CN106712297A - 一种智能配电终端数据通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能配电终端数据通信系统及方法，用于配电网络，所述数据通信系统包括至少一个具备VLAN功能的交换机以及多个与交换机连接的配电终端，配电终端按保护关联性分为多个VLAN分组，每个VLAN分组中的配电终端相互通信，VLAN分组的分组数量与配电网络中的保护区段数量相等，正常运行时，各配电终端定时向处于同一分组中的其它配电终端组播心跳命令；发生故障时，与故障区段相关联的配电终端向处于同一分组中的其它配电终端组播故障信息，各配电终端根据接收到的故障信息计算出故障区段，完成故障隔离与非故障区域恢复供电操作，并采用确认报文实现操作结果交互。与现有技术相比，本发明具有网络流量少、响应迅速等优点。

Description

一种智能配电终端数据通信系统及方法

技术领域

本发明涉及智能配电网通信技术领域，尤其是涉及一种智能配电终端数据通信系统及方法。

背景技术

随着分布式能源、可控负荷等新型电力相关设施的接入，电力系统的结构发生了重大改变，对于配电网馈线自动化系统也提出了更高的要求。除了要能实现传统的远方数据采集与控制(SCADA)，馈线自动化系统(FA)还要能实现主动配电网的保护、电压功率控制、电能质量分析和孤岛运行等问题。

根据FA的实现方式不同，通信层次可以分为主站级通信(集中型FA)和现场设备级通信(就地型FA，终端之间通信)，其中现场设备级通信的通信频次低、数据量小、实时性要求高。传统的FA采用的通信标准主要是IEC60870-5系列规约，由于其互操作性差、采用面向点的数据描述方法，并且其采用客户端/服务器的通信模式，使得每次通信限制在一对一之间，无法满足就地型FA对于通信系统实时性的要求。因此目前配电网的数据通信系统及方法并不适用于就地型FA。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种网络流量少、响应迅速的智能配电终端数据通信系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能配电终端数据通信系统，用于配电网络，包括至少一个具备VLAN功能的交换机以及多个与所述交换机连接的配电终端，所述配电终端按保护关联性分为多个VLAN分组，每个所述VLAN分组中的配电终端通过UDP方式相互通信，所述VLAN分组的分组数量与配电网络中的保护区段数量相等。

划分所述VLAN分组时，考虑各配电终端保护的保护范围，该保护范围包括所述配电终端的直接相连区段及相邻配电终端的直接相连区段。

各所述配电终端进行相互通信的信息报文格式以IEC104协议的I信息格式为基础、控制域作为VLAN分组号、公共地址CASDU作为协议报文功能标识码。

所述报文功能标识码包括心跳报文码、故障信息交换报文码和确认报文码。

一种利用所述的智能配电终端数据通信系统实现的数据通信方法，包括：

所述数据通信系统正常运行时，各配电终端定时向处于同一分组中的其它配电终端组播心跳命令；

所述数据通信系统发生故障时，与故障区段相关联的配电终端向处于同一分组中的其它配电终端组播故障信息，各配电终端根据接收到的故障信息计算出故障区段，完成故障隔离与非故障区域恢复供电操作，并采用确认报文实现操作结果交互。

所述心跳命令包括自身健康状态以及在所属保护区段中的节点位置。

所述节点位置是指由终端相对被保护区段位置所决定的功能而划分。

所述故障信息包括故障时的本地过流信息、电压信息和开关状态。

所述故障信息的数据结构模型包括IEC61850-80-1规范中的WYE模型、DEL模型或CMV模型。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用了VLAN技术，将配电网络上传输的信息限制在与信息有关的配电终端之间，避免了无效报文的传输。同时，采用组播的方式可以一次将数据发送给多个相关的终端对象，降低了网络流量。

2、根据以保护区段为基础的VLAN分组方式，明确了每个分组的终端个数以及每个终端所在的分组情况，并在报文中包含终端在不同分组中担任的角色以及信息配置范围等，便于终端选择合适的故障定位算法应对不同的故障。

3、配电终端之间的数据采用IEC60870-5-104 over UDP方式进行通信，既利用了IEC60870-5-104协议本身数据简洁，可靠性好的特点，同步避免了其客户端/服务器模式带来的连接建立时间长，一对一通信效率低下问题。

4、扩展定义了心跳命令和故障信息交换命令两种I格式信息。心跳命令保证了组内通信连接的有效可控，并有助于相关联终端及时更新所在分组的拓扑结构及各节点健康状态。故障信息交换命令帮助终端及时采集到故障时各相关联终端的数据，迅速做出相应处理。同时参考IEC制订的IEC61850-80-1文件给出的故障报文信息对象模型，增加了协议的自描述性，便于配电终端扩展应用IEC61850规范。

附图说明

图1为某区域配电终端就地保护范围及分组方式示意图；

图2为配电终端之间信息传输流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种智能配电终端数据通信系统，用于配电网络，包括至少一个具备VLAN功能的交换机以及多个与所述交换机连接的配电终端，所述配电终端按保护关联性分为多个VLAN分组，每个所述VLAN分组中的配电终端通过UDP方式相互通信，所述VLAN分组的分组数量与配电网络中的保护区段数量相等。利用交换机的VLAN功能划分所述VLAN分组时，考虑各配电终端保护的保护范围，该保护范围包括所述配电终端的直接相连区段及相邻配电终端的直接相连区段，每个所述配电终端至少属于一个VLAN分组。每个分组对应一条被保护区段，一个分组内可以包含多个配电终端，组内的各配电终端分别构成该区段的主保护终端或后备保护终端，一个配电终端可以属于多个分组。根据划分结果即可确定每个终端所属分组个数以及各区段对应的终端个数。

