基于IEC61850的智能水电站全过程建设系统的制作方法

基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统
技术领域
1.本发明涉及智能水电站技术领域，更具体地，涉及一种基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统。


背景技术：

2.随着智能水电站的不断发展，水电站将面临的是日益增长的海量工程数据，而水电站中涉及的各种行业所采取的通信标准各不相同，这将直接导致数据孤岛问题加剧，无法实现数据结构的共享与整合，严重阻碍了水电站智能化的发展进程。
3.相比水电站，基于iec 61850通信标准的智能变电站目前已获得了大量成功应用。与以往的常规计算机控制、保护相比，基于iec 61850的智能变电站可以节省资源、简化设计、加快施工进度，提升各系统及设备间的互操作性，提升信息内容本身的一致性，具有一系列重大技术优势。但在水电站自动化领域，由于目前水电站智能化建设技术标准与规范还不够完善，技术发展方向还缺乏共识，同时还面临着支持该标准的智能电子装置(ied)产品较少、智能电子装置检测与评估体系不完善等不足之处，基于iec 61850的智能水电站始终难以取得重大进展和良好的效果。
4.作为电力系统自动化的国际标准，iec 61850已从《变电站网络与通信协议》升级为《电力企业自动化通信网络和系统》，应用范围扩大到包括水电站在内的整个电力自动化系统。相应的水电站监控通信标准《iec61850-7-410：hydroelectric power plants
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communication for monitoring and control》也已正式出版发行。
5.因此，开发一种能实现水电站数据共享融合、系统互联互通的基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统很有必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了提供基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统，该方案基于iec 61850通信标准提出智能水电站的建设新方案，该方案贯穿了基于iec 61850的智能水电站建设全过程，包括水电站物理对象层级划分、信息对象建模、通信系统建设、一体化管控平台建设、智能业务应用五大过程阶段，实现了水电站数据共享融合、系统互联互通，为智能水电站的智能应用打下了基础，对智能水电站的建设具有重要指导意义。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统，其特征在于：包括技术积累过程、需求分析、以及总体方案的制定、方案审核与修改；
8.技术积累过程包括资料搜集、现场调研、技术交流；
9.总体方案的制定包括包括五大过程阶段，分别为：水电站物理对象层级划分、信息对象建模、通信系统建设、一体化管控平台建设、智能业务应用；
10.其中物理对象层级划分阶段将水电站的物理设备按照厂级层、系统层、设备层、部件层表达实际物理设备对象的层级关系；
11.信息对象建模阶段将信息对象模型分为服务器、逻辑设备(ld)、逻辑节点(ln)、数据对象(do)、数据属性(da)五个层次；
12.通信系统建设包括通信接口、通信协议、通信协议转换、通信网络等内容；
13.一体化管控平台建设包括三个模块的建设，分别为：数据中心、基础服务平台、智能化应用平台；
14.智能业务应用包括四个模块内容，分别为：经济发电、智能运行、智慧运维、智能管理。
15.在上述技术方案中，所述物理对象层级划分阶段用于实现设备对象化的层次结构特征描述，反映多种水电站设备模型关系；多种水电站设备模型关系包括水电站实际物理设备组成关系、同类型设备关系、同级别设备关系、从属设备关系等；
16.物理对象层级划分阶段为智能水电站建设提供必须的物理设备对象层级关系。
17.所述物理对象层级划分阶段对水电站各物理设备对象按照厂级层、系统层、设备层、部件层的层级进行划分，表达出信息对象模型所在的实际物理设备对象的层次关系；后续基于iec 61850标准建设的信息对象模型能描述所测点的数据属性信息，但不能描述对象的所属层级关系，本发明所述物理对象层级划分阶段是对基于iec 61850的信息对象模型的补充完善。
18.在上述技术方案中，所述信息对象建模阶段是实现基于iec 61850的智能化水电站建设的关键；
19.物理对象层级划分阶段描述了设备对象的层次结构后，基于iec 61850的信息对象建模阶段建立对象化的信息系统模型，能同时描述设备对象层次结构关系与模型测点信息，实现智能水电站设备的对象化与信息覆盖范围上的互补；
20.iec 61850标准采用面向对象的建模技术，每个ied包含1个或多个服务器，每个服务器又包含多个逻辑设备，逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象，数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例；iec 61850标准对逻辑节点的数据对象以及服务进行标准化；从而使得逻辑节点能够在水电站网络层实现互操作。
