羅榮芳

【摘 要】本文通過對電力系統(tǒng)一系列的描述，并提出了針對發(fā)電企業(yè)繼電保護專業(yè)的、基于通用的“IEC61970”標準的CM模型來建模的全過程軟件應(yīng)用系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】繼電保護；信息化；標準化

1.系統(tǒng)功能設(shè)計

在充分調(diào)研了本單位繼電保護專業(yè)業(yè)務(wù)工作的基礎(chǔ)上，提出了如下系統(tǒng)功能要求：

（1）系統(tǒng)以圖形化建模為基礎(chǔ)，以B/S為系統(tǒng)架構(gòu)方式，實現(xiàn)可視化故障計算、整定計算。包括設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立、維護以及在此基礎(chǔ)上的設(shè)備各種屬性和連接情況動態(tài)、便捷地查詢和維護。

（2）實現(xiàn)圖形化以設(shè)備為核心的設(shè)備定值單管理流程，建立完整的定值單建立、審核、下發(fā)、簽收、執(zhí)行、回執(zhí)等規(guī)范的、流程化的閉環(huán)管理模式。

（3）實現(xiàn)圖形化的以設(shè)備為核心的設(shè)備缺陷管理流程，建立完整的設(shè)備缺陷申報、審批、處理、回執(zhí)、驗收等規(guī)范的、流程化的閉環(huán)管理模式。

（4）實現(xiàn)圖形化的以設(shè)備為核心的設(shè)備校驗、反措、設(shè)備運行情況統(tǒng)計報表等一系列規(guī)范化、流程化的管理模式。

（5）同時對設(shè)備的各種圖紙、資料以及在管理流程中生成的文檔進行集中、統(tǒng)一、有效的管理，形成一套相對獨立的圖紙管理系統(tǒng)。

（6）與設(shè)備相關(guān)的其他管理環(huán)節(jié)也可以納入到這個統(tǒng)一的平臺里。

2.技術(shù)實現(xiàn)

2.1 C/S和B/S相結(jié)合的混合模式

繼電保護全過程管理系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的混合模式，C/S客戶端負責(zé)電網(wǎng)圖形建模、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、組織結(jié)構(gòu)管理和權(quán)限維護，而其他應(yīng)用是基于B/S客戶端。系統(tǒng)基于net框架，C/S部分采用C#開發(fā)；B/S部分采用aspnet開發(fā)。

2.2基于IEC61970建模，實現(xiàn)圖形、數(shù)據(jù)、模型一體化

IEC61970中的公共信息模型是一個抽象模型，它描述電力企業(yè)的所有主要對象，特別是那些與電力運行有關(guān)的對象。通過提供一種用對象類和屬性及它們之間的關(guān)系來表示電力系統(tǒng)資源的標準方法，用以實現(xiàn)不同獨立開發(fā)的管理系統(tǒng)之間的集成。基于CM的公共語言（即語法和語義），使得這些應(yīng)用或系統(tǒng)能夠不依賴于信息的內(nèi)部表示而訪問公共數(shù)據(jù)和交換信息。

CM模型作為通用的國際標準，在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，許多系統(tǒng)已經(jīng)遵循CM標準，如：EMS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、調(diào)度管理系統(tǒng)。因此，遵循CM標準，為更好地與其他系統(tǒng)進行信息交換和應(yīng)用集成建立基礎(chǔ)。

2.3系統(tǒng)的多層體系架構(gòu)

系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和表現(xiàn)層。

2.3.1數(shù)據(jù)層

繼電保護全過程管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層包含保護專業(yè)應(yīng)用的業(yè)務(wù)模型和實例數(shù)據(jù)，該部分數(shù)據(jù)主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺管理維護，但其中部分數(shù)據(jù)，如設(shè)備臺帳信息等，也被圖形應(yīng)用平臺共享和復(fù)用；系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層還包含圖形數(shù)據(jù)，此部分數(shù)據(jù)主要由圖形應(yīng)用系統(tǒng)管理維護。數(shù)據(jù)層的總體設(shè)計原則是：模型統(tǒng)一，數(shù)據(jù)唯一，盡可能避免數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，降低數(shù)據(jù)維護工作量和復(fù)雜度。

2.3.2服務(wù)層

繼電保護全過程管理系統(tǒng)的服務(wù)層主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)和圖形應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)成，采用面向服務(wù)架構(gòu)為表現(xiàn)層或第三方系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)應(yīng)用和圖形應(yīng)用服務(wù)。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)包含故障計算服務(wù)、定值整定服務(wù)、仿真計算服務(wù)、任務(wù)調(diào)度服務(wù)、消息服務(wù)、工作流服務(wù)、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)服務(wù)、報表服務(wù)、虛擬文件服務(wù)等；圖形應(yīng)用系統(tǒng)包含專題圖服務(wù)、查詢定位服務(wù)、拓撲分析服務(wù)等功能。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和圖形應(yīng)用系統(tǒng)均通過統(tǒng)一應(yīng)用平臺中的通用數(shù)據(jù)訪問組件與底層數(shù)據(jù)庫進行交互。

