李橋

(四川省電力公司自貢自流井供電局，四川 自貢 643000)

目前，電力系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)故障信息子站系統(tǒng)雙機(jī)的切換要求越來越高，不僅要求保護(hù)故障信息子站系統(tǒng)在其中每臺(tái)出現(xiàn)問題故障時(shí)能做到雙機(jī)切換，而且需要在切換過程中保證數(shù)據(jù)的安全、完整、可靠性必須完全正確。電子系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化（SCADA/EMS）系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)在目前已經(jīng)非常完善，電力網(wǎng)絡(luò)一次系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、管理、分析的自動(dòng)化水平也已經(jīng)得到了卓越的發(fā)展和進(jìn)步。

根據(jù)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的本身特點(diǎn)，且電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)應(yīng)該具備層次化的結(jié)構(gòu)特性，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括有：監(jiān)控管理中心主站系統(tǒng)；置于變電站內(nèi)的子站系統(tǒng)；保護(hù)、錄波器等二次裝置。顧及到大量保護(hù)及錄波器等二次裝配的復(fù)雜及多樣性，在變電站內(nèi)設(shè)置了繼電保護(hù)與故障信息子站系統(tǒng)（又稱為PRFIS 子站系統(tǒng)）將是PRFIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成功的關(guān)鍵。并且根據(jù)IEC 61850 等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、采用OMG分布式系統(tǒng)和CORBA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高性能的PRFIS 子站系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

作為構(gòu)成繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)的變電站層子站系統(tǒng)的PRFIS 子站系統(tǒng)，它主要設(shè)計(jì)的目標(biāo)可以概括為：

1、數(shù)據(jù)匯集與轉(zhuǎn)發(fā)；實(shí)現(xiàn)主站與二次設(shè)備之間的有效數(shù)據(jù)通信是在二次設(shè)備與PRFIS 子站系統(tǒng)互聯(lián)的“通信網(wǎng)關(guān)”下在節(jié)省通信資源及減小通信的前提下進(jìn)行的。

2、數(shù)據(jù)的緩沖：內(nèi)部配有小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的緩沖處理，從而增強(qiáng)整個(gè)PRFIS系統(tǒng)的安全可靠性。

3、數(shù)據(jù)預(yù)備處理：信息的預(yù)處理部分可以實(shí)現(xiàn)，比如信息過濾等等。既可以減輕主系統(tǒng)的壓力，又可以提高處理數(shù)據(jù)的效率。

4、多樣性設(shè)備的阻擋，整個(gè)PRFIS系統(tǒng)的可維護(hù)和可擴(kuò)張性的提高：PRFIS 子系統(tǒng)可以連接“即插即用”式的不同廠家及型號(hào)的二次設(shè)備的通訊規(guī)約庫，可以對(duì)主站阻擋連接多樣性的二次設(shè)備，確而保證整個(gè)PRFIS系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)張性和開放性。

5、遠(yuǎn)程維護(hù)：在授權(quán)充分的條件下遠(yuǎn)程維護(hù)就如身臨在現(xiàn)場，特別對(duì)于沒有值班人員時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)及管理帶來了極大的方便。

6、對(duì)時(shí)：二次裝置的時(shí)鐘源需要具備硬對(duì)時(shí)與軟對(duì)時(shí)的功能。

7、具有自檢能力的子站系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生自檢報(bào)告，向主站系統(tǒng)上報(bào)。

8、強(qiáng)大的就地功能。用戶可以使用便攜式計(jì)算機(jī)、子站后臺(tái)及站內(nèi)監(jiān)控后臺(tái)等方式使用維護(hù)接口及維護(hù)軟件的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。子站系統(tǒng)可以安裝任何工具軟件以實(shí)現(xiàn)對(duì)子站系統(tǒng)的管理。

二、硬件平臺(tái)

采用目前最先進(jìn)的嵌入式硬件系統(tǒng)的思想設(shè)計(jì)的PRFIS 子站系統(tǒng)主機(jī)硬件系統(tǒng)，全部的硬件系統(tǒng)不僅小巧，并且可靠及耐用。模塊化和分層分布式是嵌入式子站管理機(jī)采用的結(jié)構(gòu)，裝置是由多個(gè)智能模塊組成，模塊類型主要有主管模塊、交換機(jī)模塊和裝置接入模塊、I/O 模塊、電源模塊、GPS對(duì)時(shí)模塊、等。各個(gè)智能模塊之間通過高速背板總線交換著數(shù)據(jù)，不僅僅每個(gè)智能模塊間可以自由的正常工作，其它模塊之間也可以充分的相互配合。PRFIS 子站系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：

