面向时空分布特性分析的变电站二次系统大数据分析系统及实现方法

摘要

本发明公开了一种基于时空分布特性分析的二次系统大数据分析系统及实现方法，通过对变电站二次系统数据信息的时空分布特性进行分析，梳理变电站二次系统数据信息，依此搭建变电站整个二次系统全生命周期下的时空分布关联特性的大数据共享与分析平台。大数据共享与分析平台能够有效利用变电站数据流网络化带来的全站信息共享，并能够从宏观的视角，基于整个变电站的信息，判定网络状态，还能够实现信息和物理上的融合。同时，变电站二次设备间信息共享充分，能够做到一采多用，解决了数据利用率低等问题。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种变电站二次系统数据分析系统及其实现方法。

背景技术

随着智能变电站的推广建设，智能变电站呈现出设备建模标准化、二次系统网络化和一次设备智能化等特征。智能变电站技术的发展在改变变电站组织形态的同时，也给变电站二次系统带来信息获取方式、信息交互方法和保护控制原理等改变。在智能变电站技术背景下，变电站二次系统涌现出面向网络化、平台化和智能化的新原理与新方法。

目前，保护、测控、计量和录波等变电站二次系统子系统，由于技术、标准、功能、需求和地理等因素，造成物理和信息上割裂的现状。同时，各种业务数据采样传输方式不一致，相互独立，形成数据孤岛，缺乏共享性，不能做到一采多用，存在数据利用率低等问题。同时，由于缺少变电站信息共享，也难以实现智能告警、故障诊断等高级应用，成为制约变电站智能化升级的瓶颈。

目前，变电站二次系统主要存在以下缺陷：

1)未有效利用变电站全站信息。变电站二次系统未有效利用变电站数据信息网络化传输带来的全站信息共享优势，不能从全局的视角，基于整个变电站的信息融合实现变电站智能化高级应用网。

2)变电站二次系统由于技术、标准、功能、需求和地理等因素，造成物理和信息上割裂的现状。同时，各种业务数据采样传输方式不一致，相互独立，形成数据孤岛，变电站二次设备间信息共享不充分，不能做到一采多用，存在数据利用率低等问题。各子系统只负责系统内的业务，与变电站其它二次设备的数据信息是相互隔离的。

发明内容

本发明通过对变电站二次系统数据信息的时空分布特性进行分析，梳理变电站二次系统数据信息，依此搭建变电站整个二次系统全生命周期下的时空分布关联特性的大数据共享、分析系统。

本发明具体采用以下技术方案：

一种面向时空分布特性分析的变电站二次系统大数据分析系统，包括信息接收模块、信息解析模块、冗余信息纠错模块、时间分布特性分析模块和空间分布特性分析模块；其特征在于：

由信息接收模块周期性接收保护、测控、PMU和故障录波器四大类变电站二次系统设备上传的运行信息并上传至信息解析模块；

所述信息解析模块将信息接收模块接收的所述运行信息的数据包进行解析，然后传送至冗余信息纠错模块；

所述冗余信息纠错模块根据信息间的冗余关系，纠正信息解析模块解析后的运行信息中存在的错误；所述冗余信息纠错模块然后通过内部数据总线将各二次系统设备全生命周期的各阶段的运行信息传送至时间分布特性分析模块，将各二次系统设备在各环节的运行信息传送至空间分布特性分析模块；

所述时间分布特性分析模块分析所有运行信息的时间分布特性，然后将运行信息的时间分布特性送往全景数据反演、在线五防、智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、设备状态可视化、二次设备在线监测和智能故障诊断及分析决策等不同应用；

所述空间分布特性分析模块分析所有运行信息的空间分布特性，然后将运行信息的空间分布特性送往全景数据反演、在线五防、智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、设备状态可视化、二次设备在线监测和智能故障诊断及分析决策等不同应用。

