黃學(xué)慶 夏友斌 潘文虎 蘇志朋 宋銘敏

分布式電網(wǎng)二次設(shè)備管控平臺的研究

黃學(xué)慶 夏友斌 潘文虎 蘇志朋 宋銘敏

（國網(wǎng)蕪湖供電公司，安徽蕪湖 241000）

針對目前電力系統(tǒng)二次設(shè)備存在無法管控的問題，本文提出一套新型分布式電網(wǎng)二次設(shè)備管控平臺，通過部署在機(jī)房和變電站內(nèi)的監(jiān)控、代理服務(wù)器，實現(xiàn)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和變電站二次設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)測和管控。平臺采用分布式架構(gòu)，關(guān)鍵節(jié)點離線后，系統(tǒng)可解列獨立運行。該平臺基于Liunx系統(tǒng)及B/S架構(gòu)，并通過SNMP技術(shù)獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼霸O(shè)備狀態(tài)，以此提供智能告警功能，支持告警定制，滿足各種業(yè)務(wù)需求，具有可靠、安全、高效的特點。

二次設(shè)備；SNMP；交換機(jī)；調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)二次設(shè)備的數(shù)量成倍增加，其突發(fā)故障次數(shù)也成規(guī)模增加，給自動化人員的消缺工作帶來極大的壓力[1]。因此，如何及時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，加強(qiáng)二次設(shè)備運行的可靠性，由被動應(yīng)急搶修的傳統(tǒng)模式向提前發(fā)現(xiàn)隱患的主動模式轉(zhuǎn)變，對于提高電網(wǎng)安全運行具有重要的現(xiàn)實意義。

現(xiàn)代自動化技術(shù)的發(fā)展，尤其是通信技術(shù)的成熟和計算機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用，給電網(wǎng)自動化運維帶來新的機(jī)遇。通過采用遠(yuǎn)程在線檢測手段[2]，自動化人員可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備局部結(jié)構(gòu)或部件隱患，進(jìn)而開展檢修或管控，從源頭上降低設(shè)備故障的可能性[3]。

1 二次設(shè)備監(jiān)控業(yè)務(wù)需求

目前，電力系統(tǒng)中生產(chǎn)控制大區(qū)的內(nèi)的二次設(shè)備可分為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備和變電站二次設(shè)備兩部分。蕪湖地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)共109個節(jié)點，約500臺設(shè)備。目前僅由一臺網(wǎng)管機(jī)管理所有的路由器，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，節(jié)點拓?fù)湔故荆δ茌^為單一。需登錄后方可查看該路由器運行狀態(tài)，而其他調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備目前處于無管理狀態(tài)。

變電站二次設(shè)備管理僅能監(jiān)控到其自身發(fā)出的“裝置異?！?、“裝置告警”、“裝置閉鎖”3種硬接點信號，對裝置的運行狀況、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等信息完全不知。隨著二次設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，裝置本身已提供了自身設(shè)備信息數(shù)據(jù)接口，如IEC 628150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測控的裝置描述信息，目前尚未接入監(jiān)控范圍。

變電站二次設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸、交換主要依賴于網(wǎng)絡(luò)，智能變電站中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又分為站控層、間隔層、過程層3層網(wǎng)絡(luò)，實時、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)已成為智能變電站的重要支撐。但目前變電站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)尚無法監(jiān)控，僅當(dāng)發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備失去監(jiān)控時方可發(fā)現(xiàn)故障。且部分網(wǎng)絡(luò)故障隱秘性較高，極端情況下可能造成大規(guī)模電力事故。

2 實施方案

2.1 總體方案

本文設(shè)計一套新型生產(chǎn)大區(qū)二次設(shè)備管控平臺，可實現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)所有設(shè)備的運行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒘髁糠治龅葼顟B(tài)信息的監(jiān)控。該平臺技術(shù)方案包括變電站側(cè)和主站側(cè)兩部分，結(jié)構(gòu)如圖1所示。各變電站內(nèi)架設(shè)一臺代理服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)控站內(nèi)二次設(shè)備，主站機(jī)房架設(shè)一臺監(jiān)控服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)控調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)I區(qū)設(shè)備，同時接受各變電站代理服務(wù)器上傳的站內(nèi)設(shè)備信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、故障研判、告警通知等高級功能。

