王添樂 李永光 南東亮 劉 冉 韓 偉

基于智能變電站遠(yuǎn)動通信的自動對點調(diào)試系統(tǒng)

王添樂1李永光2南東亮1劉 冉2韓 偉3

（1. 國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院，烏魯木齊 830011； 2. 國網(wǎng)新疆電力有限公司電力調(diào)度控制中心，烏魯木齊 830011； 3. 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，鄭州 450052）

基于遠(yuǎn)動通信框架，采用模塊化思想，以四遙、圖像及告警信息為對象，本文將廠站仿真實驗平臺、調(diào)度主站平臺的功能分成不同的模塊，可直觀體現(xiàn)出自動對點的行為邏輯。其中，每一個模塊獨立開發(fā)且互不干擾，相互之間具有可借鑒性，在很大程度上降低了開發(fā)難度。在校驗檢測中，本文采用循環(huán)冗余算法，其與和校驗法相比略復(fù)雜，但準(zhǔn)確度更高。由此構(gòu)建出一套智能變電站遠(yuǎn)動快速自動對點系統(tǒng)，以保證智能變電站的可靠運行。

智能變電站；自動對點；仿真；校驗算法

0 引言

在智能變電站投運前，要核對變電站設(shè)備實際發(fā)出的信號與調(diào)度端接收到的信號是否一致，找出點表中的錯誤，這就是“遠(yuǎn)動對點”。

當(dāng)前遠(yuǎn)動對點需要耗費大量的人力及時間。對點前，需要明確核對信息并制作點表；對點時，主站與變電站調(diào)試人員電話聯(lián)系，人工校對主站接收數(shù)據(jù)與變電站實際數(shù)據(jù)[1]，變電站調(diào)試人員還需借助調(diào)試工具，操縱開關(guān)、刀開關(guān)的分合和對電壓、電流加量。電話對點不僅費時費力，對點準(zhǔn)確性也難以保障。尤其近幾年新能源廠站快速發(fā)展，每年都有新能源廠站并網(wǎng)的高峰期，電話對點給調(diào)試人員造成了很大的困擾，因而研發(fā)智能變電站自動對點系統(tǒng)具有重要的意義。

1 研究現(xiàn)狀

目前智能變電站自動對點系統(tǒng)的研究仍然處于探索階段。文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了一個自動對點系統(tǒng)，它包含模擬智能變電站運行的仿真系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)三個方面檢驗變電站與調(diào)度之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，但未對系統(tǒng)的工程實踐加以描述。文獻(xiàn)[3-4]側(cè)重對點采樣值的傳輸協(xié)議及采樣延遲研究，提議用IEC—61850—9—2替代FT3。文獻(xiàn)[5]設(shè)計了一套完整的遠(yuǎn)動自動對點系統(tǒng)，包含四遙、告警信號和圖形信息，但仍要人工參與圖形信息的比對。文獻(xiàn)[6]利用事件順序記錄（sequence of event, SOE）的部分時間數(shù)據(jù)作為上送信息所對應(yīng)主站調(diào)控信息點的地址，由遠(yuǎn)動裝置自動匹配信息和地址，再上送至主站觀察時間數(shù)據(jù)和信息地址是否一致，完成信息校核，更偏重于理論研究。

本文基于模塊化設(shè)計，將四遙、告警信號、圖形信息進(jìn)行獨立設(shè)計，互不干擾，最終匯總成一套完整的自動對點系統(tǒng)，致力于高效、準(zhǔn)確地自動對點。

2 自動對點系統(tǒng)

對點信息分為兩類，一類是四遙，另一類是圖形及告警。

2.1 四遙遠(yuǎn)動對點系統(tǒng)

四遙遠(yuǎn)動對點系統(tǒng)如圖1所示，對于仿真平臺的建模，可以借助全站系統(tǒng)配置文件（substation configuration description, SCD）自動構(gòu)建一個滿足測試所需的網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)環(huán)境，確保變電站配置的可 靠性[7]。

圖1 四遙遠(yuǎn)動對點系統(tǒng)

