專利名稱：一種電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置及其實現方法
技術領域：
本發明涉及電力系統自動化與通信系統領域，具體講涉及一種電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置及其實現方法。
背景技術：
廣域保護是基于電力系統網絡通信、多點信息綜合判斷并實現繼電保護和自動控制功能而構建的新型保護，對于電力系統安全、穩定運行具有重要作用。廣域保護信息傳輸的可靠性是廣域保護的核心問題，而廣域保護通信網絡的節點或鏈路的失效將影響廣域信息的可靠、實時傳輸，甚至可能導致保護連鎖跳閘引起大面積停電事故的發生。基于智能電網自愈、重構理念，廣域保護信息傳輸路徑失效后的快速重構是廣域保護系統必不可少的手段。廣域保護信息傳輸所依賴的電力專用通信網由于承載了保護信號、安全穩定信號等重要電網業務，其信息傳輸可靠性必須滿足以下三個方面的要求①滿足各種電力業務對可靠性的要求；②正常情況下通信網絡中的任意2個網絡節點必須保持至少2條獨立物理路由連通；③必須滿足N-I原則，盡量滿足N-2原則，即任意1處網絡通道失效，應能保持電力業務的穩定運行，且不致使其它通道發生通信質量劣化和通道阻塞，盡量保證其在任意2處網絡通道失效時，不影響其它業務的正常通信。廣域保護實時通信系統由設在調度中心的主站以太網交換機、核心路由器以及設在電廠與變電站的通信子站和電力數據通信網等構成，如圖1所示。在此將中心主站、通信子站、網絡交換設備、通道等獨立傳輸交換設備稱為網絡單元。常用的通信網絡單元結構呈樹形、環形和網格形的混合體，且以環形網絡為主干。調度中心通過數據通信網絡與各通信子站進行信息交換，安裝于電力系統不同位置的通信子站不僅能獲得安裝點的信息，還能通過信息通信網絡獲得其它通信子站的信息以完成廣域保護功能。由于目前傳輸廣域保護信息的電力通信專網基本采用SDH技術體制，SDH自愈環的高可靠性是傳統電力通信網的主要保護方式，但是，隨著全國互聯電網的實現，電力通信網絡由網絡結構簡單的環形網逐步向網狀網結構演進。因此點對點的保護和自愈環的保護設計方式已經不再適應未來互聯大電網的復雜廣域保護通信體系，因此需要提出面向網狀網結構的廣域保通信網絡的快速高效的保護恢復方法。文獻《滿足廣域保護通信可靠性和延時要求的路由選擇方法》電力系統自動化vol 35(3)2011.2. 10.提出一種廣域保護通信可靠性和延時要求的路由選擇模型和求解方法， 該模型的提出是為了實現正常狀態下廣域保護信息傳輸路徑優化選擇以及通信網絡中元件失效后的路徑重構。該模型主要缺點是沒有考慮恢復時延，只是考慮了路徑傳輸時延。實際上元件失效后恢復路徑的選擇和節點倒換所產生的時延是整個故障恢復時延的主要組成部分
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種適用于網狀結構的電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置及其實現方法，這種實現方法不需要建立復雜信令機制，并且網絡保護裝置可以實現對失效業務的快速保護恢復，具有比傳統自愈環保護具有更高的靈活性和擴展性。本發明的目的是采用下述技術方案實現的一種電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置，其改進之處在于，所述裝置為保護環狀結構，包括保護控制邏輯模塊、線路信號選擇器^l1和Sel2、線路信號切換開關S1 、、保護信號端口 P1和P2以及工作信號端口 W1 W4 ；所述保護控制邏輯模塊兩端分別與所述線路信號選擇器^l1和連接；所述線路信號選擇器^l1和分別與所述保護信號端口 P1和P2連接；所述線路信號切換開關S1分別與線路信號選擇器和工作信號端口 W1連接；所述線路信號切換開關&分別與線路信號選擇器^l1和工作信號端口 W2連接；所述線路信號切換開關&分別與線路信號選擇器和工作信號端口 W3連接；所述線路信號切換開關、分別與線路信號選擇器^l1和工作信號端口 W4連接；所述裝置用的信號脈沖包括線路告警狀態信號脈沖A1 A4和線路非告警狀態信號脈沖。本發明提供的一種優選的技術方案是所述保護信號端口 P1*工作信號端口 W1以及所述保護信號端口 P2和工作信號端口 W2表示保護環主干鏈路相互對立的方向設置的兩個信號端口 ；所述工作信號端口化和^表示與所述兩個信號端口連線一側的垂直方向上設置的保護環跨接鏈路的信號端口。