一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统，应用于智能变电站间隔内设备通信。所述通信系统包括合并单元、智能终端、保护装置、测控装置以及间隔交换机，所有设备均通过以太网与间隔交换机连接形成局域网实现设备间通信。局域网内设备根据预设的门控时隙发送或接收网络数据，以实现关键数据传输延时确定的效果。优点：提高了设备可靠性；能够实现关键数据在网络中传输的延时确定性；能够避免装置在非预期的时间段内接收到相关数据，提升系统安全性；能够杜绝发生低重要等级数据流传输影响高重要等级数据流的情况发生。

【技术实现步骤摘要】
一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统
本专利技术涉及一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统，属于智能变电站

技术介绍
智能变电站采用了先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化，通信平台网络化，信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量、检测等基本功能。IEC61850标准的发布，为智能变电站建设提供了标准规范，实现了不同厂家之间装置的互操作。与常规变电站相比，二次设备网络化是智能变电站的关键技术之一。变电站设计及建设中，将按照进线、主变高压、主变低压、主变、低压出线等部分分别组合而成，每部分称为一个间隔，间隔能较为直观的将变电站分为若干块。智能变电站间隔内二次设备包括合并单元、智能终端、保护设备以及测控设备以及交换机，设备间通过以太网实现通信功能。合并单元为模拟量的源，将模拟量信息组装为SMV类型的以太网帧发送至其他设备。智能终端采集开关量信息，并执行接收到的操作命令(GOOSE)。保护和测控设备为间隔内主要的控制设备，完成保护、测量等应用功能。由于保护、测控等二次设备完成应用功能所需的模拟量、开关量信息实时性要求很高，且需要追溯信息的实际产生时刻。如果携带这些信息的网络数据帧通过交换机传输，可能因为端口冲突导致数据的传输延时不确定，使得接收设备需要花费额外的时间消化这种不确定性，使得动作速度边慢。目前智能变电站领域中，一般采用以下两种方式来解决：1、间隔内设备按需采用点对点通信方式。这种方案会导致二次设备的网口数量上升，带来硬件设计的复杂度；并使整个网络拓扑变得复杂，也需要更多的通信导线。2、间隔内设备通过交换机形成组网，所有设备均通过统一的全局时钟时标系标记信息的发生时刻。此方案虽然可以通过全局统一时标(一般是从GPS系统获取)去回溯信息发生时刻，但不解决信息传输的延时抖动问题。全局GPS同步失效可能导致所有间隔工作异常，造成整站工作异常严重后果。综上，目前智能变电站间隔内设备通信还缺少一种兼顾经济性和安全性的通信方法，设备可以减少网口数量，简化硬件设计，且间隔内各设备的应用功能也不需要依赖外部对时系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统，智能变电站按间隔划分为多个组成部分，间隔内包括交换机和二次设备，所述二次设备包括合并单元，智能终端，保护设备，测控设备，所述二次设备至少包含1个通信网口，并通过网口连接到交换机；所述合并单元通过交换机向保护设备与测控设备发送模拟量信息；智能终端通过交换机发送以及接收开关量信息；保护设备和测控设备根据从交换机获取的网络数据完成应用功能，并将结果信息发送至智能终端执行动作命令；网络中传输的数据流，根据其实时性要求分等级，并将其标志为不同的数据流，其中所述模拟量信息为高优先级数据流，所述开关量信息和结果信息为低优先级数据流；选择网络中任一二次设备作为主设备，其他所有二次设备与主设备以相同的周期同步运行，网络中各二次设备的时间周期长度相等，且有相同的开始于结束时间，二次设备的网口接收和发送工作状态在周期内可以划分为至少一个时隙，每个时隙分为“开”和“关”两种状态。进一步的，所述模拟量信息为SMV类型数据帧，开关量信息和结果信息为GOOSE类型数据帧。进一步的，所述交换机和二次设备将具备相同应用功能的帧标志为一个指定数据流，并为每个指定数据流分配不同的发送接收时隙。进一步的，当二次设备的某个网口的发送端口门控时隙状态为“开”，则允许通过该发送端口发送数据；当该网口的发送端口门控时隙状态为“关”，则不允许通过该发送端口发送数据，待发送数据被缓存，直至下一个“开”时隙继续发送；当二次设备的某个网口的接收网口门控时隙状态为“开”，则允许通过该发送网口接收数据；当该网口的接收网口门控时隙状态为“关”，则不允许通过该发送网口发送数据，“关”时隙内到达网口的数据会被丢弃，直至下一个“开”时隙才恢复接收。进一步的，对于发送端口门控时隙状态，时间周期被分为至少一个时隙，任何“开”或“关”时隙均不超过周期的时间长度，“开”和“关”时隙总和等于周期长度；对于接收网口门控时隙状态，时间周期被分为至少一个时隙，任何“开”或“关”时隙均不超过周期的时间长度，“开”和“关”时隙总和等于周期长度。