李國(guó)號(hào)，唐升衛(wèi)，彭琳怡

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400；2.廣東電科院能源技術(shù)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000)

智能變電站二次技術(shù)中IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)性地位早已明確，變電站運(yùn)行模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿o(wú)人值班與遠(yuǎn)程集中監(jiān)控模式為主，一體化監(jiān)控系統(tǒng)可面向變電站內(nèi)部全景數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自主流通與實(shí)時(shí)交互，然而傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的電網(wǎng)信息采集、監(jiān)控、操作等方式依舊屬于自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成，數(shù)據(jù)通信遠(yuǎn)動(dòng)裝置基于直采直送形式實(shí)現(xiàn)與調(diào)控中心的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送。作為信息中轉(zhuǎn)站，遠(yuǎn)動(dòng)裝置運(yùn)行的正確性與可靠性要求不斷被提高，有關(guān)校核試驗(yàn)工作任務(wù)與壓力也隨之倍增，怎樣有效提升校核試驗(yàn)效率與水平則演變成了智能變電站工程調(diào)試的主要問(wèn)題[1]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于智能變電站對(duì)點(diǎn)測(cè)試的相關(guān)研究比較少，一般選擇手動(dòng)對(duì)點(diǎn)調(diào)試模式，也就是調(diào)度主站工作人員電聯(lián)變電站，并人工校對(duì)調(diào)度主站點(diǎn)表信息與變電站信息，或者基于單一調(diào)試工具進(jìn)行操作，但是在運(yùn)行電網(wǎng)中，變電站與調(diào)度主站數(shù)據(jù)庫(kù)信息更新非常頻繁，自動(dòng)化設(shè)備對(duì)點(diǎn)調(diào)試任務(wù)量過(guò)大，持續(xù)利用此方式根本無(wú)法滿足智能變電站相關(guān)要求[2]。而智能變點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)，以消耗最少人力與物力完成對(duì)點(diǎn)工作，所以發(fā)展成了對(duì)點(diǎn)工作主要趨勢(shì)。劉偉等[3-4]提出了完整的智能變電站智能告警/事故輔助決策系統(tǒng)，但是未深入研究對(duì)點(diǎn)值與圖形信息；曹瓅月[5]基于智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與站控層網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度中心連接，以黑盒測(cè)試方式，以遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為黑盒，提出了自動(dòng)對(duì)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)理念，但是并未探究具體實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)此，本文以模塊化思想，就點(diǎn)值數(shù)據(jù)、告警信息、圖形數(shù)據(jù)層面，設(shè)計(jì)了智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)。

1 智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)

自動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)為構(gòu)建映射表，遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)基于智能算法規(guī)劃，構(gòu)建SCD文件、監(jiān)控后臺(tái)記錄文件、模擬主站記錄文件、調(diào)控信息表間的密切關(guān)聯(lián)關(guān)系，以獲得整個(gè)裝置內(nèi)部已配置的轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系，評(píng)估轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系與調(diào)控信息對(duì)應(yīng)表內(nèi)容之間的一致性，并及時(shí)糾正錯(cuò)位內(nèi)容之后，生成實(shí)際映射表，為智能變電站實(shí)現(xiàn)快速對(duì)點(diǎn)提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，選用信息閉環(huán)設(shè)計(jì)方式，促使數(shù)據(jù)基于系統(tǒng)、站控層交換機(jī)、監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)構(gòu)成數(shù)據(jù)閉環(huán)式流轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)[4]運(yùn)行流程具體如圖1所示。遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)運(yùn)行流程：①系統(tǒng)導(dǎo)入SCD文件，構(gòu)成IED設(shè)備模型的實(shí)例配置文件，根據(jù)文件進(jìn)行智能變電站內(nèi)IED設(shè)備仿真分析；②系統(tǒng)導(dǎo)入調(diào)度信息表，以作映射表分析；③系統(tǒng)傳輸附帶特定規(guī)則SOE的時(shí)候標(biāo)注MMS報(bào)文，生成相關(guān)仿真記錄文件，以作映射表分析；④通信網(wǎng)關(guān)機(jī)基于站控層交換機(jī)，實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)傳輸?shù)腗MS文件；⑤監(jiān)控后臺(tái)基于站控層交換機(jī)，接收系統(tǒng)傳輸?shù)腗MS文件，生成相關(guān)記錄文件，以作映射表分析；⑥系統(tǒng)模擬調(diào)度主站接收通信網(wǎng)關(guān)機(jī)所轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，以生成仿真主站記錄文件，以作映射表分析；⑦遠(yuǎn)動(dòng)裝置實(shí)時(shí)導(dǎo)入監(jiān)控后臺(tái)記錄文件。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行流程Fig.1 System operation process

遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)在導(dǎo)入主要文件之后，基于內(nèi)部智能算法構(gòu)建文件之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，從而生成實(shí)際映射表，主要文件關(guān)聯(lián)性關(guān)系[5]如圖2所示。

圖2 文件間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系Fig.2 Associations between files

MMS仿真記錄文件、監(jiān)控后臺(tái)記錄文件、仿真主站記錄文件都帶有SOE時(shí)標(biāo)，基于時(shí)標(biāo)唯一性可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)表格數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)SCD的Ref和監(jiān)控后臺(tái)描述之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。基于調(diào)度信息表和仿真主站記錄文件104地址唯一性，可有機(jī)關(guān)聯(lián)二者對(duì)應(yīng)表格，進(jìn)而完成調(diào)度信息表、MMS仿真記錄文件、監(jiān)控后臺(tái)記錄文件、仿真主站記錄文件的全部密切關(guān)聯(lián)，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)控信息表內(nèi)信息描述和SCD內(nèi)Ref、監(jiān)控后臺(tái)描述之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終自主生成映射表。遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)以監(jiān)控后臺(tái)記錄文件為載體，和主站描述、調(diào)度信息表內(nèi)的對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行比較分析，以自主評(píng)估轉(zhuǎn)發(fā)配置的準(zhǔn)確性與可靠性[6]。由于SOE指標(biāo)一致性和104地址一致性所獲映射表不能獲得MMS通信中斷信號(hào)點(diǎn)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，也無(wú)法獲得遙測(cè)數(shù)據(jù)和SCD文件之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，所以校核系統(tǒng)需設(shè)計(jì)相關(guān)算法確保關(guān)聯(lián)關(guān)系的獲取與實(shí)現(xiàn)。監(jiān)控后臺(tái)無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確導(dǎo)出遙測(cè)值信息，需基于人工方式以主站和SCD描述評(píng)估遠(yuǎn)動(dòng)裝置正確性與可靠性，且可以MMS發(fā)送值和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)值進(jìn)行系數(shù)計(jì)算[7]，然后和點(diǎn)表內(nèi)PT/CT變比對(duì)比分析，以審核參數(shù)配置準(zhǔn)確性，從而在映射表內(nèi)添加遙測(cè)數(shù)據(jù)。

2 智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)

基于模塊化思想，智能變電站和調(diào)度主站間所傳輸?shù)男畔辄c(diǎn)值、告警信息、圖形畫(huà)面，所以系統(tǒng)可劃分為點(diǎn)值遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)與圖形遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)[8]，二者結(jié)構(gòu)類似，但實(shí)現(xiàn)有所差異。

2.1 點(diǎn)值遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站點(diǎn)值遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)即自動(dòng)校對(duì)審核遠(yuǎn)動(dòng)裝置輸入輸出報(bào)文，可自動(dòng)測(cè)試遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)[9]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 點(diǎn)值遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of point-value telematics fast point-to-point system

以附帶采集狀態(tài)量或者模擬量仿真平臺(tái)的計(jì)算機(jī)為遠(yuǎn)動(dòng)裝置輸入端，并和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)建TCP連接，以此實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置之間的實(shí)時(shí)通信。通信模塊和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間形成TCP連接，MMS抓取模塊可于站控層獲取MMS報(bào)文，存儲(chǔ)模塊可實(shí)現(xiàn)報(bào)文儲(chǔ)存，解析模塊可準(zhǔn)確解析所存儲(chǔ)報(bào)文，并通過(guò)人機(jī)交互界面分層分類呈現(xiàn)，模擬發(fā)送則是在分類篩選人機(jī)交互界面所呈現(xiàn)報(bào)文之后，選擇需要報(bào)文，然后傳輸于遠(yuǎn)動(dòng)裝置。

以附帶模擬遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主站與遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)，和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間構(gòu)建連接[10]。其中主站由報(bào)文接收模塊、存儲(chǔ)模塊、解析模塊、模擬發(fā)送模塊等組成。在接收遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)IEC報(bào)文并加以存儲(chǔ)之后，主站傳輸總指令，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)傳輸單點(diǎn)狀態(tài)信息，然后進(jìn)行信息解析，以提取點(diǎn)號(hào)及其值，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行主站點(diǎn)表加載，并映射所提取單點(diǎn)信息號(hào)和主站點(diǎn)表點(diǎn)號(hào)，以生成模擬主站對(duì)點(diǎn)表，然后傳輸?shù)阶詣?dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)。

