適用于軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中通信網(wǎng)關(guān)雙機(jī)冗余的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軌道交通電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及變電所內(nèi)間隔層通信網(wǎng)關(guān)雙機(jī)熱備冗余運(yùn)行構(gòu)造穩(wěn)定可靠地電力綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著計(jì)算機(jī)智能及其自動(dòng)化技術(shù)的日益成熟，智能電子二次設(shè)備在城市軌道交通及電氣化高速鐵路領(lǐng)域的普及應(yīng)用，電力監(jiān)控運(yùn)行維護(hù)方式有了質(zhì)的改變，由原來(lái)有人值守兼顧值班員當(dāng)?shù)夭僮魍Ｋ碗娹D(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)人值守、定期巡檢、遠(yuǎn)方控制中心程控停送電、事故分析為主的方式，因此，對(duì)電力監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠性提出了更為嚴(yán)格的要求。在城市軌道交通電力監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，間隔層IED只與通信網(wǎng)關(guān)建立數(shù)據(jù)通信，通信網(wǎng)關(guān)作為電子智能二次設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互中樞，起到上通下達(dá)的作用。目前，軌道交通領(lǐng)域高壓側(cè)保護(hù)及直流保護(hù)系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)均以國(guó)外廠家為主，這些IH)通信接口多為串行接口。
[0003]在整個(gè)電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中，最常用的通信方式為以太網(wǎng)口和串行接口，通信管理機(jī)作為變電所內(nèi)站控層設(shè)備，普遍與控制中心通過DL/T 634.5104-2009或DL/T634.5101-2002進(jìn)行主備雙機(jī)雙通道通信，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的雙冗余。而變電所內(nèi)，過程層通信網(wǎng)關(guān)與IED、通信管理機(jī)的通信連接方式并沒有得到真正的重視或者明確規(guī)范，每個(gè)綜自設(shè)備廠家根據(jù)自家設(shè)備及軟件設(shè)計(jì)特性進(jìn)行不同的設(shè)備接入組網(wǎng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，所內(nèi)普遍通過通信網(wǎng)關(guān)與IH)所支持的通信規(guī)約及方式通信，通信網(wǎng)關(guān)與通信管理機(jī)通過其內(nèi)部高速數(shù)據(jù)總線或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)其最終數(shù)據(jù)的信息匯集。此種方案，共同特點(diǎn)是僅實(shí)現(xiàn)了變電所與控制中心之間通信的設(shè)備與通道雙冗余，而變電所內(nèi)通信沒有實(shí)現(xiàn)冗余，因此，從控制中心到間隔層IED的整個(gè)數(shù)據(jù)通信并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的冗余，為整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行埋下了隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于:為了解決上述主流通信方案通信網(wǎng)關(guān)與IED通信沒有完全冗余的缺陷，提出適用于軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中通信網(wǎng)關(guān)雙機(jī)熱備通信的方法來(lái)解決此問題，構(gòu)造堅(jiān)實(shí)可靠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。其技術(shù)解決方案為:
[0005]一種適用于軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中通信網(wǎng)關(guān)雙機(jī)冗余的方法，配置通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入方式規(guī)則庫(kù)，此配置用來(lái)設(shè)定主備用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)與間隔層IED的通信規(guī)約及連接運(yùn)行方式。同一時(shí)刻，只有主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)享有對(duì)其接入范圍IH)串行通信總線使用權(quán)，對(duì)使用串行通信接口方式的IED，主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)與其進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，備用態(tài)與其不建立通信，目前主流的串行接口為RS485，通信規(guī)約為IEC103、DNP3.0、Modbus及設(shè)備廠家私有規(guī)約。對(duì)于使用以太網(wǎng)通信的IED，因其網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)特性，根據(jù)IED設(shè)備通信規(guī)約或軟件特性是否支持多連接來(lái)決定備用態(tài)是否與其建立數(shù)據(jù)通信關(guān)系。僅主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)與站控層通信管理機(jī)建立雙通道通信連接。