仿真平臺利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（supervi- sory control and data acquisition, SCADA）系統(tǒng)[8]采集變電站實時數(shù)據(jù)，匯集到一臺計算機上，再通過遠(yuǎn)動裝置將數(shù)據(jù)上送[9]。用一臺計算機模擬調(diào)度中心，上送的數(shù)據(jù)將在這里被分析匯總及存儲。最終，利用自動對點平臺自動校對主站及變電站的點表，并將結(jié)果反饋到調(diào)度主站。

1）仿真平臺構(gòu)成及工作過程

四遙仿真平臺如圖2所示，仿真平臺由三部分構(gòu)成：①通信模塊，負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)動裝置建立TCP/IP連接；②報文處理模塊，負(fù)責(zé)獲取、儲存變電站信息并且分析處理；③人機交互界面，負(fù)責(zé)顯示報文信息，方便更好的篩選。對點工作開展時，先是由制造報文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）報文獲取模塊接收變電站站控層的實時信息，再由MMS報文存儲模塊與解析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的備份及分類解析，將解析后的結(jié)果展示在人機交互界面上，對于變電站有效信息，通過通信模塊與遠(yuǎn)動裝置建立的TCP/IP協(xié)議，發(fā)送至主站，完成 上送。

圖2 四遙仿真平臺

當(dāng)提取出關(guān)于變電站設(shè)備信息的有效報文后，同時會產(chǎn)生站端點表進(jìn)行點號映射，并傳送至自動對點平臺，遙信點表生成過程如圖3所示，值為綠燈表示開關(guān)分位，值為紅燈表示開關(guān)合位。

圖3 遙信點表生成過程

2）模擬調(diào)度主站構(gòu)成及工作過程

四遙模擬調(diào)度主站如圖4所示，模擬調(diào)度主站也是由三部分構(gòu)成：通信模塊、報文處理模塊及人機交互模塊。通信模塊與遠(yuǎn)動機建立TCP連接，獲取遠(yuǎn)動裝置上送的數(shù)據(jù)信息。報文處理模塊中，IEC報文發(fā)送模塊用于主站對遠(yuǎn)動裝置發(fā)送對時、總召、遙控等命令；IEC報文接收模塊是接收遠(yuǎn)動裝置上送的IEC報文；IEC報文存儲模塊是將報文存儲到數(shù)據(jù)庫中；IEC報文解析模塊是對報文進(jìn)行重組分類，提取關(guān)于變電站設(shè)備狀態(tài)的有效信息，顯示在人機交互界面。

圖4 四遙模擬調(diào)度主站

調(diào)度主站的工作過程參考圖4邏輯關(guān)系。首先在主站與遠(yuǎn)動機之間建立TCP連接，保證主站與遠(yuǎn)動機之間網(wǎng)絡(luò)通信正常；發(fā)送模塊向遠(yuǎn)動機發(fā)送啟動命令，遠(yuǎn)動機再向主站發(fā)送確認(rèn)啟動的反饋；發(fā)送模塊再向遠(yuǎn)動機發(fā)送總召請求，遠(yuǎn)動機上傳遙信遙測信息；再經(jīng)過IEC報文解析模塊進(jìn)行篩選，提取出有效信息。

IEC報文中發(fā)送的數(shù)據(jù)包含變電站所有單點信息，進(jìn)行解析后，提取其中的點號和值，并點號映射，形成主站對點表，發(fā)送至自動對點平臺。

3）自動對點平臺

變電站及主站將生成的點表與值輸入到自動對點平臺，平臺經(jīng)過校驗算法判斷各個單點是否一致，再將判斷結(jié)果反饋至主站，新疆750kV五彩灣變電站自動對點反饋情況如圖5所示，當(dāng)上送的信息與變電站實際信息一致時，表示驗收通過，反之，則驗收不通過。

圖5 新疆750kV五彩灣變電站自動對點反饋情況

2.2 圖形及告警信號遠(yuǎn)動對點系統(tǒng)

圖形及告警信號對點系統(tǒng)如圖6所示，其與四遙系統(tǒng)相似，僅在實現(xiàn)過程中的通信協(xié)議和裝置略有差別，包含仿真平臺、調(diào)度主站、網(wǎng)關(guān)裝置及自動對點平臺。