1、主機(jī)裝置化，只有2U 高度的整個(gè)系統(tǒng)，有典型的裝置化特點(diǎn)。尺寸的要求符合機(jī)柜的要求，可直接安裝在機(jī)柜上。2、功耗低。全部裝置消耗不超過15W，無需任何散熱設(shè)施。3、可以連接鍵盤、顯示器。根據(jù)要求使用標(biāo)準(zhǔn)的顯示器和PS2 鍵盤。4）支持220V交直流電。5）多種通訊方式可兼容。可在通過不同連接方式，通過一個(gè)端口實(shí)現(xiàn)多種通訊方式的兼容，無需任何跳線。6）光電隔離設(shè)計(jì)。運(yùn)用在所以的通信端口，保證PRFIS 子站系統(tǒng)主機(jī)運(yùn)行時(shí)不會(huì)受到外界干擾，同時(shí)芯片也采用了防靜電設(shè)計(jì)，可抵抗高達(dá)1500V的靜電。7）RJ45 接口，既方便又可靠。此接口專業(yè)用在高速以太網(wǎng)連接的接口。8）可擴(kuò)充性?？梢酝ㄟ^裝置本身本身自帶的USB 接口和網(wǎng)口，可連接各種標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展設(shè)置。

三、軟件系統(tǒng)設(shè)置。

軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)平臺(tái)、端口處理線程與“即插即用”、主處理進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、基于IEC61850的CORBA服務(wù)器、PRFIS 子站系統(tǒng)應(yīng)用工具軟件體現(xiàn)。

1、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PRFIS 子站系統(tǒng)關(guān)鍵的軟件結(jié)構(gòu)包括：端口處理線程、主處理進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、事件處理程序、基于IEC61850的CORBA服務(wù)器

2、操作系統(tǒng)平臺(tái)

PRFIS 子站主機(jī)系統(tǒng)采用的是嵌入式操作系統(tǒng)。此系統(tǒng)比現(xiàn)代系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、高效、安全并且易維護(hù)，供給了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，便于遠(yuǎn)程管理。

采用此系統(tǒng)的內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，為故障信息的處理、管理與使用提供了有力保障。

3、端口處理線程與“即插即用”

本線程由主處理進(jìn)程系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，據(jù)存貯在數(shù)據(jù)庫中的信息自動(dòng)啟動(dòng)，一個(gè)通信端口相對(duì)應(yīng)端口處理線程，負(fù)責(zé)處理相應(yīng)端口上所以智能二次設(shè)備的通信程序，端口處理線程會(huì)根據(jù)配置好的信息確定相應(yīng)的通信規(guī)則，并配置相應(yīng)的規(guī)約處理程序。對(duì)應(yīng)的端口處理線程會(huì)處理和全部保護(hù)及錄波器等的二次裝置的通信任務(wù)，支持二次裝置的即插即用是其規(guī)約處理程序的可配置性致使PRFIS子站在軟件體系結(jié)構(gòu)。

4、主處理進(jìn)程

PRFIS 子站軟件系統(tǒng)復(fù)位啟動(dòng)時(shí)的入口程序之一有主處理進(jìn)程，它的功能主義包括了：根據(jù)系統(tǒng)配置信息自動(dòng)啟動(dòng)和管理端口處理線程，分別實(shí)現(xiàn)了各端口處理線程、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、CORBA服務(wù)器、事件處理器之間的異步通信，并且也可作為核心調(diào)度程序?qū)崿F(xiàn)信息中轉(zhuǎn)。

5、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理端口處理線程收集并且處理的數(shù)據(jù)，再由數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一提供訪問與安全管理機(jī)制，方便故障信息的處理和共享。也可經(jīng)過數(shù)據(jù)庫集中的管理產(chǎn)品系統(tǒng)參數(shù)配置，可提高產(chǎn)品的運(yùn)行于維護(hù)的方便。穩(wěn)定、可靠及高效。

6、事件處理程序

若電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，PRFIS 子站系統(tǒng)一方會(huì)自主的搜集關(guān)于設(shè)備的故障信息，另一方面會(huì)將搜集到的信息傳遞到主站系統(tǒng)，形成非常完整事件的處理流程，事件的處理程序是在IEC61580 標(biāo)準(zhǔn)中面向?qū)ο蟮耐ㄓ米冸娬臼录畔⒔Y(jié)構(gòu)定義和通用變電站事件模型設(shè)計(jì)的。

子站系統(tǒng)所連接二次裝置中所產(chǎn)生事件的記錄信息是由事件處理程序負(fù)責(zé)，并轉(zhuǎn)換成為GOOSE 定義的事件信息結(jié)構(gòu)，再采用標(biāo)準(zhǔn)的事件通知服務(wù)技術(shù)，然后服務(wù)接口調(diào)用運(yùn)行于PRFIS 主站系統(tǒng)的時(shí)間通知服務(wù)器的接口任務(wù)，將事件推向主站系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)二次裝置產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息主動(dòng)送上。