然后基于TCP/IP實(shí)現(xiàn)上述二者計(jì)算機(jī)之間的連接，通過(guò)自動(dòng)對(duì)點(diǎn)功能自主校對(duì)主站和站端對(duì)點(diǎn)表[11]，最終傳輸結(jié)果于調(diào)度主站。

2.1.2 運(yùn)行流程

模擬遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主站[12]具體如圖4所示。

圖4 模擬遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主站Fig.4 Simulated remote motor master station

狀態(tài)量/模擬量仿真平臺(tái)計(jì)算機(jī)和站控層交換機(jī)對(duì)接，以抓取MMS報(bào)文，儲(chǔ)存于存儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)，并將計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間構(gòu)建TCP連接，然后調(diào)用并解析存儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)報(bào)文，提取附帶需要設(shè)備及其相關(guān)實(shí)時(shí)信息的報(bào)文，傳輸于遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)，最后生成站端點(diǎn)表以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)號(hào)映射，構(gòu)成對(duì)點(diǎn)表，傳輸于自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)。

狀態(tài)量/模擬量仿真平臺(tái)[13]具體如圖5所示。

模擬主站和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間構(gòu)建TCP連接之后，面向遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)傳輸啟動(dòng)指令，而遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)面向主站發(fā)送明確啟動(dòng)指令。主站傳輸總指令之后，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)及時(shí)上傳單點(diǎn)狀態(tài)信息，然后通過(guò)IEC解析模塊加以解析，以提取信息內(nèi)點(diǎn)號(hào)及其值。并加載調(diào)度主站點(diǎn)表，將點(diǎn)號(hào)及其值和主站點(diǎn)表點(diǎn)號(hào)相映射，從而生成模擬主站對(duì)點(diǎn)表，傳輸于自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)。

將模擬遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主站與狀態(tài)量/模擬量仿真平臺(tái)對(duì)點(diǎn)表及時(shí)導(dǎo)入，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)。

2.2 圖形遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)

智能變電站圖形遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)即自動(dòng)校對(duì)審核圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)傳輸?shù)腉語(yǔ)言圖形畫(huà)面和變電站圖形畫(huà)面[14]。圖形遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 圖形遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)Fig.6 Graphics remote moving fast point-to-point system

(1)調(diào)度主站和告警直傳網(wǎng)關(guān)機(jī)基于報(bào)文實(shí)時(shí)傳輸告警信息，而報(bào)文接收模塊則負(fù)責(zé)接收網(wǎng)關(guān)機(jī)所傳輸?shù)膱?bào)文，并評(píng)估報(bào)文具體類型，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類儲(chǔ)存；解析模塊則分類解析報(bào)文各類型應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元；模擬發(fā)送模塊的實(shí)際作用是對(duì)報(bào)文各類APDU進(jìn)行模擬傳輸。模擬告警直傳主站結(jié)構(gòu)[15]具體如圖7所示。

(2)G語(yǔ)言也就是所謂的電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范，屬于新型圖形語(yǔ)言。圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)在接收到智能變電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息報(bào)文之后，和模擬主站之間形成TCP連接，并在接收到模擬主站傳輸?shù)腉文件指令時(shí)，基于報(bào)文把G語(yǔ)言文件和相關(guān)數(shù)據(jù)信息反饋于模擬主站，在此基礎(chǔ)上解析且展示G語(yǔ)言文件與相關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后以顯示界面校對(duì)審查接線圖和G語(yǔ)言圖形畫(huà)面，以此實(shí)現(xiàn)快速對(duì)點(diǎn)。模擬圖形網(wǎng)關(guān)主站結(jié)構(gòu)[16]具體如圖8所示。

圖8 模擬圖形網(wǎng)關(guān)主站結(jié)構(gòu)Fig.8 Simulated graphics gateway master structure

2.3 自動(dòng)快速校對(duì)算法

檢測(cè)方法最常用的主要是奇偶校驗(yàn)算法與和校驗(yàn)算法。奇偶校驗(yàn)算法由于簡(jiǎn)單且操作簡(jiǎn)便，深受歡迎，然而只有在校驗(yàn)一位出錯(cuò)問(wèn)題時(shí)比較敏感，錯(cuò)誤識(shí)別能力相對(duì)較差。和校驗(yàn)算法在通信領(lǐng)域的應(yīng)用比較頻繁[17]，特別是遠(yuǎn)距離通信，可確保數(shù)據(jù)完整性與準(zhǔn)確性。所以本文以和校驗(yàn)算法校驗(yàn)輸入輸出點(diǎn)表。

