忽浩然，張孜銘，湯偉，李雪明

（1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司調(diào)度控制中心，安徽合肥 230022；2.南瑞集團(tuán)公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院），江蘇南京 211106）

隨著電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置在電網(wǎng)中的大量應(yīng)用，穩(wěn)控裝置已成為電網(wǎng)安全運(yùn)行不可或缺的重要設(shè)備。為了便于對(duì)大量穩(wěn)控裝置的運(yùn)行管理，各網(wǎng)省公司都建設(shè)了與（energy management system，EMS）系統(tǒng)一體化的穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)（stabilitycontrol centralized management system，SCMS）功能，初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)穩(wěn)控裝置運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)方監(jiān)視、裝置定值的定時(shí)比對(duì)、動(dòng)作報(bào)告的實(shí)時(shí)上傳等功能，提升了對(duì)穩(wěn)控裝置的運(yùn)行管理水平[1-2]。隨著應(yīng)用的進(jìn)一步深入，在D5000等EMS系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用中，逐步開(kāi)展了對(duì)穩(wěn)控當(dāng)值控制策略的在線實(shí)時(shí)校核和預(yù)警功能的開(kāi)發(fā)工作[3-4]，通過(guò)實(shí)時(shí)的對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式下穩(wěn)控策略進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和評(píng)估，對(duì)提高穩(wěn)控裝置的當(dāng)值控制策略對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)性、及時(shí)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定裝置控制量的不足具有重要意義[5-6]。

EMS系統(tǒng)對(duì)安控策略的在線分析和評(píng)估，依賴(lài)于穩(wěn)控裝置的離線策略。目前，穩(wěn)控裝置的離線策略庫(kù)普遍采用手動(dòng)維護(hù)的方式進(jìn)行，即先在EMS中根據(jù)穩(wěn)控裝置的全部控制策略，手動(dòng)生成包含控制策略表格式描述和定值描述的CIM/E格式離線策略描述文件。EMS中在線實(shí)時(shí)校核和預(yù)警軟件，再根據(jù)此描述文件和當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行方式對(duì)穩(wěn)控裝置的當(dāng)值運(yùn)行控制策略進(jìn)行校核和分析。這種方法對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)穩(wěn)控裝置當(dāng)值策略的不足起到了十分重要的作用。但同時(shí)也存在2個(gè)問(wèn)題：第一，由于穩(wěn)控裝置的控制策略是根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行定制化研制的，一旦電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生變化，導(dǎo)致穩(wěn)控裝置的邏輯程序被修改后，需要手動(dòng)更新EMS系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的裝置離線策略文件；第二，隨著電網(wǎng)運(yùn)行方式或季節(jié)的變化，一旦調(diào)整穩(wěn)控裝置內(nèi)控制策略表中的定值，就需要手動(dòng)更新EMS系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的裝置離線策略文件。當(dāng)穩(wěn)控系統(tǒng)的裝置數(shù)量較少時(shí)，手工維護(hù)足以滿足需求。但當(dāng)穩(wěn)控系統(tǒng)中的裝置數(shù)量級(jí)達(dá)到上百套時(shí)（如跨區(qū)電網(wǎng)的系統(tǒng)保護(hù)），一旦進(jìn)行升級(jí)改造，手動(dòng)維護(hù)控制策略的工作量巨大。此外，由于CIM/E格式的離線策略文件的手動(dòng)生成需要極其專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員才能完成，對(duì)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平要求較高，手動(dòng)維護(hù)容易出錯(cuò)。因此，在穩(wěn)控裝置上實(shí)現(xiàn)離線策略文件的源端自動(dòng)生成維護(hù)，再通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳到EMS系統(tǒng)，有著迫切的需求。這樣不僅能提高維護(hù)的效率，有效防止文件出錯(cuò)，還可以提高整個(gè)穩(wěn)控系統(tǒng)離線控制策略文件的實(shí)時(shí)性和可維護(hù)性。

1 離線策略描述

1臺(tái)穩(wěn)控裝置完整的離線策略包含多條相關(guān)或無(wú)關(guān)的離線策略條目[7-9]，每條離線策略可簡(jiǎn)化為3個(gè)部分描述：當(dāng)前狀態(tài)、觸發(fā)條件和輸出結(jié)果。