四、基于IEC61850的CORBA服務(wù)器

1、關(guān)于 IEC61859

IEC61850 作為變電站通信和系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它的核心內(nèi)容規(guī)范要建立在信息模型上的抽象通信接口服務(wù)的變電系統(tǒng)的信息模型。但是其實(shí)質(zhì)的目的是實(shí)現(xiàn)變電站系統(tǒng)與其他自動(dòng)化系統(tǒng)開放地互聯(lián)及互相操作與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部智能設(shè)備之間開放的信息互操作。IEC61850 所規(guī)定變電站系統(tǒng)的信息模型和抽象通信接口服務(wù)，并且全部采取面向?qū)ο蟮乃枷霕?gòu)思，因此需要經(jīng)過映射處理。

2、OMG分布式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與CORBA技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)化硬件環(huán)境是PRFIS 子站的軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但是應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下也是需要分散的。因而組成全部軟件系統(tǒng)的各個(gè)組成部分分別運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的，并且能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行。分布式系統(tǒng)可以使用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算器資源得到充分有效的運(yùn)用，但其就像本系統(tǒng)開發(fā)的背景一樣，通常具有不同的硬件平臺(tái)及操作系統(tǒng)，因此在這些分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，采取傳統(tǒng)軟件思想開發(fā)分布式系統(tǒng)非常困難且易于出錯(cuò)，并且會(huì)不可避免的重復(fù)工作。

CORBA是種國際標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，只有根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所有廠家采用任何語言開發(fā)的都能實(shí)現(xiàn)交互操作（運(yùn)用對(duì)象組件）。

3、IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)是由IEC61850 模型映射到CORBA服務(wù)器要以CORBA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，需要做到以下工作：1）面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ褪菍?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信息模型映射成的。2）將ACSI 映射成CORBA服務(wù)器接口考慮到現(xiàn)場二次裝置的復(fù)雜性和多樣性，PRFIS 子站的CORBA服務(wù)器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了ACSI 以外的多接口，以支持過渡性的系統(tǒng)構(gòu)造方案。

五、系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)用某變電站，站內(nèi)保護(hù)的設(shè)備及故障錄波器設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接入到了該系統(tǒng)。在本身有的的網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將保護(hù)設(shè)備與故障錄波器設(shè)備統(tǒng)一接連至PRFIS子站系統(tǒng)，通過光纖網(wǎng)絡(luò)送到局端，可實(shí)現(xiàn)局端對(duì)站設(shè)備的管理維護(hù)，運(yùn)行表明了系統(tǒng)具有以下功能特點(diǎn)：

1）在電力系統(tǒng)運(yùn)行及故障的情況下全部都能夠按真實(shí)情況反映、記錄數(shù)據(jù)并且告警系統(tǒng)的相關(guān)信息，包含了電網(wǎng)運(yùn)行的參考數(shù)據(jù)、設(shè)備通訊的狀況、保護(hù)壓板投切、開關(guān)動(dòng)作、定值區(qū)切換、故障錄波、保護(hù)動(dòng)作等。

2）系統(tǒng)供給了簡單并且直接的查詢方法，可以對(duì)保護(hù)設(shè)備、故障錄波設(shè)備進(jìn)行管理，同時(shí)提供對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行信息的快速有效的查詢。

3）根據(jù)需定義各個(gè)層次的用戶操作權(quán)限，權(quán)限定義可與設(shè)備相關(guān)聯(lián)，用戶登錄、注銷及操作在系統(tǒng)中都有記錄，可預(yù)備查詢。

小結(jié)

系統(tǒng)根據(jù)IEC61850 等其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并且采用CORBA技術(shù)映射其抽象通信服務(wù)接口。系統(tǒng)采取層次化的體系結(jié)構(gòu)，可以與任何廠家、型號(hào)的保護(hù)等二次設(shè)備的"即插即用"。系統(tǒng)采用了嵌入式軟、硬件平臺(tái)技術(shù)，安全、可靠、耐用、支持通用、標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件產(chǎn)品配套，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)先進(jìn)、功能完善實(shí)用、具有良好的可維護(hù)性、擴(kuò)充性及開放性。

隨著電網(wǎng)迅速的發(fā)展，保護(hù)死區(qū)問題造成的危害愈來愈大，所以，希望引起電網(wǎng)管理部門的重視，及時(shí)采取防范的措施。

[1] 陳玉，劉成林.繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)雙機(jī)互備的方案和應(yīng)用 [D].電力系統(tǒng)通信，2011（230）.

[2] 陳澤青，吳廣寧，李延，馬珩毅.嵌入式繼電保護(hù)故障信息處理系統(tǒng)子站管理機(jī)的設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010（20）.

[3] 王振樹，張波，孟昭勇.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障信息子站系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)[J]繼電器，2006（7）.