专利名称：基于iec61850标准的数字化变电站故障反演和通信反演方法
技术领域：
本发明涉及国际标准《变电站通信网络和系统》中IEC61850的面向通用对象的变 电站事件(GOOSE)和通过IS0/IEC802. 3传输的采样测量值(SMV)在变电站继电保护的应 用，具体地说是一种基于IEC61850标准的数字化变电站故障反演和通信反演方法。
背景技术：
IEC61850标准是国际电工委员会TC57工作组针对解决变电站自动化系统面临的 互操作性问题最新制定的《变电站通信网络和系统》系列标准。该标准得到国内外大部分 主流厂家的支持，成为全球在变电站自动化领域唯一统一的标准。基于IEC61850标准的数字化变电站内的跳合闸信息是通过面向通用对象的变 电站事件GOOSE报文来传送的，而电流和电压的采样测量值数据是由一次设备经过光CT/ PT的转换，通过站内的合并单元产生采样测量值SMV数据。GOOSE事件和SMV数据共同存 在于数字化变电站的过程层。当数字化变电站产生故障时，过程层合并单元的采样测量值 SMV会发生暂态变化，站内的保护设备和智能操作箱在接收到SMV数据后，根据自己内部 的动作逻辑，判断是否产生故障事件并出现跳闸，如果产生跳闸事件，则会在过程层发出面 向通用对象的变电站事件GOOSE信息。而这些发生故障时产生的GOOSE信息和SMV数据， 都被过程层的数字化故障录波器所截获、存储并生成符合IEEE Std C37. 111-1999标准的 Comtrade录波文件。。变电站经常会发生保护设备动作的情况，保护设备之间都是通过网络 通信相互关联，因此很多故障会引起一系列保护设备的连锁反应，这些复杂电网事故对于 电力工程师的技术分析工作产生了相当大的难度。当工程技术人员进行复杂事故跳间分析 工作时，迫切需要一种特定的调试工具和方法，重新读取和解析Comtrade录波文件，并且 运用高精度时间控制的通信端口，将电网异常时的SMV测量数据和GOOSE跳闸信息回放出 来，从而实现电网故障的定性分析和暂态数据的定量分析。基于IEC61850标准的数字化变电站内基本都配有网络数据记录设备。这些网络 数据记录设备都是按照时间的顺序对通信数据进行记录，记录的数据类型没有限制，并按 照固定格式存储和生成记录文件。这些网络数据记录设备只负责原始通信报文的截获和存 储，并不具备通信反演的功能。当数字化变电站自动化系统出现网络功能异常情况时，电力 工程师在进行现场网络状态分析工作的同时，迫切需要一种特定的调试工具和方法，重新 读取和解析网络报文记录文件，并且运用高精度时间控制的通信端口，将网络异常时的所 有通信报文按照原有记录时间刻度回放出来，从而为网络故障点的定位分析和判断提供依 据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于 IEC61850标准的数字化变电站故障反演和通信反演方法，以有效解决数字化变电站发生故障时的数据值和数据通信过程的还原问题。为此，本发明采用的技术方案如下。1.基于IEC61850标准的数字化变电站的故障反演。为了重现数字化变电站故障时的数据信息，本发明提出了一种反演故障的方法 通过对数字化故障录波其产生的Comtrade文件进行分析，按照其录波的频率(如果4000点 /秒的采集频率，那么录波器每250us记录一次数据)，将每个记录时间点上采集的数据重 新发出去，从而起到反演故障数据的效果。数字化故障录波器记录的SMV数据都是取自站内多个合并单元，而GOOSE数据则 是取自多个保护设备和智能操作箱。所以在分析录波器的Comtrade文件的之前，必须将 Comtrade文件内的数据与生成该数据的设备相对应，这样才能正确有效的反演故障。而设 备的信息参数可以通过导入IED特定的配置(configured IED description,CID)文件来获取。2.基于IEC61850标准的数字化变电站的通信反演。记录文件中包含两个部分，一部分是数据报文头，另一部分则是记录的实际数据 报文。通过对数据报文头的解析，可以获取记录设备捕捉到该报文的时间标记、实际报文长 度和记录的通道号，通过对报文头的分析，可以确定后面实际记录的报文，应该以什么时间 点，从哪一个发送口发送。为了重现数字化变电站的通信过程，本发明提出了一种反演通信 的方法通过站内记录设备产生的记录文件的分析，按照记录文件中每条数据的记录时间 相对顺序，进行还原发送，则可以实现对通信过程的反演。网络报文的高精度同步发送方法为通过同步发送模块接收外部B码时钟，对B码 进行硬解码得到绝对时间并产生秒脉冲信号，利用解码后的绝对时间对同步发送模块进行 时钟同步，利用解码产生的秒脉冲与自身晶振的频率，实时对同步发送模块进行频率同步。 当启动仿真发送以后，同步发送模块交替读取两片缓存中的数据，按照每帧报文标定的发 送时间，根据同步后的频率计数对该报文进行发送。同步发送模块物理接口支持多路电口 或光口，由硬件PHY和Altera公司的以太网控制器IP (知识产权核)实现了多路网络单向 发送，在以太网控制器IP核上锁定工作方式为只发送，从而保证了整个模块工作时不会受 到所发送的物理网络的干扰。