一種電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置的實現方法，其改進之處在于，所述方法包括A、在保護環無故障的情況下，保護環上節點兩側的主干鏈路保護信號保持正常連通狀態，完成所述保護信號端口 P1到所述保護信號端口 P2通信；B、當保護環相互對立的方向一側主干鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W1失效，所述線路信號切換開關S1由A1狀態切換至X；狀態，并通過線路信號選擇器連接至東向線路保護信號端口 P2，完成工作信號端口 W1到保護信號端口 P1的保護倒換過程；C、當保護環相互對立的方向的另一側主干鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W2失效，所述線路信號切換開關&由A2狀態切換至X；狀態，并通過線路信號選擇器 Sel1連接至西向線路保護端口 P1，完成工作信號端口 W2到保護信號端口 P2的保護倒換過程；或D、當保護環與所述兩個信號端口連線一側的垂直方向上跨接鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W3和W4失效，所述線路信號切換開關&由A3狀態切換至X；狀態， 同時，所述線路信號切換開關、由A4狀態切換至X；狀態，并分別通過線路信號選擇器Sel1 和分別連接至線路保護信號端口 P1和P2,同時完成工作信號端口 W3到保護信號端口 P2及工作信號端口 W4到保護信號端口 P1的保護倒換過程；當W3或W4單獨失效的情況，則由對應的線路非告警狀態信號X；或X；分別觸發完成工作信號端口 W3到保護信號端口 P2或工作信號端口 W4到保護信號端口 P1的保護倒換過程。
與現有技術相比，本發明達到的有益效果是1、通過本發明提供的電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置及其實現方法，不僅保護網狀網中保護環上的主干鏈路，同時保護環上的跨接鏈路；2、本發明提供的電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置的實現方法，只需本地節點參與保護倒換過程，因此具有較快的故障恢復速度；3、當網絡的鏈路發生故障時，該故障鏈路兩側節點檢測到網絡故障后，通過本發明提供的通信網絡節點裝置，直接將業務倒換到預連接網絡保護環上，業務將沿著該故障鏈路兩端節點之間的預置保護環傳輸，從而使業務避開了網絡故障，實現了快速網絡保護， 進一步滿足電力系統廣域保護的實時通信要求；4、通過本發明提供的通信網絡節點裝置，實現網絡中的恢復路徑的預先配置，因此一旦發生故障，即立刻按照預先規劃好的路由對業務進行切換，免除了信令機制，操作簡單，易于實現，具有比傳統自愈環保護具有更高的靈活性和擴展性。
圖1是電力系統廣域保護實時通信系統結構圖；圖2是電力系統廣域保護通信系統網絡拓撲圖；圖3是網絡保護環主干鏈路故障圖；圖4是網絡保護環跨接鏈路故障圖；圖5是本發明提供的通信網絡節點裝置連接圖；圖6是本發明提供的主干鏈路失效前后環保護倒換過程；圖7是本發明提供的跨接鏈路失效前后環保護倒換過程。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。本發明提供一種適用于網狀結構的電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置及其實現方法。本發明將廣域保護通信系統抽象成由節點和鏈路構成的連通圖，節點包括通信子站和網絡交換設備，網絡交換設備包括主站交換機和核心路由器；鏈路稱作通信通道，如圖1所示，圖1是電力系統廣域保護實時通信系統結構圖。本發明提供的通信網絡節點裝置安置在構成網絡保護環的節點之上，以完成本發明所述的鏈路故障下保護環的倒換過程。在網絡圖中預先配置好網絡保護環，如圖2所示，圖2是電力系統廣域保護通信系統網絡拓撲圖，業務工作路徑為A-J-I-H-G-L-F-E-D-C-B-K，該網絡保護環具有特征如下(1)保護環上的鏈路稱為主干鏈路，主干鏈路承載工作信號，同時預留用于故障恢復的保護容量。當主干鏈路發生故障時，通過傳統環保護的方式實現故障恢復，如圖3所示，圖3是網絡保護環主干鏈路故障圖。(2)跨接在環上兩個節點之間的鏈路為跨接鏈路，跨接鏈路只承載工作信號，不需要預留專門的容量用作保護。當跨接鏈路發生故障時，選擇在保護環上兩個方向進行倒換， 如圖4所示，圖4是網絡保護環跨接鏈路故障圖。利用一個單位容量的主干鏈路來保護兩個單位容量的跨接邊容量。