本发明进一步包括以下优选方案：

所述运行信息的时间分布特性是指运行信息在变电站二次系统的全生命周期的各阶段的表现。

所述变电站二次设备的全生命周期包括二次设备制造阶段、二次设备虚端子的关联设计阶段、二次设备集成阶段、二次设备运行调试阶段和二次设备运维管控5个阶段；

其中，所述二次设备制造阶段是指变电站二次设备制造厂商根据工程需求进行设备的生产与制造，在设备制造完成后，得到二次设备的虚端子模型和二次设备模型；

所述二次设备虚端子的关联设计是指据各厂家的虚端子模型进行虚端子的关联工作，然后将虚端子连接图提供给集成商；

所述二次设备集成是指集成商根据虚端子连接图和各二次设备模型形成SCD文件，根据SCD文件可生成各二次设备的CID文件，下装到相应的二次设备中；

所述二次设备运行调试阶段包括屏柜光纤布置、厂家之间互联互通和全站IED设备调试；

所述运维管控阶段包括了变电站投入后直至报废的整个阶段。

所述运行信息的空间分布特性是指在已经投运的变电站中，运行信息在各二次设备间的传递特性。

按照运行信息的空间分布特性，将变电站二次设备运行信息分为信息采集、信息传输和命令执行3个环节；

其中，信息采集环节由合并单元和智能终端中的开关量采集功能构成，负责变电站二次系统采样值信息的采集与输出；

信息传输环节由交换机和光纤组成的过程层网络构成，完成采样值信息和保护控制信息等的传输；

命令执行环节由智能终端的操作箱功能完成，执行保护和控制装置等发送的操作命令。

本申请还公开了一种前述面向时空分布特性分析的变电站二次系统大数据分析系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

步骤1：变电站二次系统周期性上传各二次系统设备的运行信息；

步骤2：变电站二次系统大数据分析系统周期性采集变电站二次系统上传的运行信息；

步骤3：对所接收的变电站二次系统运行信息进行解析与容错处理；

步骤4：将解析与处理后的全生命周期的各阶段的运行信息传送至时间分布特性分析模块，将各设备的运行信息传送至空间分布特性分析模块；

步骤5：所述时间分布特性分析模块对变电站二次系统运行信息的时间分布特性进行分析，所述空间分布特性分析模块对变电站二次系统运行信息的空间分布特性进行分析；

步骤6：时间分布特性分析模块将按时间分布特性进行分析后的结果输出给变电站二次系统的高级应用；空间分布特性分析模块将按空间分布特性进行分析后的结果输出给变电站二次系统的高级应用。

本发明技术方案具有以下有益的技术效果

本发明通过对变电站二次系统运行信息的时空分布特性进行分析，梳理变电站二次系统运行信息，依此搭建变电站整个二次系统全生命周期下的时空分布关联特性的大数据平台。大数据共享与分析平台能够有效利用变电站数据流网络化带来的全站信息共享，并能够从宏观的视角，基于整个变电站的信息，判定网络状态，还能够实现信息和物理上的融合。同时，变电站二次设备间信息共享充分，能够做到一采多用，解决了数据利用率低等问题。

附图说明

图1为变电站二次系统的全生命周期发展过程；

图2为变电站二次系统的信息传递流程图；

图3为面向时空分布特性分析的变电站二次系统大数据分析系统的结构框图；

图4为变电站二次系统大数据分析系统实现方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。

本申请公开了一种面向时空分布特性分析的变电站二次系统大数据分析系统，如附图2所示，包括信息接收模块、信息解析模块、冗余信息纠错模块、时间分布特性分析模块和空间分布特性分析模块。由信息接收模块周期性接收保护、测控、PMU和故障录波器四大类变电站二次系统设备上传的运行信息并上传至信息解析模块。

所述信息解析模块将信息接收模块接收的所述运行信息的数据包进行解析，然后传送至冗余信息纠错模块。

所述冗余信息纠错模块根据信息间的冗余关系，纠正信息解析模块解析后的信息中存在的错误；然后通过内部数据总线将全生命周期的各阶段的运行信息传送至时间分布特性分析模块，将各设备的运行信息传送至空间分布特性分析模块。

运行信息的时间分布特性即运行信息在变电站二次系统的全生命周期的各阶段的表现。如附图1所示，变电站二次系统的全生命周期包括设备制造、关联设计、设备集成、运行调试和运维管控5个阶段。全生命周期各个阶段的内涵如下：

1)设备制造阶段，变电站二次设备制造厂商根据工程需求进行设备的生产与制造。在设备制造完成后，各制造厂商会将其设备的虚端子模型提供给设计院，将设备模型提供给集成商。