圖1 二次設(shè)備管控平臺實施方案

平臺監(jiān)控的設(shè)備具體信息見表1。其中代理服務(wù)器監(jiān)控變電站內(nèi)站控層交換機(jī)、間隔層交換機(jī)、過程層交換機(jī)、后臺機(jī)、測控裝置、保護(hù)裝置、總控裝置、時間同步裝置等二次設(shè)備運行狀態(tài)，以及站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信息。監(jiān)控服務(wù)器則監(jiān)控路由器、縱向加密裝置、防火墻、I區(qū)實時交換機(jī)及各代理服務(wù)器的相關(guān)設(shè)備信息。代理服務(wù)器和監(jiān)控服務(wù)器的監(jiān)控范圍分界點在實時交換機(jī)和總控之間，同時監(jiān)控服務(wù)器將代理服務(wù)器納入監(jiān)控范圍，實現(xiàn)站內(nèi)二次設(shè)備全覆蓋。表中交換機(jī)同時包括調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和變電站中的交換機(jī)，主機(jī)包括變電站內(nèi)的計算機(jī)，如后臺機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、五防機(jī)等。

表1 二次設(shè)備監(jiān)控信息

主站的監(jiān)控服務(wù)器接入自動化機(jī)房的實時交換機(jī)即可實現(xiàn)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)I區(qū)設(shè)備的監(jiān)控，而變電站的代理服務(wù)器接入則分為常規(guī)站和智能站兩種情況，這是由于兩種變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同造成的。

常規(guī)變電站站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為站控層和間隔層，站內(nèi)二次設(shè)備首先接入間隔層交換機(jī)，所有的間隔層交換機(jī)再接入站控層交換機(jī)。因此，常規(guī)站代理服務(wù)器僅接入站控層交換機(jī)即可實現(xiàn)全站設(shè)備的監(jiān)控。而智能站分為站控層、間隔層、過程層。二次設(shè)備位于間隔層和過程層之間。代理服務(wù)器需要同時接入站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)，方可實現(xiàn)站內(nèi)二次設(shè)備的監(jiān)控。

2.2 分布式架構(gòu)

二次設(shè)備管控平臺的運行采用分布式架構(gòu)，如圖2所示。主站和廠站的管控平臺統(tǒng)一為一套系統(tǒng)，僅運行功能不同，分為主站、廠站兩種運行模式。當(dāng)代理服務(wù)器偵測到監(jiān)控服務(wù)器從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)解列時，會自動觸發(fā)監(jiān)控服務(wù)功能，轉(zhuǎn)為主站模式，從而保證系統(tǒng)繼續(xù)運行。因平臺采用B/S架構(gòu)和短信告警技術(shù)，運行在主站模式下的代理服務(wù)器可繼續(xù)發(fā)送告警信息，同時在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)任一節(jié)點接入工作站通過瀏覽器即可訪問該平臺。

由于管控平臺運行在主站模式下需要處理的數(shù)據(jù)較多，對硬件要求較高，同時考慮到投資成本，因此建議調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚節(jié)點的代理服務(wù)器采用監(jiān)控服務(wù)器配置，接入節(jié)點僅按廠站模式下硬件配置即可。以蕪湖調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)為例，共有220kV通江變、220kV無為變、220kV繁南變、220kV火龍崗變4個匯聚點，此4個變電站應(yīng)配置監(jiān)控服務(wù)器。在地縣一體化調(diào)控模式下，縣公司機(jī)房也相當(dāng)于匯聚點，其代理服務(wù)器模式也應(yīng)配置監(jiān)控服務(wù)器。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 功能架構(gòu)

平臺采用成熟的MVC 3層模式，包括數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、展示層，如圖3所示。數(shù)據(jù)的采集存儲和業(yè)務(wù)程序完全分離，便于系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)。

數(shù)據(jù)層通過SNMP、SSH、TELNET等技術(shù)獲取被監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息，并存儲至數(shù)據(jù)庫中。同時按業(yè)務(wù)需求將相關(guān)數(shù)據(jù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，提供各類數(shù)據(jù)與應(yīng)用接口，為數(shù)據(jù)傳輸與應(yīng)用擴(kuò)展奠定基礎(chǔ)。

業(yè)務(wù)層以對象的方式處理數(shù)據(jù)，形成設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行研判分析，實現(xiàn)對設(shè)備的拓?fù)洹顟B(tài)、性能、資源的監(jiān)測分析。

表現(xiàn)層負(fù)責(zé)系統(tǒng)的人機(jī)交互，將設(shè)備的監(jiān)測情況以圖形、列表的方式展現(xiàn)。并利用業(yè)務(wù)層的分析結(jié)果實現(xiàn)對設(shè)備故障的智能告警。

3.2 Linux操作系統(tǒng)

平臺服務(wù)器系統(tǒng)均采用CentOS 7.3，該系統(tǒng)為Linux操作系統(tǒng)，具有較高的安全性，可連續(xù)不間斷運行，穩(wěn)定性能高。其次，CentOS系統(tǒng)支持多用戶、多任務(wù)、多線程，允許多個用戶、多個程序同時運行，系統(tǒng)響應(yīng)速度快[4]。最后，CentOS系統(tǒng)對硬件要求較低，支持多種平臺。