當(dāng)前狀態(tài)包括裝置自己采集計(jì)算或利用遠(yuǎn)方通信收集的電氣量、開(kāi)入信號(hào)。觸發(fā)條件包括電氣量變化、開(kāi)入信號(hào)變化、故障事件發(fā)生、狀態(tài)持續(xù)時(shí)間等。輸出結(jié)果則包括切負(fù)荷、切機(jī)組、直流調(diào)制以及向站間通道發(fā)送命令報(bào)文等[10-14]。

通過(guò)表格可以將同類(lèi)或關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的離線策略條目組織在1張表格中形成一個(gè)離線策略組，對(duì)裝置的離線策略進(jìn)行清晰的描述。表1—表3分別列舉了常見(jiàn)切機(jī)切負(fù)荷策略表示例。

表1 基于組態(tài)的低頻減載離線策略表Tab.1 Low-frequency load-reducing offline scheme based on configuration

表2 基于斷面的過(guò)載切負(fù)荷離線策略表Tab.2 Overload load-reducing offline scheme based on power section

表3 基于故障的的切機(jī)策略表Tab.3 Generator cutting off offline scheme based on faults

在對(duì)穩(wěn)控裝置離線策略進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，與離線策略相關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)和輸出結(jié)果的數(shù)量是有限多的，兩者組合后受觸發(fā)條件約束、具備工程實(shí)際意義的離線策略數(shù)量也是有限多的。這使得利用機(jī)器識(shí)別代替人工識(shí)別、并生成機(jī)器可以理解的離線穩(wěn)控策略文件具備了理論上的可行性。

由于離線策略相關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)、觸發(fā)條件和輸出結(jié)果的描述，都具備可被機(jī)器識(shí)別的關(guān)鍵詞特征。因此利用程序?qū)@3類(lèi)信息進(jìn)行機(jī)器識(shí)別，再根據(jù)程序內(nèi)設(shè)定的規(guī)則，在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，輸出可供機(jī)器理解的離線策略描述文件在工程實(shí)施上也是可行的。

“源端維護(hù)，全局共享”是進(jìn)行智能電網(wǎng)統(tǒng)一信息建模的重要原則[15]。依據(jù)這一原則，在生成穩(wěn)定控制離線策略文件時(shí)，利用軟件程序在裝置側(cè)按照IEC 61970-301定義的通用管理信息模型（common information model，CIM）生成穩(wěn)定控制離線策略文件。IEC 61970-552 CIM XMLModel Exchange Format（簡(jiǎn)稱(chēng)CIM/XML）是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，電力系統(tǒng)的大多數(shù)應(yīng)用都是基于CIM/XML進(jìn)行離線模型交換的。電網(wǎng)通用模型描述規(guī)范（CIM/E）是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且于2011年10月獲國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)[16]。CIM/E在智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中制定模型交換格式，主要用于在線模型交換[17]。穩(wěn)控裝置的離線策略也采用CIM/E語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行描述，便于統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化，有利于多個(gè)決策輔助系統(tǒng)間的信息共享[18]。

CIM/E是一種標(biāo)記語(yǔ)言格式，具有標(biāo)記語(yǔ)言的基本特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其所形成的實(shí)例數(shù)據(jù)是一種標(biāo)記化的純文本數(shù)據(jù)[19]。基于CIM/E格式，通過(guò)少量的幾個(gè)標(biāo)記符號(hào)和描述語(yǔ)法，就可以簡(jiǎn)潔高效地描述離線策略包含的各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型。而且數(shù)據(jù)量越大，效率越高，同時(shí)更符合人們使用的自然習(xí)慣，計(jì)算機(jī)處理也更簡(jiǎn)單[20]。

圖1給出了一段根據(jù)CIM/E模型建立的離線策略的模型文件示例。建模時(shí)，采用了縱表式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)潔高效的描述了穩(wěn)控裝置的當(dāng)值離線策略。

一個(gè)離線策略描述文件需要至少包含裝置狀態(tài)、判斷條件、控制措施3列信息。每行描述一條完整的離線策略，至少包含狀態(tài)、條件、控制措施3類(lèi)信息。這3類(lèi)信息可以是裝置的原始信息，也可以由多條原始信息的按邏輯關(guān)系組成，通過(guò)“＜”（小于）、“&&”（邏輯與）等邏輯符號(hào)相連。