2.3.3表現(xiàn)層

繼電保護全過程管理系統(tǒng)的表現(xiàn)層分為C/S和B/S模式。C/S客戶端主要由系統(tǒng)管理員和專職人員使用，基于統(tǒng)一的客戶端框架，可實現(xiàn)電網(wǎng)圖形編輯、基本數(shù)據(jù)維護和組織結(jié)構(gòu)及權(quán)限維護等高級應(yīng)用功能。C/S客戶端無需配置數(shù)據(jù)庫軟件，只需初次安裝應(yīng)用平臺客戶端，能以HTTP通信方式訪問遠程應(yīng)用服務(wù)，并可自動升級。B/S客戶端為最終用戶提供了日常工作中表單填寫、流程處理、統(tǒng)計查詢、圖形瀏覽等界面，可實現(xiàn)絕大多數(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用功能。

用戶第一次運行時，從服務(wù)器上下載用于圖形顯示的繪圖機ActiveX組件。系統(tǒng)的客戶端運行于Windows操作系統(tǒng)，瀏覽器采用IE6及以上版本。

2.4部署模式

在邏輯上，雖然部署了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Web服務(wù)器、圖形服務(wù)器，物理上可通過一個服務(wù)器實現(xiàn)。除了面向本單位繼電保護人員及其他相關(guān)部門應(yīng)用的客戶端外，還可通過路由器供上級管理部門登錄查詢了解相關(guān)信息。

3.關(guān)鍵技術(shù)

繼電保護整定計算是本系統(tǒng)的核心功能和技術(shù)難點，本文采用了如下技術(shù)路線。

3.1數(shù)學(xué)模型的自動生成

單位電氣接線通過圖形建模環(huán)境建立后，軟件將各電氣元件抽象為支路和節(jié)點，自動進行拓撲分析，并對支路及其節(jié)點編號，生成支路節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣。這種方法使得數(shù)學(xué)模型與應(yīng)用模型自適應(yīng)，而且用戶無須具備電力系統(tǒng)分析知識，對應(yīng)用人員沒有特殊要求。

3.2故障分析

軟件根據(jù)應(yīng)用場合采用了多種分析方法，大多數(shù)情況下采用了成熟節(jié)點阻抗法進行計算，個別情況應(yīng)用節(jié)點導(dǎo)納法并輔之以稀疏法，建立了一個通用的功能強大的故障分析平臺?？稍诟鞣N運行方式下對電網(wǎng)內(nèi)各種位置、各種類型的故障繼續(xù)計算，輸出的計算量包括故障點和全網(wǎng)各支路的電氣量，電氣量的類型包括全電壓、全電流、序分量等。還可計算輸出全網(wǎng)各母線的等值阻抗。

3.3整定計算

繼電保護的特點是種類繁雜，所采用的原理多種多樣，而且低壓系統(tǒng)保護的型號眾多，更新?lián)Q代的周期較短。為了適應(yīng)這些情況，本文采用了“專家系統(tǒng)”的技術(shù)。

首先創(chuàng)建了一個通用的繼電保護知識表示體系，按照保護屏、裝置、CPU、保護功能、定值項、整定原則、整定公式、變量的層次來描述繼電保護。對于任何一個特點型號的保護裝置，均可按上述體系建立其模型，并對每一個層次進行描述、定義，其中對整定原則、整定公式、變量的規(guī)則維護即是專家知識的體現(xiàn)。

在此基礎(chǔ)上，整定計算根據(jù)保護的配置以及必要的啟發(fā)信息，自動調(diào)用專家知識，推理得到保護裝置的定值。

4.系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)開發(fā)完成后，在本單位進行了應(yīng)用。某公司有自備發(fā)電機組12臺，經(jīng)升壓后接入110kV變電站，110kV升壓站7座，110kV線路23條。首先根據(jù)本單位的實際情況建立了電網(wǎng)的一次電氣模型和保護二次模型；利用軟件提供的故障分析功能對全網(wǎng)各母線處的短路故障進行了計算和校驗，結(jié)果與人工方法計算的結(jié)果吻合，全網(wǎng)各母線等值阻抗計算結(jié)果也與以往全部一致；繼電保護裝置管理和定值單管理，符合現(xiàn)場實際。系統(tǒng)對繼電保護專業(yè)的利用系統(tǒng)提供的整定計算功能對全網(wǎng)主設(shè)備保護和廠用電保護全部進行了整定計算，形成的計算書過程詳盡，結(jié)果正確。總而言之，系統(tǒng)的功能覆蓋了電網(wǎng)繼電保護專業(yè)的全過程應(yīng)用。

5.結(jié)論

系統(tǒng)采用通用的EC61970CM模型建立電網(wǎng)電氣模型，更好地與其他系統(tǒng)進行信息交換和應(yīng)用集成建立基礎(chǔ)，不會形成“孤島”現(xiàn)象。

系統(tǒng)針對繼電保護的全過程應(yīng)用設(shè)計，既包含了常規(guī)MIS的信息管理，又實現(xiàn)了繼電保護專業(yè)的高級應(yīng)用，有力地支撐了繼電保護工作。提高現(xiàn)場繼電保護專業(yè)整定計算工作和管理工作的自動化水平，改善了繼電保護專業(yè)工作的局面，提高繼電保護專業(yè)整定計算工作的準確性、快速性，推動新技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，適應(yīng)電力系統(tǒng)當(dāng)前數(shù)字化、信息化建設(shè)的要求。同時反映出我國通信技術(shù)發(fā)展得突飛猛進。 [科]

【參考文獻】

[1]徐馳.繼電保護設(shè)備管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2004.

[2]宋福海，黃巍，卓枕警.繼電保護故障信息系統(tǒng)的實用化建設(shè)[J].福建電力與電工，2008.