3.3 B/S結(jié)構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server）結(jié)構(gòu)，是隨著Internet技術(shù)的興起，對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)[5]。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過瀏覽器實現(xiàn)。具有分布性強(qiáng)、維護(hù)方便、開發(fā)簡單且共享性強(qiáng)、總體擁有成本低的特點。平臺采用B/S架構(gòu)，在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通過瀏覽器即可訪問該平臺，拓展了系統(tǒng)適用范圍，使用也比較方便簡單。

3.4 SNMP技術(shù)

SNMP技術(shù)，即簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（simple network management protocol）[6-8]，是基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)，一種在IP網(wǎng)絡(luò)中管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，具備遠(yuǎn)程采集、管理、接受被管理設(shè)備的功能。

在本平臺中，代理、監(jiān)控服務(wù)器通過SNMP技術(shù)采集表1中所列交換機(jī)、測控裝置等二次設(shè)備的狀態(tài)信息，并將采集的信息寫入數(shù)據(jù)庫，其流程如圖4所示。交換機(jī)、路由器對標(biāo)準(zhǔn)MIB庫支持較好，通過SNMP技術(shù)還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)閉端口、設(shè)備軟重啟等功能。

3.5 智能告警

在實現(xiàn)二次設(shè)備監(jiān)測的基礎(chǔ)上，平臺提供智能告警模塊，支持靈活的報警定義，以滿足各種業(yè)務(wù)需求。運維人員可以根據(jù)監(jiān)控需要，定義故障事件的告警是否觸發(fā)報警、發(fā)送給哪個角色或人員以及發(fā)送的時間段等，如圖5所示。

1）告警處理。支持靈活的告警條件組合，對相互之間有關(guān)聯(lián)的事件進(jìn)行分析、過濾、合并，給出重要告警，抑制“告警風(fēng)暴”的發(fā)生。精確判定故障，減少告警的次數(shù)，提高告警的有效性。

2）告警方式。設(shè)置多種報警方式，當(dāng)事故發(fā)生時，不僅以傳統(tǒng)方式畫面推圖通知用戶，還可通過短信、語音、郵件等多種報警方式全面及時的通知用戶。

3）報警應(yīng)急響應(yīng)。可以預(yù)先定義好報警聯(lián)動策略，當(dāng)某種類型的故障產(chǎn)生時，自動的觸發(fā)策略以實現(xiàn)相應(yīng)動作。這個動作可以是啟動或停止進(jìn)程、服務(wù)或業(yè)務(wù)程序，還可以是一個用戶指定的腳本程序，可提供對計算機(jī)操作系統(tǒng)的關(guān)閉、重啟等操作。

4 結(jié)論

本文提出一套新型分布式電網(wǎng)二次設(shè)備管控平臺，該平臺在機(jī)房和變電站部署的監(jiān)控、代理服務(wù)器，采用分布式架構(gòu)、SNMP協(xié)議輪詢采集信息，實現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)二次設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)測和管控功能，并提供設(shè)備告警的智能化管控功能，通過告警等級、告警合并、告警過濾以及告警關(guān)聯(lián)等多種技術(shù)手段，讓系統(tǒng)的管理從被動變?yōu)橹鲃?，有效預(yù)防故障的發(fā)生。

該平臺的現(xiàn)場應(yīng)用可以實現(xiàn)二次設(shè)備的全方位、智能化、大數(shù)據(jù)管控，從而及時解決事故隱患，加強(qiáng)變電站監(jiān)控，提高故障搶修的效率。

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Research on the Distributed Control Platform of Secondary Equipment in Power Grid

Huang Xueqing Xia Youbin Pan Wenhu Su Zhipeng Song Mingmin

(State Grid Wuhu Power Supply Company, Wuhu, Anhui 241000)

A new distributed control platform for secondary equipment in power grid is proposed in this paper to solve the monitoring problem. The monitoring server and proxy server are deployed in the server room and substation respectively, which the operating conditions of secondary equipment in dispatching data network and substation could be monitored and control on the real time. The distributed architecture is adopted in this control platform, when the key node is offline, the system could be disassembled, and run independently. The platform is based on Linux system and B/S architecture, and with SNMP technology the network topology and equipment status could be obtained. The intelligent alarm function is provided in the platform, which support the alarm information customization, and has reliable, safe and efficient features.

secondary equipment; SNMP; switch; dispatching data network

黃學(xué)慶（1954-），男，安徽合肥人，本科，工程師，主要從事變電站監(jiān)控系統(tǒng)、電力系統(tǒng)自動化等技術(shù)研發(fā)工作。