(3)網絡保護環上的節點支持保護預配置功能，當網絡發生故障時不需要使用復雜的信令去配置恢復策略，簡化網絡操作，實現對業務的100%的快速保護與恢復 (< 50ms)。為實現上述網絡保護環的功能特征，本發明提出一種具有支持預連接網絡保護功能的通信網絡節點裝置，通過對該裝置的保護控制邏輯的配置，不僅保護網狀網中保護環上的鏈路，同時也保護環上跨接鏈路。一旦某個跨接鏈路發生失效，則經過該跨接鏈路上的業務快速倒換至預連接網絡保護環上進行傳輸；而當被預連接保護環覆蓋的任意鏈路發生失效時，把業務切換到保護圈的另外一側進行傳輸。如圖5所示，為本發明提供的通信網絡節點裝置連接圖，裝置為保護環狀結構，節點裝置包括保護控制邏輯模塊，線路信號選擇器Mi1和Mi2，線路信號切換開關S1 S4, 西向保護環主干鏈路上的保護信號端口和工作信號端口 P1和W1，東向保護環主干鏈路上的保護信號端口和工作信號端口 P1和w2，W3和W4表示保護環南向跨接鏈路的工作信號端口。 本發明的裝置中用的信號脈沖包括線路段告警狀態信號脈沖A1 A4和線路非告警狀態信號脈沖X;~X；。環跨接鏈路可承載2X(d-2)條工作信號，其中d為保護環節點度數。本圖例只給出節點度數d = 3，即環跨接鏈路承載2條工作信號的情況。其中，保護控制邏輯模塊兩端分別與線路信號選擇器^l1和連接；線路信號選擇器^I1和分別與保護信號端口 P1和P2連接；線路信號切換開關S1分別與線路信號選擇器^i2和工作信號端口 W1連接；線路信號切換開關&分別與線路信號選擇器^l1 和工作信號端口 W2連接；線路信號切換開關&分別與線路信號選擇器和工作信號端口 W3連接；線路信號切換開關、分別與線路信號選擇器^l1和工作信號端口 W4連接。本發明提供的電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置的實現方法包括A、在保護環無故障的情況下，保護環上節點兩側的主干鏈路保護信號保持正常連通狀態，完成保護信號端口 P1到保護信號端口 P2通信；B、當保護環西向主干鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W1失效，線路信號切換開關S1由A1狀態切換至X；狀態，并通過線路信號選擇器連接至東向線路保護信號端口 P2，完成工作信號端口 W1到保護信號端口 P1的保護倒換過程；C、當保護環東向主干鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W2失效，線路信號切換開關&由A2狀態切換至X；狀態，并通過線路信號選擇器Sel1連接至西向線路保護端口 P1，完成工作信號端口 W2到保護信號端口 P2的保護倒換過程；或D、當保護環南向跨接鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W3和W4失效，線路信號切換開關&由A3狀態切換至X；狀態，同時，線路信號切換開關、由^狀態切換至X； 狀態，并分別通過線路信號選擇器Sel1和分別連接至線路保護信號端口 P1和P2,同時完成工作信號端口 W3到保護信號端口 P2及工作信號端口 W4到保護信號端口 P1的保護倒換過程；當W3或W4單獨失效的情況，則由對應的線路非告警狀態信號X；或X；分別觸發完成工作信號端口 W3到保護信號端口 P2或工作信號端口 W4到保護信號端口 P1的保護倒換過程。下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。實施例本發明的預連接通信網絡節點裝置及其實現方法，在鏈路失效情況下，只需本地節點參與保護倒換過程，因此具有較快的恢復速度。當網絡的鏈路發生故障時，該故障鏈路兩側節點檢測到網絡故障后，通過本發明提出的網絡保護節點裝置，直接將業務倒換到預連接網絡保護環上，業務將沿著該故障鏈路兩端節點之間的預置保護環傳輸，從而使業務避開了網絡故障，實現了快速網絡保護。圖6和圖7分別表示主干鏈路失效和跨環鏈路失效兩種故障場景下的保護倒換實現過程。如圖6所示，A-B-C-D-E為預設置的網絡保護環，其中鏈路A-C為跨接鏈路。正常工作時，業務工作路徑為A-B-C-D，如圖6(a)所示；當網絡保護環主干鏈路B-C發生故障或失效后，節點B和節點C檢測到失效告警信號，通過網絡節點保護裝置，立即將該鏈路上的失效業務倒換到保護環B-A-E-D-C上，從而對故障進行快速的保護恢復，如圖6 (b)所示。如圖7所示，A-B-C-D-E為預設置的網絡保護環，其中鏈路A-C為跨接鏈路。正常工作時，業務工作路徑為A-C-D，如圖7(a)所示；當網絡保護環跨接鏈路A-C發生故障或失效后，跨接段兩側節點A和節點C檢測到失效告警信號，通過網絡節點保護裝置，立即將該跨接鏈路A-C上的失效業務倒換到預先設置恢復路徑A-B-C上，或者倒換另一條恢復路徑 A-E-D-C上，從而對故障進行快速的保護恢復，如圖7(b)所示。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本申請的技術方案而非對其保護范圍的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解本領域技術人員閱讀本申請后依然可對申請的具體實施方式