[0006]配置主備態(tài)條件規(guī)則集，此規(guī)則集構(gòu)成帶有權(quán)重的切換條件庫(kù)。兩臺(tái)通信網(wǎng)關(guān)分別標(biāo)識(shí)為A和B，兩者優(yōu)先啟動(dòng)的孚有主用態(tài)權(quán)，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)通?目網(wǎng)關(guān)A孚有主用態(tài)權(quán)。對(duì)于每個(gè)切換條件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)值及重要性程度設(shè)置相應(yīng)權(quán)重，通信網(wǎng)關(guān)A和B之間實(shí)時(shí)診斷自身運(yùn)行狀態(tài)，累加匹配切換條件庫(kù)來(lái)計(jì)算自身切換權(quán)重，通過網(wǎng)絡(luò)通信報(bào)文交互來(lái)獲取對(duì)方切換條件權(quán)重，如果主用態(tài)權(quán)重大于備用態(tài)，主用態(tài)向備用態(tài)發(fā)出切換為備用態(tài)請(qǐng)求，在得到備用態(tài)確認(rèn)后切換為備用態(tài)，原備用態(tài)升級(jí)為主用態(tài)。同時(shí)記錄切換時(shí)間及原因，并將故障信息上送通信管理機(jī)，以便運(yùn)行管理人員及時(shí)解決故障。
[0007]通信網(wǎng)關(guān)A和B配置為雙機(jī)冗余工作模式，兩者之間通過雙以太網(wǎng)UDP方式進(jìn)行信息交互。起始上電后均為備用狀態(tài)，Α、B互發(fā)狀態(tài)報(bào)文給對(duì)方，B機(jī)收到A機(jī)狀態(tài)報(bào)文后確認(rèn)A機(jī)為主用態(tài)。通信網(wǎng)關(guān)Α、B依據(jù)接入方式規(guī)則庫(kù)配置與間隔層IED建立通信。
[0008]設(shè)置未響應(yīng)閥值A(chǔ)d，通信網(wǎng)關(guān)A和B每秒相互發(fā)送狀態(tài)報(bào)文，備用態(tài)檢測(cè)到主用態(tài)未響應(yīng)次數(shù)Cn。response,如果Cn。response^ Δ d，強(qiáng)制升級(jí)為主用態(tài)。某些極端異常情況下，造成A、B通彳目網(wǎng)關(guān)失步，使得A、B均為主用態(tài)或備用態(tài)，在故障消失恢復(fù)同步后，A、B立即糾正異常狀態(tài)，此時(shí)A機(jī)優(yōu)先享有主用態(tài)權(quán)。
[0009]對(duì)于某臺(tái)IED故障或通信線等因素造成與通信網(wǎng)關(guān)通信異常時(shí)，會(huì)引起A、B因?yàn)橄嗤袚Q條件進(jìn)行反復(fù)頻繁切換，每次切換都將引起通信網(wǎng)關(guān)與IH)通信重新初始化，造成整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)十分不穩(wěn)定。可通過狀態(tài)信息報(bào)文中信息字識(shí)別此種情況，在切換間隔時(shí)間到達(dá)后嘗試切換。其中，設(shè)置切換時(shí)間基準(zhǔn)At，切換累計(jì)次數(shù)Cswlteh，切換次數(shù)門檻值C—，切換間隔時(shí)間Tswlteh，切換間隔時(shí)間為本次即將切換時(shí)間與上次切換時(shí)間之
^swi tch C threshold，Tswitch C Swi tch ^ ?，Csw^ tc^ C threshold，Tswitch C threshold4寸此次故障因素排除后，Cswiteh置O。
[0010]通信網(wǎng)關(guān)A、B間通過自識(shí)別、自適應(yīng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步刷新，從而解決A、B發(fā)生切換時(shí)造成遙信、壓板、遙測(cè)、累積量等數(shù)據(jù)上送通信管理機(jī)時(shí)無(wú)效或錯(cuò)誤。如果A、B之間不進(jìn)行數(shù)據(jù)同步刷新，A切換到B后，B初始數(shù)據(jù)仍然是上一次為主用態(tài)時(shí)與IED建立通信的原始值或者初始默認(rèn)值，需要一定通信時(shí)間才能獲取所有IH)設(shè)備數(shù)據(jù)，在此過程中與通信管理機(jī)的通信會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)開關(guān)位置信號(hào)、壓板狀態(tài)及測(cè)量值曲線突變等錯(cuò)誤結(jié)果。
[0011]技術(shù)效果:在城市軌道交通領(lǐng)域，電力供電系統(tǒng)關(guān)系著列車及相關(guān)各個(gè)專業(yè)設(shè)備是否能正常運(yùn)行，電力監(jiān)控作為其數(shù)字綜合自動(dòng)化的重要組成部分，對(duì)數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性、有效性、可靠穩(wěn)定性要求極高。通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)自上而下構(gòu)建完整的通信網(wǎng)關(guān)、通信鏈路冗余可以在很大程度上提高上述要求特性。軌道交通領(lǐng)域電力監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信的冗余也越來(lái)越受到設(shè)計(jì)院所的重視，故此種雙網(wǎng)關(guān)冗余方案具有良好的應(yīng)用使用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有電力監(jiān)控系統(tǒng)中變電所內(nèi)通信網(wǎng)關(guān)與IED之間數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)圖。
[0013]圖2為本發(fā)明雙機(jī)冗余數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)圖。
[0014]圖3為通信網(wǎng)關(guān)工作流程圖。