圖1 CIM/E格式的離線策略文件片段Fig.1 A block of CIM/E based offline stability control scheme

綜上，通過(guò)用E語(yǔ)言描述的離線策略文件可以方便的將穩(wěn)控裝置復(fù)雜的離線策略轉(zhuǎn)化為一條條供程序使用和識(shí)別的程序描述語(yǔ)言。

2 離線策略文件自動(dòng)生成的軟件架構(gòu)

穩(wěn)控裝置中離線策略文件的實(shí)時(shí)自動(dòng)生成，在軟件邏輯上可分為3大模塊，即裝置元數(shù)據(jù)采集、離線策略組數(shù)據(jù)生成、CIM/E模型文件發(fā)布，三者關(guān)系如圖2所示。

2.1 裝置元數(shù)據(jù)采集

軟件首先通過(guò)各類(lèi)通信接口和通信協(xié)議，將穩(wěn)控裝置的遙測(cè)、遙信、定值等信息收集至內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成裝置元數(shù)據(jù)的采集。與裝置間的通信可以采用現(xiàn)有IEC61850、IEC60870-103/104等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約或從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)獲取。

獲得數(shù)據(jù)后，需要將這些原始數(shù)據(jù)暫存?zhèn)溆??？紤]到轉(zhuǎn)換所需的數(shù)據(jù)不需要保存歷史庫(kù)，同時(shí)為了適應(yīng)嵌入式平臺(tái)的內(nèi)存和硬件架構(gòu)，提高讀寫(xiě)訪問(wèn)速度，沒(méi)有選用常見(jiàn)的磁盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)，而是搭建了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)。

當(dāng)緩存的數(shù)據(jù)發(fā)生變化并觸發(fā)離線策略模型的更新條件后，立即對(duì)當(dāng)前緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行封包，生成快照，并發(fā)送至下一個(gè)模塊進(jìn)行識(shí)別和處理。

圖2 離線策略文件的生成流程Fig.2 Offline stability control scheme generating process

2.2 離線策略組的生成

當(dāng)離線策略分析模塊收到數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)來(lái)的處理請(qǐng)求后，需要對(duì)接收到的數(shù)據(jù)快照進(jìn)行解析。

程序采取了基于字符串匹配和基于統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的分詞算法[21]，首先根據(jù)檢測(cè)到的策略關(guān)鍵字，建立裝置可能包含的離線策略列表。其次針對(duì)功能列表中的每一條實(shí)際功能，可以根據(jù)元件名和信息中的關(guān)鍵字的相關(guān)性進(jìn)行歸類(lèi)。將與功能強(qiáng)相關(guān)的遙測(cè)和遙信歸類(lèi)到該條離線策略的當(dāng)前狀態(tài)；將與功能強(qiáng)相關(guān)的變位、事件和定值歸類(lèi)到觸發(fā)條件；將與措施類(lèi)報(bào)文歸類(lèi)到輸出結(jié)果。在內(nèi)存庫(kù)中建立起描述一條離線策略功能所需要的全部信息關(guān)系圖。最后結(jié)合程序中配置的特定策略下的狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系，組合形成離線策略文件策略描述中結(jié)合了狀態(tài)和觸發(fā)條件的策略判斷條件。結(jié)合裝置送出的標(biāo)志位，修改每條策略的狀態(tài)。遍歷所有數(shù)據(jù)后，完成離線策略組的數(shù)據(jù)生成。

2.3 CIM/E模型文件發(fā)布

當(dāng)所有的離線策略組生成完畢后，軟件最后一個(gè)模塊按照CIM/E格式將離線策略條目逐條寫(xiě)入文件，并向與其有連接的主站發(fā)布。

在實(shí)際測(cè)試中，程序從檢測(cè)到穩(wěn)控裝置的數(shù)據(jù)變化，到重新生成新的離線策略文件，其整組周期不超過(guò)1 s。因此離線策略文件反應(yīng)裝置實(shí)際狀態(tài)的實(shí)時(shí)程度，更多的取決于從穩(wěn)控裝置獲取遙測(cè)、遙信等數(shù)據(jù)的周期的長(zhǎng)短，以及向穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)上送該離線策略文件所消耗的時(shí)間。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程背景