進行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請待批的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置，其特征在于，所述裝置為保護環狀結構，包括保護控制邏輯模塊、線路信號選擇器Mi1和Mi2、線路信號切換開關S1 、、保護信號端口 P1和P2以及工作信號端口 W1 W4 ；所述保護控制邏輯模塊兩端分別與所述線路信號選擇器^l1和連接；所述線路信號選擇器^I1和分別與所述保護信號端口 P1和P2連接；所述線路信號切換開關S1分別與線路信號選擇器和工作信號端口 W1連接；所述線路信號切換開關&分別與線路信號選擇器Mi1和工作信號端口 W2連接；所述線路信號切換開關&分別與線路信號選擇器和工作信號端口 W3連接；所述線路信號切換開關、分別與線路信號選擇器^5I1和工作信號端口 W4連接；所述裝置用的信號脈沖包括線路告警狀態信號脈沖A1 A4和線路非告警狀態信號脈沖 。
2.如權利要求1所述的電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置，其特征在于，所述保護信號端口 P1和工作信號端口 W1以及所述保護信號端口 P2和工作信號端口 W2表示保護環主干鏈路相互對立的方向設置的兩個信號端口 ；所述工作信號端口化和^表示與所述兩個信號端口連線一側的垂直方向上設置的保護環跨接鏈路的信號端口。
3.一種電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置的實現方法，其特征在于，所述方法包括Α、在保護環無故障的情況下，保護環上節點兩側的主干鏈路保護信號保持正常連通狀態，完成所述保護信號端口 P1到所述保護信號端口 P2通信；B、當保護環相互對立的方向一側主干鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口W1失效，所述線路信號切換開關S1由A1狀態切換至X；狀態，并通過線路信號選擇器連接至東向線路保護信號端口 P2，完成工作信號端口 W1到保護信號端口 P1的保護倒換過程；C、當保護環相互對立的方向的另一側主干鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W2失效，所述線路信號切換開關&由A2狀態切換至X；狀態，并通過線路信號選擇器Sel1連接至西向線路保護端口 P1，完成工作信號端口 W2到保護信號端口 P2的保護倒換過程；或D、當保護環與所述兩個信號端口連線一側的垂直方向上跨接鏈路發生故障時，導致該鏈路工作信號端口 W3和W4失效，所述線路信號切換開關&由A3狀態切換至X；狀態，同時， 所述線路信號切換開關、由~狀態切換至X；狀態，并分別通過線路信號選擇器Mljnkl2 分別連接至線路保護信號端口 P1和P2,同時完成工作信號端口 W3到保護信號端口 P2及工作信號端口 W4到保護信號端口 P1的保護倒換過程；當W3或W4單獨失效的情況，則由對應的線路非告警狀態信號X；或X；分別觸發完成工作信號端口 W3到保護信號端口 P2或工作信號端口 W4到保護信號端口 P1的保護倒換過程。
全文摘要
本發明涉及電力系統廣域保護的通信網絡節點裝置及其實現方法，該方法可在鏈路失效情況下，只需本地節點參與保護倒換過程，因此具有較快的恢復速度；當網絡的鏈路發生故障時，該故障鏈路兩側節點檢測到網絡故障后，通過本發明提出的通信網絡節點裝置，直接將業務倒換到預連接網絡保護環上，業務將沿著該故障鏈路兩端節點之間的預置保護環傳輸，從而使業務避開了網絡故障，實現了快速網絡保護。
文檔編號H04L12/437GK102291255SQ20111020729
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月22日 優先權日2011年7月22日
發明者盧利峰, 周靜, 陳希, 高希 申請人:中國電力科學研究院