2)在虚端子关联设计，设计院将根据各厂家的虚端子模型进行虚端子的关联工作，工作完成后将虚端子连接图提供给集成商。

3)在设备集成阶段，集成商根据虚端子连接图和各设备模型形成SCD文件。根据SCD文件可生成各设备的CID文件，下装到相应的设备中，即可完成单体设备的配置。

4)在运行前，调试阶段主要包括屏柜光纤布置、厂家之间互联互通和全站IED设备调试等。

5)最后，运维管控阶段包括了变电站投入后直至报废的整个阶段。

在变电站二次系统中，运行信息是具有传递特性的，而运行信息的外在表现在传递过程中有可能会一成不变，也可能会继承发展。这与运行信息所处的环境息息相关。根据变电站二次系统在全生命周期各阶段的特点，所述时间分布特性分析模块分析所有运行信息的时间分布特性，然后将运行信息的时间分布特性送往全景数据反演、在线五防、智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、设备状态可视化、二次设备在线监测和智能故障诊断及分析决策等不同应用。

运行信息的空间分布特性主要考虑的是在已经投运了的变电站中，运行信息在各设备间的传递特性。根据变电站二次系统功能的实现特点，可将变电站二次系统分为信息采集、信息传输和命令执行3个环节。信息采集环节由合并单元和智能终端中的开关量采集功能构成，主要负责变电站二次系统采样值信息的采集与输出；信息传输环节主要由交换机和光纤组成的过程层网络构成，完成采样值信息和保护控制信息等的传输；命令执行环节主要由智能终端的操作箱功能完成，执行保护和控制装置等发送的操作命令。变电站二次系统的信息传递过程如图2所示。

变电站二次系统中信息的传输方向为图2箭头所示的方向，在每一个环节产生的运行信息将沿着信息的传输方向进行传递。因此，分析运行信息的空间分布特性可以系统地管理运行信息，增进对运行信息发展特点的认识，以便更好地对运行信息进行管控。根据变电站二次系统中各环节的功能特点，所述空间分布特性分析模块分析所有运行信息的空间分布特性，然后将运行信息的空间分布特性送往全景数据反演、在线五防、智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、设备状态可视化、二次设备在线监测和智能故障诊断及分析决策等不同应用。

信息接收模块和信息解析模块相连接。信息解析模块和冗余信息纠错模块相连接。冗余信息纠错模块、时间分布特性分析模块和空间分布特性分析模块分别与内部数据总线相连接，通过内部数据总线实现信息共享。

信息接收模块向信息解析模块发送运行信息。信息解析模块向冗余信息纠错模块发送解析后的数据包。冗余信息纠错模块向时间分布特性分析模块发送全生命周期的各阶段的运行信息，向空间分布特性分析模块发送各设备的运行信息。时间分布特性分析模块输出所有运行信息的时间分布特性信息，空间分布特性分析模块输出所有运行信息的空间分布特性信息。

本申请还公开了一种面向时空分布特性分析的变电站二次系统大数据分析系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

步骤1：正常工作时，变电站二次系统周期性上传运行信息，包括设备基础信息、行为动作信息和运行状态信息。其中，设备基础信息是所有变电站二次设备都具备的公共信息，行为动作信息和运行状态信息则根据变电站二次设备的功能特点而有所不同。变电站二次设备的行为动作和运行状态的信息和变电站二次设备的种类存在密切联系。因此，当选取状态数据时，需要分变电站二次设备进行选择。

步骤2：变电站二次系统大数据分析系统周期性采集变电站二次系统上传的运行信息；

步骤3：对所接收的变电站二次系统运行信息进行解析与容错处理；

步骤4：将解析与处理后的全生命周期的各阶段的运行信息传送至时间分布特性分析模块，将各设备的运行信息传送至空间分布特性分析模块；

步骤5：所述时间分布特性分析模块对变电站二次系统运行信息的时间分布特性进行分析，所述空间分布特性分析模块对变电站二次系统运行信息的空间分布特性进行分析；

步骤6：时间分布特性分析模块将按时间分布特性进行分析后的结果输出给变电站二次系统的高级应用；空间分布特性分析模块将按空间分布特性进行分析后的结果输出给变电站二次系统的高级应用。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。