安徽在運(yùn)的穩(wěn)控裝置與安徽省調(diào)的原有的SCMS3000穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)以基于IEC-60870-5-103的網(wǎng)絡(luò)103規(guī)約進(jìn)行通信，并把有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給在生產(chǎn)管理3區(qū)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定及控制限額實(shí)時(shí)監(jiān)視和運(yùn)行管理系統(tǒng)，他們之間存在緊密的聯(lián)系，已經(jīng)一直穩(wěn)定運(yùn)行多年。為了在安徽省調(diào)EMS系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)值安控系統(tǒng)的控制策略實(shí)現(xiàn)在線校核和評(píng)估及預(yù)警功能，并能對(duì)CIM/E格式穩(wěn)控離線策略文件進(jìn)行源端自動(dòng)維護(hù)和自動(dòng)更新，需要對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

為了不影響現(xiàn)有生產(chǎn)管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)3區(qū)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定及控制限額實(shí)時(shí)監(jiān)視和運(yùn)行管理系統(tǒng)運(yùn)行，減少直接切換至新穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)運(yùn)行可能帶來(lái)的不確定性，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就提出了將穩(wěn)控裝置同時(shí)接入新舊2套系統(tǒng)，現(xiàn)有的各項(xiàng)業(yè)務(wù)可以平滑切換至基于D5000的新穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)，同時(shí)針對(duì)在運(yùn)穩(wěn)控裝置不支持實(shí)時(shí)上送離線策略文件的實(shí)際情況，提出了在不修改其運(yùn)行程序的情況下，通過(guò)新增加通信規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備使之具備生成、并向新穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)上送離線策略文件功能的需求，同時(shí)也不影響原有系統(tǒng)的功能，如圖3所示。

圖3 經(jīng)轉(zhuǎn)換裝置與雙套EMS系統(tǒng)通信圖Fig.3 Communication diagram to dual EMS via protocol converter

3.2 實(shí)施方法

為了應(yīng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的需求，不改動(dòng)在運(yùn)穩(wěn)控設(shè)備的程序，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套基于嵌入式平臺(tái)的規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置SCS-591。該轉(zhuǎn)換裝置安裝在廠站端，能夠以2種不同的規(guī)約同時(shí)向新舊2套穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)上送遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)。

圖4 至原EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流Fig.4 Dataflow of the former EMS system

圖4顯示了與原穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)通信時(shí)的數(shù)據(jù)流。規(guī)約轉(zhuǎn)換器在收到穩(wěn)控裝置和集中管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包時(shí)直接轉(zhuǎn)發(fā)，不做任何處理。

圖5顯示了與新穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)通信時(shí)的數(shù)據(jù)流。規(guī)約轉(zhuǎn)換器除了完成不同規(guī)約下數(shù)據(jù)的解析、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)外，同時(shí)按照已配置定時(shí)或按照數(shù)據(jù)變位對(duì)離線策略E文件進(jìn)行更新并上送，保證EMS系統(tǒng)中的在線分析和評(píng)估軟件使用的裝置當(dāng)值離線策略始終為最新，提高了實(shí)時(shí)性和可靠性。

圖5 經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換器至新EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流Fig.5 Dataflow via protocol converter to the new EMS system

規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置安裝在廠站端，可以最大程度地降低由于通信的延時(shí)導(dǎo)致的離線策略文件生成的滯后。并且該設(shè)備在接入調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)時(shí)，可以直接使用已經(jīng)開(kāi)通的IP和端口，無(wú)需重新分配，不額外占用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的IP資源，最大程度地減小了從舊穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)向新穩(wěn)控集中管理系統(tǒng)遷移及整合過(guò)程中，系統(tǒng)遷移和整合操作對(duì)在運(yùn)穩(wěn)控裝置和在運(yùn)集中管理系統(tǒng)的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)的離線策略進(jìn)行在線校核是提高在運(yùn)穩(wěn)控系統(tǒng)當(dāng)值策略可靠運(yùn)行的有效手段，該功能的正確預(yù)警依賴(lài)于穩(wěn)控裝置提供的CIM/E格式的離線策略文件。通過(guò)在裝置側(cè)利用程序生成CIM/E格式的離線策略文件，大大減小了人工編輯離線策略文件的滯后性，可以更加及時(shí)準(zhǔn)確地反映穩(wěn)控裝置的實(shí)際狀態(tài)，使在線校核和預(yù)警軟件能夠更好地為調(diào)度運(yùn)行提供決策支持。在站端部署規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，可以減少數(shù)據(jù)采集中的延時(shí)，減少離線策略文件生成的滯后，實(shí)現(xiàn)源端自動(dòng)維護(hù)和上送，提高了穩(wěn)控策略校核的實(shí)時(shí)性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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