终端与被保护区段的相对位置标记方法为，采用8位16进制数标记，前四位为相对位置，后四位为保护方向。保护级别以被保护区段与终端之间的链接关系为计算基础，当终端与被保护区段直接相连时，值为1，间隔1个区段时，值为2，依次类推。当经过终端的电流流向被保护区段时，方向值为0，否则为1。

以图1为例，在该实例网络中，实线框内的区段为终端S4的保护区段，包括L1、L2、L4、L5、L6等5个，也就是说明S4的所属的分组个数为5个，其中L4为正向直接保护区段，相对位置为10；L2为反向直接保护区段，相对位置为11；L5、L6为正向备用保护区段，相对位置为20；L1为反向备用保护区段，相对位置为21。虚线框内的终端则为L4区段所属分组内包含的全部终端，即S2、S4、S5、S6、S7属于VLAN的L4区段组，其中S4为L4的主保护终端，S2为正向备用保护终端，S5、S6为反向主保护终端，S7为反向备用保护终端。

以配电网络增加L3输电区段为例，说明网络结构变化时，相各关联终端需的配置变化情况。根据前述区段数量等于分组数的分组原则，系统将增加L3区段组，该分组内包含的馈线终端为S1和S3，其中S3为主保护终端，S1为后备保护终端。此外，S3还构成了区段L1的反向主保护终端。因此终端S1对应端口将增加一个L3的VLAN组分配，将S3分配到L1和L3这两个VLAN组。

各所述配电终端之间采用组播方式进行通信，通信模型采用发布-订阅模式，通信协议采用改进后的IEC60870-5-104协议，传输的报文结构如表1所示。各所述配电终端进行相互通信的信息报文格式以IEC104协议的I信息格式为基础、控制域作为VLAN分组号、公共地址CASDU作为协议报文功能标识码，所述报文功能标识码包括心跳报文、故障信息交换报文和确认报文等。报文结构中的信息对象地址IOA作为数据模型的标识，对象数据内容作为该模型的数据实体。

表1

启动字符
	APDU长度
分组号
	类型标识TI
可变结构限定词
	传送原因CAU
公共地址CASDU
	信息对象地址IOA1
……
	信息对象地址IOA2
……

组内配电终端通信协议采用改进的IEC60870-5-104协议，摒弃了原协议中基于TCP的方式，而是采用无连接的UDP模式传输。扩展的协议内容主要有心跳信息和故障数据交换信息两种。

如图2所示，利用上述智能配电终端数据通信系统实现的数据通信方法，包括：

所述数据通信系统正常运行时，各配电终端定时向处于同一分组中的其它配电终端组播心跳命令，所述心跳命令包括自身健康状态以及在所属保护区段中的节点位置，心跳信息报文中有2个IOA，分别代表自身健康状态和网络位置信息；

发生故障时，与故障区段相关联的配电终端向处于同一分组中的其它配电终端组播故障信息，包括故障时的本地过流信息、电压信息和开关状态等，各配电终端根据接收到的故障信息计算出故障区段，完成故障隔离与非故障区域恢复供电操作，并采用确认报文实现操作结果交互。

所述故障信息的数据结构模型参考IEC61850-80-1规范中的WYE模型、DEL模型或CMV模型等。

下面以S4为例给出系统正常运行过程以及L4区段发生故障时，网络上信息的传输情况。

系统上电之后，S4开始定时向所在的5个分组(L1、L2、L4、L5、L6)分别组播心跳信息，组播顺序按照正向主保护区段、反向主保护区段、正向后备保护区段、反向后备保护区段的顺序进行。与此同时，S4还将接收到所在分组中其它各终端发来的心跳信息，并与内部预先配置的网络模型信息进行比对，出现异常时则将异常现象上送给控制主站。其中S4向主保护区段L4分组的心跳报文参考如表2所示。

表2

系统发生故障时，配电终端将采集到的自身故障信息组装成故障信息格式的保温，然后向分组中组播自身故障信息，同时接收关联组中其它各终端的故障信息。故障报文格式与心跳报文格式相似，主要在于信息对象的不同。为了便于扩展支持IEC61850协议，信息对象格式采用IEC61850-80-1中定义的信息模型，包括WYE、DEL、CMV等模型。以三相系统中各相对地电流测量值模型WYE为例，信息对象部分的报文格式如表3所示。

表3

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种智能配电终端数据通信系统，用于配电网络，其特征在于，包括至少一个具备VLAN功能的交换机以及多个与所述交换机连接的配电终端，所述配电终端按保护关联性分为多个VLAN分组，每个所述VLAN分组中的配电终端通过UDP方式相互通信，所述VLAN分组的分组数量与配电网络中的保护区段数量相等。

2.根据权利要求1所述的智能配电终端数据通信系统，其特征在于，划分所述VLAN分组时，考虑各配电终端保护的保护范围，该保护范围包括所述配电终端的直接相连区段及相邻配电终端的直接相连区段。

3.根据权利要求1所述的智能配电终端数据通信系统，其特征在于，各所述配电终端进行相互通信的信息报文格式以IEC104协议的I信息格式为基础，其中控制域作为VLAN分组号、公共地址CASDU作为协议报文功能标识码。

4.一种利用如权利要求1所述的智能配电终端数据通信系统实现的数据通信方法，其特征在于，包括：

所述数据通信系统正常运行时，各配电终端定时向处于同一分组中的其它配电终端组播心跳命令；

所述数据通信系统发生故障时，与故障区段相关联的配电终端向处于同一分组中的其它配电终端组播故障信息，各配电终端根据接收到的故障信息计算出故障区段，完成故障隔离与非故障区域恢复供电操作，并采用确认报文实现操作结果交互。

5.根据权利要求4所述的数据通信方法，其特征在于，所述心跳命令包括终端在所属保护区段中的节点位置。