FPGA是一类高集成度的可编程逻辑器件，为现场可编程逻辑门阵列，FPGA结合了 微电子技术、电路技术、EDA技术，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路 而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA 的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA在通 信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。IP核(IP Core)是具有特定电路功能的硬件描述语言程序，可较方便地进行修改和定制，以提高设计 效率，用户可以综合出正确的门电路级网表，并可以进行后续结构设计，根据各种不同的半 导体工艺，设计成具有不同性能的器件。本发明通过简单的方式实现了故障反演和通信反演，其中故障反演有效的解决了 数字化变电站发生故障时的数据值的还原问题，而通信反演则有效的解决了数字化变电站 发生故障时的数据通信过程的还原问题，两者相结合为帮助变电站工作人员查明故障产生 的原因起到很好的辅助效果。
下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为本发明数字化变电站故障反演的流程图。图2为本发明数字化变电站通信反演的流程图。
具体实施例方式数字化变电站故障反演的具体步骤如下。1)在指定的发送端口上，导入一个或多个合并单元的CID文件。2)在指定的发送端口上，导入一个或多个保护设备或智能操作箱的CID文件。3)导入数字化故障录波器生成的Comtrade的cfg文件。4) 将CID文件中的SMV和GOOSE数据，与Comtrade文件中的SMV和GOOSE数据 进行匹配。5) 从Comtrade的dat文件中取出数据，并根据映射关系，填入SMV和GOOSE报 文中。6)根据Comtrade的记录频率为每帧报文打时标，并组织一秒种的数据。7)驱动FPGA，按照标定的时标进行同步发送。数字化变电站通信反演的具体步骤如下。1) 导入记录文件。2)分析记录文件的数据格式；。3)根据每条数据记录的相对时间，为每帧准备发送的数据打上时标，准备1秒钟 的数据，并存入端口的发送缓冲中。驱动FPGA，按照数据记录时间的相对顺序进行同步发送。
权利要求
1.基于IEC61850标准的数字化变电站故障反演和通信反演方法，其特征在于所述的 故障反演方法如下通过对数字化故障录波器生成的Comtrade录波文件进行分析，按照其 录波的频率，将每个记录时间点上采集的数据重新发出去，从而实现故障数据的反演；所述的通信反演方法如下通过对站内记录设备产生的记录文件的分析，按照记录文 件中每条数据的记录时间相对顺序，进行还原发送，从而实现对通信过程的反演。
2.根据权利要求1所述的基于IEC61850标准的数字化变电站故障反演和通信反演方 法，其特征在于所述故障反演方法的具体步骤如下1)在指定的发送端口上，导入一个或多个合并单元的CID文件；2)在指定的发送端口上，导入一个或多个保护设备或智能操作箱的CID文件；3)导入数字化故障录波器生成的Comtrade的cfg文件；4)将CID文件中的SMV和GOOSE数据与Comtrade文件中的SMV和GOOSE数据进行匹配；5)从Comtrade的dat文件中取出数据，并根据映射关系，填入SMV和GOOSE报文中；6)根据Comtrade的记录频率为每帧报文打时标，并组织一秒种的数据；7)驱动FPGA，按照标定的时标进行同步发送，即进行故障反演。
3.根据权利要求2所述的基于IEC61850标准的数字化变电站故障反演和通信反演方 法，其特征在于所述通信反演方法的具体步骤如下1)导入记录文件；2)分析记录文件的数据格式；3)根据每条数据记录的相对时间，为每帧准备发送的数据打上时标，准备1秒钟的数 据，并存入端口的发送缓冲中；4)驱动FPGA，按照数据记录时间的相对顺序进行同步发送，即进行通信反演。
4.根据权利要求2或3所述的基于IEC61850标准的数字化变电站故障反演和通信反 演方法，其特征在于所述同步发送的具体步骤如下通过同步发送模块接收外部B码时钟， 对B码进行硬解码得到绝对时间并产生秒脉冲信号，利用解码后的绝对时间对同步发送模 块进行时钟同步；利用解码产生的秒脉冲信号与自身晶振的频率，实时对同步发送模块进 行频率同步。
全文摘要
目前基于IEC61850标准的数字化变电站内基本都配有网络数据记录设备，这些网络数据记录设备只负责原始通信报文的截获和存储，并不具备通信反演的功能。本发明公开了一种基于IEC61850的数字化变电站故障反演和通信反演方法，通过对数字化故障录波器生成的Comtrade录波文件进行分析，按照其录波的频率，将每个记录时间点上采集的数据重新发出去，实现故障数据的反演；通过对站内记录设备产生的记录文件的分析，按照记录文件中每条数据的记录时间相对顺序，进行还原发送，从而实现对通信过程的反演。本发明通过简单的方式实现了故障反演和通信反演，两者相结合为帮助变电站工作人员查明故障产生的原因起到很好的辅助效果。
文档编号H02J13/00GK102064614SQ20111000923
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者刘恢, 吴俊 , 汪彦, 王松, 程华明, 胡永春, 阮黎翔, 陆承宇, 陶小平, 黄晓明 申请人:南京拓为电力科技发展有限公司, 浙江省电力试验研究院