圖6 圖形及告警信號對點系統(tǒng)

1）告警模擬調(diào)度主站平臺構(gòu)成及工作過程

告警仿真平臺結(jié)構(gòu)和工作流程與四遙一致，獲取MMS告警報文，將含有有效信息的MMS報文上送至網(wǎng)關(guān)機。對于其調(diào)度主站，告警系統(tǒng)模擬調(diào)度主站平臺如圖7所示。通信模塊建立告警網(wǎng)關(guān)機和調(diào)度主站的連接；報文處理模塊用于接收并儲存上送DL 476報文，再將其分析歸類；人機交互界面是將提取的有效信息進(jìn)行展示篩選。

圖7 告警系統(tǒng)模擬調(diào)度主站平臺

調(diào)度主站工作過程如圖7所示。首先網(wǎng)關(guān)機與主站通過TCP進(jìn)行連接，在主站的總召下，告警信息以DL 476報文形式[10]發(fā)送至主站接收模塊，并且對報文信息進(jìn)行歸類解析，儲存在存儲模塊中。解析模塊對DL 476報文進(jìn)行解析，提取相關(guān)變電站告警信息，并且將解析后生成的點表傳送至自動對點系統(tǒng)，與變電站傳送的告警點表進(jìn)行校驗。

2）圖形對點系統(tǒng)構(gòu)成及工作過程

本文采用圖計算方法分析圖形數(shù)據(jù)，建立圖數(shù)據(jù)庫（屬性圖）。圖中頂點（V）表示對象，邊（E）表示頂點之間的關(guān)系。工程中常用的圖數(shù)據(jù)庫Huge Graph用CPU作為計算資源時算法相悖，故本文采用將HugeGraph和圖形處理器GPU相結(jié)合的新圖數(shù)據(jù)管理和計算系統(tǒng)RockGraph[11]。

對于智能變電站圖形對點，將變電站中各元件及接線用頂點和邊表述出來，形成圖形數(shù)據(jù)。將這些圖形數(shù)據(jù)壓縮成MMS報文，上送至圖形網(wǎng)關(guān)機，網(wǎng)關(guān)機收到主站發(fā)送的上傳圖形數(shù)據(jù)的請求后，通過DL 476報文上送G語言圖形數(shù)據(jù)，主站將圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，傳送至自動對點平臺，將變電站和上送至主站的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，完成自動對點，再將結(jié)果返回主站，如圖6所示。當(dāng)對點平臺出現(xiàn)故障，基于圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計的變電站接線圖還可以通過G語言自動繪制，顯示在主站的人機交互界面上，不利條件下可以由操作人員進(jìn)行人工比對。

（1）仿真平臺

圖形信息仿真平臺如圖8所示，變電站圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過在線事務(wù)處理（on-line transaction processing, OLTP）及在線分析計算（on-line analytical processing, OLAP）傳至圖數(shù)據(jù)庫[12]。其中OLTP主要是對所儲存的實體、實體屬性及它們之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行改動，當(dāng)變電站結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過OLTP便可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的改動，省去了大量人工改圖的時間。OLAP是對圖數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，目前基本采用佩奇排序（PageRank）算法[13]。對于圖形對點，不需要計算網(wǎng)絡(luò)潮流等，只需將圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行解析儲存，形成變電站接線數(shù)據(jù)庫，發(fā)送至通信模塊，余下操作與四遙仿真平臺工作過程相同。

圖8 圖形信息仿真平臺

（2）圖形模擬調(diào)度主站

圖形信息調(diào)度主站如圖9所示，主站通過通信模塊接收到DL 476報文，向圖形網(wǎng)關(guān)機請求G語言圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過圖分析計算，最終形成圖形呈現(xiàn)在人機交互界面上，并將解析后的圖形數(shù)據(jù)傳送至自動對點系統(tǒng)，完成圖形對點任務(wù)。