进一步的，根据所述指定数据流的传输路径以及该指定数据流传输时间，为指定数据流的传输路径上的二次设备划分门控时隙，源设备上对应于该流的发送门控“开”时间大于帧传输时间，且与目的设备上接收门控“开”时间同步；根据指定数据流的帧传输时间，在预期不需要发送该流数据的时隙内，将源设备的发送门控设置为“关”，且与目的设备上接收门控“关”时间同步。进一步的，网络中设备各网口的时隙设置信息，采用离线整定或者管理单元在线下发的方式获取，设备获取新的设置信息后，需要暂停网络收发功能，待设置生效后恢复。进一步的，所述网络为百兆或者千兆以太网，通信媒质为光纤或者电缆。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术可以以交换机组网的方式实现多个智能变电站间隔内多个设备的通信功能，各设备只需要至少一个网口，降低了硬件设计的复杂程度，提高了设备可靠性。第二，根据传输路径将网口发送和接收的门控时隙设置为“开”，可以实现关键数据在网络中传输的延时确定性。第三、在预期的传输时间之外，将网口发送和接收的门控时隙设置为“关”，可以避免装置在非预期的时间段内接收到相关数据，提升系统安全性。第四、划分门控时隙使低重要等级数据流允许传输的时隙与高重要等级数据流在时间上不重叠，可以杜绝发生低重要等级数据流传输影响高重要等级数据流的情况发生。附图说明图1是间隔内设备采用本专利技术所述方法组网情况下的数据流向示意图；图2是SMV数据流从合并单元至保护装置的传输路径上各设备的门控时隙。Ts0为周期中第1时隙，Ts1为周期中第2时隙，Ts2为周期中第3时隙；Tfs为SMV帧传输时间，由帧长度和网络带宽决定；Tds为SMV帧从源设备传输至目的设备的总延时；Tcycle为循环周期，时间长度为250us；图3是GOOSE数据流从智能终端至保护装置的传输路径上各设备的门控时隙分配结果；Ts0为周期中第1时隙，Ts1为周期中第2时隙，Ts2为周期中第3时隙；Tfg为GOOSE帧传输时间，由帧长度和网络带宽决定；Tdg为GOOSE帧从源设备传输至目的设备的总延时；Tcycle为循环周期，时间长度为250us；具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统，智能变电站按间隔划分为多个组成部分，间隔内包括交换机和二次设备，所述二次设备包括合并单元，智能终端，保护设备，测控设备，其特征在于，/n所述二次设备至少包含1个通信网口，并通过网口连接到交换机；/n所述合并单元通过交换机向保护设备与测控设备发送模拟量信息；智能终端通过交换机发送以及接收开关量信息；保护设备和测控设备根据从交换机获取的网络数据完成应用功能，并将结果信息发送至智能终端执行动作命令；/n网络中传输的数据流，根据其实时性要求分等级，并将其标志为不同的数据流，其中所述模拟量信息为高优先级数据流，所述开关量信息和结果信息为低优先级数据流；/n选择网络中任一二次设备作为主设备，其他所有二次设备与主设备以相同的周期同步运行，网络中各二次设备的时间周期长度相等，且有相同的开始于结束时间，二次设备的网口接收和发送工作状态在周期内可以划分为至少一个时隙，每个时隙分为“开”和“关”两种状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种确定延时的智能变电站间隔内通信系统，智能变电站按间隔划分为多个组成部分，间隔内包括交换机和二次设备，所述二次设备包括合并单元，智能终端，保护设备，测控设备，其特征在于，
所述二次设备至少包含1个通信网口，并通过网口连接到交换机；
所述合并单元通过交换机向保护设备与测控设备发送模拟量信息；智能终端通过交换机发送以及接收开关量信息；保护设备和测控设备根据从交换机获取的网络数据完成应用功能，并将结果信息发送至智能终端执行动作命令；
网络中传输的数据流，根据其实时性要求分等级，并将其标志为不同的数据流，其中所述模拟量信息为高优先级数据流，所述开关量信息和结果信息为低优先级数据流；
选择网络中任一二次设备作为主设备，其他所有二次设备与主设备以相同的周期同步运行，网络中各二次设备的时间周期长度相等，且有相同的开始于结束时间，二次设备的网口接收和发送工作状态在周期内可以划分为至少一个时隙，每个时隙分为“开”和“关”两种状态。


2.根据权利要求1所述的确定延时的智能变电站间隔内通信系统，其特征在于，所述模拟量信息为SMV类型数据帧，开关量信息和结果信息为GOOSE类型数据帧。


3.根据权利要求1所述的确定延时的智能变电站间隔内通信方法，其特征在于，所述交换机和二次设备将具备相同应用功能的帧标志为一个指定数据流，并为每个指定数据流分配不同的发送接收时隙。


4.根据权利要求1所述的确定延时的智能变电站间隔内通信系统，其特征在于，当二次设备的某个网口的发送端口门控时隙状态为“开”，则允许通过该发送端口发送数据；当该网口的发送端口门控时隙状态为“关”，则不允许通过该发送端口发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦，许宗光，李响，刘东超，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32