析，仅处理过程层配置在本机地址下的采样及开关量，采样信息通过过程层不同配置项采用传统方式及IEC61850-9-2两种方式，开关量信息通过过程层不同配置项采用传统DIO及GOOSE方式。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：当通过后台系统或者HMI（人机交互）模件在间隔A进行母线保护定值压板固化时，间隔A通过HSR环网中特定管理报文同时发送至包括间隔B在内的其他间隔，通过设定的报文保证其同步性。由于各间隔对等，上述操作也可在间隔B或者其他间隔实现。

前述的基于HSR环网的分布式母线保护装置的保护方法，其特征在于：通过软件固化在FLASH中的软地址以及FPGA采集的位于母板侧的硬件地址的相互校验完成FPGA间隔地址校验。

采用固定延时（传统采样采用采样节拍，数字采样采用合并单元额定延时）加测量延时（环网节点间的传输延时，根据特殊管理报文实时测量）得到环网中各间隔采样到达本间隔的延时，通过软件插值的方法保证采样的同步性。该采样同步方法不依赖于外部同步源，具有很高的可靠性和实用性。

分布式母线保护解决了母线保护功能的跨间隔实现，每个间隔地位对等，仅有间隔单元，无主单元。各间隔单元可与其他间隔保护就地安装。间隔单元之间采用HSR 实时冗余备份网络，带宽为千兆，极大保证了保护装置通讯的可靠性。

分布式母线保护各间隔单元配置一致，各间隔共享其他间隔的采样，开关量信息，独立完成母线保护功能。各间隔母线保护动作后仅切除本间隔开关，具有很高的可靠性。

分布式母线保护采样同步不依赖于外部同步源，母线保护的定值压板同步可由任意间隔完成。

分布式母线保护采用法兰盘解决母线保护单间隔检修停用的问题。

本发明的有益效果是： 

（1）分布式母线保护各个间隔可以单独为一个装置，在远期可以和就地的线路保护等集成，节省了空间且优化了数据流，是母线保护就地化技术的一个很好的发展方向。

（2）各间隔采用统一配置，扩展性好。母线连接间隔的增减只需配置间隔单元的增减。而配置方式的改变，也只是各间隔单元中过程层配置及模件的改变。

（3）整体性能良好，由于点对点通过不同间隔单元实现，有效解决了装置的整体集中发热及功耗等问题，由于采用了HSR环网及法兰盘等技术，提高了整体可靠性。

附图说明

图1 基于HSR环网的分布式母线保护装置整体架构图；

图2 单间隔配示意置图；

图3 间隔间数据交互示意图；

图4 基于光旁路开关及法兰盘间隔退出示意图。

具体实施方式

以下结合框图对本发明做具体介绍。

图1为基于HSR环网的分布式母线保护装置整体架构图。如图所示母线保护由若干对等的间隔单元构成，间隔单元配置数量与母线连接间隔个数一致。各间隔单元间采用双向环网拓扑结构。每个间隔单元配置两个千兆以太网口,将本间隔的采样数据(支持传统采样及数字采样),开关量数据(支持传统方式及GOOSE方式）通过以太网口与其他间隔共享。由于采用了HSR双环网，任意节点单环断链不影响共享数据的完备性。

考虑到间隔单元退出后母线保护的完备性，任意选取两个间隔配置HMI（人机交互）模件组成双网冗余接入后台系统，该两个间隔同时接入对时系统。正常运行时，两个间隔组成的双网同时与后台系统进行信息交互，同时接收对时系统授时。当其中一个间隔检修或者停用时，另一间隔仍能保证保证其完备性。对于以GOOSE方式的传输开关量，选取任意两个间隔的组网接口通过交换机与其他间隔保护，故障录波，网络分析仪等设置进行信息交互。当其中一个间隔检修或者停用时，仍能保证交互信息的完备性。

图2为单间隔示意图。各间隔采用如图2所示相同的硬件配置，过程层配置，软件配置。各间隔单元根据本间隔的地址信息（软件地址写入FLASH，硬件地址配置在母板，两者相互校验，不一致时提供告警信息）对过程层配置进行解析，仅处理过程层配置在本机地址下的采样及开关量。对于采样信息通过过程层不同配置项支持传统方式及IEC61850-9-2两种，对于开关量信息通过过程层不同配置项支持传统DIO及GOOSE方式。各间隔通过HSR实现信息共享后，独立进行母线保护逻辑计算，保护动作后，根据地址信息仅对本间隔动作出口。

图3为间隔间数据交互示意图。如图所示当通过后台系统或者HMI（人机交互）模件再间隔A进行母线保护定值压板固化时，间隔A通过HSR环网中特定管理报文同时发送至包括间隔B在内的其他间隔，通过一定的报文能够保证其同步性。由于各间隔对等，上述操作也可在间隔B或者其他间隔实现。

采用固定延时（传统采样采用采样节拍，数字采样采用合并单元额定延时）加测量延时（环网节点间的传输延时，根据特殊管理报文实时测量）得到环网中各间隔采样到达本间隔的延时，通过软件插值的方法保证采样的同步性。该采样同步方法不依赖于外部同步源，具有很高的可靠性和实用性。

图4为基于法兰盘间隔退出示意图。如图所示各间隔单元配置法兰盘，间隔1环网经间隔1法兰盘转出后经过间隔2法兰盘A口进入，经内部跳线连接B后接入间隔2间隔的环网接口，另一环网经CD接口与间隔3连接。当间隔2因故停用或者检修退出运行时，可通过法兰盘旁路跳线将本间隔法兰盘BC端口连接，从而将间隔2从环网中隔离，不影响其他间隔的正常运行。当本间隔恢复时，解除旁路跳线即可无缝接入环网。由于采用双环网，在进行旁路跳线操作时，各间隔保护仍能可靠运行。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。