[0015]圖4為數(shù)據(jù)同步原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
[0017]本發(fā)明提出了一種適用于軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中通信網(wǎng)關(guān)雙機(jī)冗余的方法。在軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中，通過對(duì)變電所間隔層配置硬件完全獨(dú)立的冗余通信網(wǎng)關(guān)，采用雙機(jī)冗余通信方法與所內(nèi)IED(智能電子設(shè)備)建立數(shù)據(jù)通信，將IED數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給站控層通信管理機(jī)或接受通信管理機(jī)命令。對(duì)于兩臺(tái)獨(dú)立的通信網(wǎng)關(guān)，根據(jù)間隔層各個(gè)設(shè)備通信規(guī)約及物理傳輸介質(zhì)通道，配置通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備接入方式規(guī)則庫(kù)，進(jìn)而依據(jù)接入方式規(guī)則庫(kù)分別采用不同的通信規(guī)約及連接方式與其數(shù)據(jù)通信。配置主備用態(tài)條件規(guī)則集組成主備切換條件庫(kù)，通信網(wǎng)關(guān)依據(jù)切換條件庫(kù)進(jìn)行自我診斷，最終根據(jù)雙方切換權(quán)重值來(lái)確立工作狀態(tài)，通過雙網(wǎng)絡(luò)通信方式將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，使得同一時(shí)刻一主一備穩(wěn)定可靠運(yùn)行。對(duì)于主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)擁有間隔層IH)完整數(shù)據(jù)而備用態(tài)只有部分?jǐn)?shù)據(jù)的情況，備用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)通過自識(shí)別、自適應(yīng)方式與主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)交互來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整有效性。
[0018]圖1為當(dāng)前電力監(jiān)控系統(tǒng)中變電所內(nèi)通信網(wǎng)關(guān)與IED之間數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)圖。通信網(wǎng)關(guān)為單機(jī)，主要通過以太網(wǎng)或RS485串行總線與高壓側(cè)保護(hù)系統(tǒng)、牽引直流保護(hù)、交直流系統(tǒng)、400V、整流器、溫控器等其他系統(tǒng)通信，其通信方式均為單機(jī)單通道。
[0019]圖2為本發(fā)明所述雙機(jī)冗余數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)圖。配置兩臺(tái)硬件獨(dú)立的通信網(wǎng)關(guān)，通過以太網(wǎng)或RS485串行總線與各IED子系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)通信，通信方式為雙機(jī)雙通道。
[0020]其實(shí)施過程如下:
[0021]通過通信網(wǎng)關(guān)組態(tài)配置軟件，配置通信網(wǎng)關(guān)與各個(gè)IED通信所采用的通信規(guī)約，根據(jù)IED自身通信特性，采取不同的通信策略，組成接入方式規(guī)則庫(kù)。對(duì)于串行接口方式通信的IED，由于IED自身通信模塊均為單串口，所以同一時(shí)刻僅主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)擁有對(duì)其數(shù)據(jù)通信權(quán)，備用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)與其不建立數(shù)據(jù)通信。對(duì)于以太網(wǎng)接口通信的IED，無(wú)論是TCP還是UDP方式，數(shù)據(jù)通信同時(shí)建立多個(gè)連接都不會(huì)混淆。對(duì)于UDP方式，如果IED通信模塊支持多通信連接，主備用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)可以同時(shí)與其通信，否則，只有主用態(tài)與之通信。
[0022]對(duì)于TCP方式，傳統(tǒng)的通信為C/S (客戶端/服務(wù)器端)模式，具體分為兩種情況考慮:
[0023]通信網(wǎng)關(guān)作為客戶端，此時(shí)通信網(wǎng)關(guān)作為建立通信連接的發(fā)起方，對(duì)于支持多客戶端的IH)來(lái)說，主備用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)同時(shí)與其獨(dú)立通信。對(duì)于不支持多客戶端的IED，主用態(tài)通信網(wǎng)關(guān)與其建立連接通信，備用態(tài)網(wǎng)關(guān)與其不建立連接。
[0024]通信網(wǎng)關(guān)作為服務(wù)器端，主備用態(tài)均接受來(lái)自IH)客戶端的數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求，分別與其進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0025]配置主備用態(tài)條件規(guī)則集，根據(jù)每條規(guī)則的重要性程度賦予不同的權(quán)重，這些規(guī)則集構(gòu)成權(quán)重切換庫(kù)。本實(shí)例規(guī)則及權(quán)重劃分原則如下:
[0026](I)通信網(wǎng)關(guān)自身硬件模塊異常，賦予最高權(quán)重值10 ；
[0027](2)對(duì)于高壓側(cè)交流保護(hù)、直流牽引