21.在上述技术方案中，所述通信系统建设阶段是实现基于iec 61850的智能化水电站建设的核心环节；
22.通信规约的统一使得智能水电站的数据能实现充分共享；通信系统建设阶段基于iec 61850标准统一通信数据模型接口和协议，采用统一的iec 61850标准取代原来各厂商的各类通信协议，对于支持iec 61850标准的水电站各类设备，直接使用支持该标准的ied取代原有设备；
23.对于不支持iec 61850标准的水电站各类设备，各自增设相应的iec 61850协议转换器，将其采集的信息转化为iec 61850标准建模；同时，不同于以往传统现地监控系统所有信息经过plc集中上送至厂站层网的信息流，本发明中的智能水电站单元层各ied同时连接过程层goose/sv网和厂站层mms网，并统一按照基于iec 61850的mms协议上送至一体化管控平台。
24.在上述技术方案中，所述一体化管控平台建设阶段覆盖智能水电站生产i区、ii区和信息管理大区，可以对基于iec 61850标准的各类生产设备、业务数据、运行管理等信息对象模型进行全局性的有效管理与控制，实现基于iec 61850智能水电站的数据融合、设备
互联、系统集成及业务支持；
25.所述一体化管控平台建设阶段包括数据中心、基础服务平台、智能化应用平台三个模块的建设；
26.数据中心基于iec 61850mms协议对水电站分布式部署的模型及数据进行一体化存储与管理，实现统一、标准的数据访问服务；
27.基础服务平台基于数据中心为智能化应用开发提供数据计算框架、权限日志管理、人机界面图元库、任务进程管理等后台服务；
28.智能化应用平台基于机器学习、专家知识库、人工智能等算法模型，提供数据挖掘、分析预警、状态评估、决策辅助等智能应用。
29.在上述技术方案中，所述智能业务应用阶段基于一体化管控平台，实现包括经济发电、智能运行、智慧运维、智能管理四个模块功能；
30.智能业务应用的功能模块可根据智能水电站的建设智能化程度进行增加与删减，实现水电站智能化业务应用功能模块化管理。
31.本发明具有如下优点：
32.(1)本发明实现了一种基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统，实现了智能水电站数据共享融合、系统互联互通，对智能水电站的建设具有重要指导意义；
33.(2)本发明实现了水电站物理对象层级划分，为智能水电站建设提供了必须的物理设备对象层级关系，阐明了设备对象化的层次结构；
34.(3)本发明实现了面向水电站信息对象的统一建模，解决了传统水电站数据信息无自描述能力、信息表述方式不统一、设备互换性和交互性差等问题；
35.(4)本发明实现了智能水电站iec 61850通信系统建设，从而实现了系统信息模型、通信服务和传输过程的统一；
36.(5)本发明实现了基于iec 61850的标准、通用、开放、可配置的一体化管控平台建设，实现基于iec 61850智能水电站的数据中心、基础服务及业务支持；
37.(6)本发明实现了基于iec 61850的水电站智能业务应用，实现水电站智能化业务应用功能模块化管理。
附图说明
38.图1为本发明的基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统全流程示意图；
39.图2为本发明的基于iec 61850的智能水电站物理设备对象结构树图；
40.图3为本发明的基于iec 61850的智能水电站信息对象模型结构图；
41.图4为本发明的基于iec 61850的智能水电站系统架构图。
具体实施方式
42.下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
43.iec61850标准是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准。
44.本发明提出以iec 61850为基础的智能水电站全过程建设方案，从电站物理对象层级划分、信息对象建模、通信系统建设、一体化管控平台建设、智能业务应用等过程阶段
研究基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统。
45.图1示出了本发明提出的一种基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统的全流程，建设方案设计流程包括了前期的资料搜集、现场调研、技术交流等技术积累过程，需求分析，以及总体方案的制定与审查(当制定的总体方案通过审查，则该通过审查的总体方案为最终基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统；当制定的总体方案未通过审查，则根据审查意见修改完善总体方案后，再次审查修改完善后的总体方案，若通过审查，则该通过审查的修改完善后的总体方案为最终基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统)；由此，最终形成基于iec 61850的智能水电站全过程建设系统，其方案内容包括物理对象层级划分、信息对象建模、通信系统建设、一体化管控平台建设、智能业务应用五大建设过程阶段，其特征在于：
46.所述物理对象层级划分阶段，实现智能水电站的物理设备按厂级层、系统层、设备层、部件层表达实际物理设备对象的层级关系，对基于iec 61850的信息对象模型所属的物理层级结构进行了补充完善，如图2所示，物理对象层级划分阶段的具体实现方法，包括如下步骤：