就單點(diǎn)信息而言，信息元素構(gòu)成具體如圖9所示。

圖9 單點(diǎn)信息的信息元素構(gòu)成Fig.9 Information element composition of a single point of information

SPI為單點(diǎn)遙信位(0開(kāi)、1分)；BL為封鎖位(0未封、1封)；SB為取代位(0未取代、1取代)；NT為當(dāng)前值位(0當(dāng)前值、1非當(dāng)前值)；IV為有效位(0有效、1無(wú)效)。

設(shè)定輸入端單點(diǎn)信息是01100001，輸入端校驗(yàn)與字段設(shè)定是0，將需校驗(yàn)單點(diǎn)信息看作16位數(shù)字0000000001100001，按照順序二進(jìn)制反碼求和，將結(jié)果儲(chǔ)存于和校驗(yàn)字段內(nèi)；輸出端數(shù)據(jù)也看作16位二進(jìn)制數(shù)字，將包含校驗(yàn)碼的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行取反求和，如果所獲值是0，那么表明輸入輸出端數(shù)據(jù)一致，相反則代表出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2.4 建模技術(shù)

系統(tǒng)核心是以電力系統(tǒng)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)IEC61850設(shè)備模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)解析，重新構(gòu)建符合智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)。系統(tǒng)基于智能化升級(jí)優(yōu)化仿真設(shè)備，使得設(shè)備可有效全面描述與配置文件，以此生成可自動(dòng)匹配智能變電站所需網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)的搭建與替換。此間完全無(wú)需人工操作與管理，便可有效提高數(shù)字處理轉(zhuǎn)換效率，還可切實(shí)節(jié)約人力與物力成本[18]。然而為符合設(shè)備數(shù)據(jù)人為操作性特征，系統(tǒng)依舊會(huì)保留人工操作窗口，以便于滿足可能會(huì)出現(xiàn)的非規(guī)范化操作與建模現(xiàn)象的要求[19]。

據(jù)此可知，此建模方式的操作空間非常大，在變電站等各種外部條件發(fā)生變化的時(shí)候，只需在系統(tǒng)內(nèi)增加或者修補(bǔ)描述，便可改造或者升級(jí)系統(tǒng)，根本無(wú)需人工重裝，這樣一來(lái)也在很大程度上減少了人工操作時(shí)間，節(jié)省了成本，提高了效率。

3 系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用分析

現(xiàn)階段基于模塊化思想的智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了一些變電站調(diào)試中的實(shí)踐，具體測(cè)試項(xiàng)目為仿真全站測(cè)控與保護(hù)等智能裝置、仿真調(diào)度主站、自動(dòng)檢查遠(yuǎn)動(dòng)裝置、與調(diào)度主站快速對(duì)點(diǎn)等[20]。就兩個(gè)智能變電站實(shí)踐狀況進(jìn)行分析，以對(duì)比分析系統(tǒng)測(cè)試與普通測(cè)試之間的效率差異。

其中，普通遙信和遙測(cè)調(diào)試效率為100～200點(diǎn)/d，將每日工作10 h作為計(jì)算基數(shù)，普通調(diào)試效率約20點(diǎn)/h。具體對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)例系統(tǒng)測(cè)試與普通測(cè)試對(duì)比結(jié)果Tab.1 Comparison results of instance system test and ordinary test

由表1可知，就智能變電站而言，相比普通測(cè)試模式，系統(tǒng)測(cè)試模式每小時(shí)的自動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)效率是其約25倍。對(duì)于普通220 kV智能變電站，全站遙信、遙測(cè)信號(hào)在使用系統(tǒng)之后，正常調(diào)試與后續(xù)人工審核、錯(cuò)誤修正、二次校核等全部調(diào)試完成只需要2 d，但是傳統(tǒng)測(cè)試模式需耗費(fèi)將近20 d。據(jù)此可知，系統(tǒng)在很大程度上提升了智能變電站調(diào)試效率，降低了人力物力成本，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文在智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置校核系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)。以模塊化思想就各種數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，可保障其良好可靠性與可移植性，而以和校驗(yàn)算法進(jìn)行了主站點(diǎn)表與變電站端點(diǎn)表自動(dòng)對(duì)點(diǎn)，基于遠(yuǎn)距離通信時(shí)可更好地保障數(shù)據(jù)完整性與準(zhǔn)確性。同時(shí)通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)調(diào)試模式相比普通調(diào)試模式，每小時(shí)的自動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)效率是其約25倍，表明系統(tǒng)不僅在很大程度上提升了智能變電站調(diào)試效率，降低了人力物力成本，還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)快速對(duì)點(diǎn)。