圖9 圖形信息調(diào)度主站

3 自動對點算法

目前在校驗檢測中，常用的算法有奇偶校驗法、和校驗法（CheckSum）和循環(huán)冗余檢驗法（cyclic redundancy check, CRC）。奇偶校驗法比較簡單，但存在檢測風(fēng)險，只有當(dāng)錯誤個數(shù)為奇數(shù)時，才能檢測發(fā)現(xiàn)；為偶數(shù)時，錯誤相互抵消無法識別。和校驗法應(yīng)用較廣，但它仍有缺陷，當(dāng)數(shù)據(jù)編碼中一位1→0，另一位0→1時，則無法檢測識別。所以，本文采用更為精確的循環(huán)冗余檢驗法。

輸入端輸入數(shù)據(jù)是由位信息碼及位校驗碼構(gòu)成，數(shù)據(jù)總長度為。因此，這種編碼也叫(，)碼，單點值信息碼組成如圖10所示。數(shù)據(jù)編碼中，每一個數(shù)據(jù)都會有一個多項式與之對應(yīng)。CRC生成多項式由規(guī)范給定的()表示；原始數(shù)據(jù)多項式()與對應(yīng)；()多項式代表校驗碼，與對應(yīng)。開始校驗碼還未計算出來時，校驗碼補0，進(jìn)行模2除法，其中是()位數(shù)減1。位數(shù)據(jù)作為被除數(shù)，()編碼作為除數(shù)，首位為1，則商為1；余數(shù)首位為1，則除數(shù)為()，余數(shù)首位為0，則除數(shù)為0。這個“除”不是數(shù)學(xué)意義上的除法，而是邏輯運算中的異或。最終，當(dāng)余數(shù)個數(shù)少于()個數(shù)時，則為CRC校驗碼，不足位補0。

圖10 單點值信息碼組成

最終，發(fā)送方輸入包含CRC校驗的信息碼，接收方對同一數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的計算，應(yīng)得到相同的結(jié)果。反之，則發(fā)送過程有誤，應(yīng)重新發(fā)送。

4 結(jié)論

對于智能變電站遠(yuǎn)動自動對點，目前國內(nèi)外研究比較少，仍有很大的進(jìn)步空間。本文主要是在遠(yuǎn)動通信的基礎(chǔ)上，采用模塊化方式，設(shè)計了一套較為完整的對點方案，得到如下結(jié)論：

1）與傳統(tǒng)的人工對點相比，自動對點系統(tǒng)使用計算機等網(wǎng)絡(luò)通信傳輸裝置對點，大大降低了對點代價，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

2）對于變電站接線圖，采用了圖形計算的方法進(jìn)行分析，對點只需要將變電站圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動對點系統(tǒng)，不再需要人工進(jìn)行比對。

3）對于對點算法，則采用了循環(huán)冗余算法（CRC），它的校驗精度比和校驗法等要高很多，更能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕┮坏牟蛔闶撬惴晕?fù)雜。

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Automatic point to point debugging system based on telecontrol communication of smart substation

WANG Tianle1LI Yongguang2NAN Dongliang1LIU Ran2HAN Wei3

(1. State Grid Xinjiang Electric Power Research Institute, Urumqi 830011; 2. Xinjiang Electric Power Dispatching and Communication Center, Urumqi 830011; 3. State Grid He’nan Electric Power Research Institute, Zhengzhou 450052)

Based on the framework of telecontrol communication, this paper adopts the idea of modularization, taking four remotes, graphic and alarm information as objects, and divides the functions of the substation simulation experiment platform and dispatching master station platform into different modules, which can intuitively reflect the logic of automatic point to point behavior. Each module is developed independently and does not interfere with each other. It can be used for reference between each other, which can greatly reduce the difficulty of development. For the check algorithm, this paper adopts the cyclic redundancy check (CRC), which is slightly more complicated than the checksum method, but with higher accuracy. As a result, a set of smart substation telecontrol and fast automatic point to point system is constructed to ensure the reliable operation of smart substations.

smart substation; automatic point to point; simulation; check algorithm

2021-02-01

2021-02-24

王添樂（1998—），男，新疆精河縣人，本科，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度自動化工作。