47.步骤1.1：厂级层层级划分；
48.智能水电站厂房按厂级层层次可划分为主厂房、副厂房、主变压器厂、高压开关站以及其他厂房枢纽；
49.步骤1.2：系统层层级划分；
50.智能水电站系统可划分为电气一次回路系统、电气二次回路系统、水力系统、机械控制设备系统以及辅助设备系统；
51.步骤1.3：设备层层级划分；
52.电气一次回路系统包括发电机、引出线、母线、电压配电设备、主变压器、高压开关站等设备；电气二次回路系统包括机旁盘、励磁设备、中央控制室、控制操作设备等设备；水力系统包括水轮机、压力管道、进水阀、尾水闸等设备；机械控制设备系统包括调速设备与事故阀门控制设备等相关机械控制设备；辅助设备系统包括厂用电设备、起重设备、油气水设备以及其他相关辅助设备；
53.步骤1.4：部件层层级划分；
54.智能水电站中设备部件众多，本发明实施例以水电站中的水轮机和发电机两个重要的水力发电设备为例，对其进行设备部件层级划分。水轮机可分为引水、导水、工作、泄水四大部件，其中引水部件包括引水室蜗壳、座环等；导水部件包括导叶、导叶轴承、控制环、传动机构、安全机构剪断销、接力器等；工作部件包括转轮等，泄水部件包括泄水锥、尾水管等。发电机包括定子、转子、上下机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等部件。
55.所述信息对象建模阶段，实现了水电站中智能电子设备(ied)的信息对象模型，基于iec 61850的信息对象模型如图3所示。每个智能电子设备包含一个或多个服务器，每个服务器包括一个或多个逻辑设备，每个逻辑设备包含多个逻辑节点，每个逻辑节点包含多个数据对象，数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。智能电子设备之间通过基于iec 61850标准化的通信服务接口实现信息交换。
56.其中智能水电站主要逻辑节点类型可分为四大类，十小类。智能水电站逻辑节点可分为电气、机械、水电站特定、智能感知逻辑节点类型，细分可分为表现功能模块、接口和
存档、机械与非电气主设备、水电站特有、计量和测量、保护功能、保护相关功能、监督和测量、传感、电力系统设备逻辑节点类型。对于数据对象，其中水轮机节点包含工作水头、流量、出力和效率、转速、转轮直径等数据对象；主阀节点包含开关位置、位置偏差、位置偏差裕度、正逆向补偿、通过水流量等数据对象；调速器节点包含控制器报错、控制器输出、远程闭锁、电压瞬降等数据对象。
57.所述通信系统建设阶段，基于iec 61850标准统一了通信数据模型接口和协议，实现了智能水电站数据充分共享访问，如图4所示，智能水电站单元层各ied同时连接过程层基于iec 61850的goose/sv网和厂站层基于iec 61850的mms网，并统一按照基于iec 61850的mms协议上送至一体化管控平台。采用统一的iec 61850标准取代原来各厂商的各类通信协议，对于支持iec 61850标准的水电站各类设备，直接使用支持该标准的ied取代原有设备；对于不支持iec 61850标准的水电站各类设备，各自增设相应的iec 61850协议转换器，将其采集的信息转化为iec 61850标准建模。
58.所述一体化管控平台建设阶段，实现了基于iec 61850智能水电站的数据融合、设备互联、系统集成及业务支持，对基于iec 61850标准的各类生产设备、业务数据、运行管理等信息对象模型进行全局性的有效管理与控制，解决各个系统各自孤立、管控困难、维护复杂、智能决策水平差以及重复投资等问题。一体化管控平台建设阶段包括数据中心、基础服务平台、智能化应用平台三个模块的建设，如图4所示。
59.其中数据中心基于iec 61850mms协议对水电站分布式部署的模型及数据进行一体化存储与管理，实现统一、标准的数据访问服务，数据中心建设内容包括实时库存储单元、关系库存储单元、文件存储单元、数据与模型管理等；基础服务平台是一体化管控平台的开发与运行基础，基于数据中心为智能化应用开发提供开发、运行、管理的技术支撑，基础服务平台建设内容包括数据计算框架、权限日志管理、人机界面图元库、任务进程管理等后台服务；在基础服务平台提供的支撑之上，智能化应用平台基于机器学习、专家知识库、人工智能等算法模型，提供数据挖掘、分析预警、状态评估、决策辅助等智能应用，供上层的智能业务应用提供模块化的技术基础。
60.所述智能业务应用阶段，实现包括了经济发电、智能运行、智慧运维、智能管理等智能业务应用模块，如图4所示。智能业务应用阶段基于一体化管控平台，可根据智能水电站的建设智能化程度进行增加与删减，实现水电站智能化业务应用功能模块化管理。其中，经济发电业务模块处于安全ⅰ区，包括了自动发电控制、自动电压控制、经济调度控制、智能设备运行监视等功能；智能运行业务模块处于安全ⅱ区，包括了预测测报、计划管理、决策支持、调度会商、水调自动化、保护信息管理、电能量计量、故障录波等功能；智慧运维业务模块处于安全ⅲ区，包括了大坝安全监测与分析评估、状态监测及分析评估、发电机检修计划决策、视频监控等功能；智能管理业务模块处于安全ⅲ区，包括了生产信息管理、火灾自动报警、工业电视、应急响应、数字化虚拟电站、办公室自动化等功能。
61.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
62.其它未说明的部分均属于现有技术。