唐偉，李大全，周楊，何源波

（1.珠海橫琴能源發(fā)展有限公司，廣東珠海519000；2.廣州健新科技股份有限公司，廣東廣州510000）

智能變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，具有承上啟下的作用，既是智能電網(wǎng)順利運行的基礎(chǔ)，也是電網(wǎng)調(diào)度實現(xiàn)的根本。智能變電站的特色為數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)與管控數(shù)據(jù)，為電網(wǎng)調(diào)度中心提供精確的數(shù)據(jù)支撐。該系統(tǒng)是智能變電站與傳統(tǒng)變電站的根本區(qū)別，使得智能變電站成為智能電網(wǎng)中不可或缺的部分，也使電網(wǎng)的智能化成為可能[1]。

智能變電站作為智能電網(wǎng)的核心環(huán)境，可以為全網(wǎng)提供可靠、標準的節(jié)點支撐。但是，智能變電站在設(shè)計與施工方面存在著一定的問題。例如，缺少相關(guān)工具、缺少經(jīng)驗豐富的施工人員等。為此，提出建設(shè)智能變電站設(shè)計平臺。智能變電站設(shè)計平臺指的是以滿足用戶、設(shè)備制造商、設(shè)備集成商、設(shè)計部門以及施工單位等不同角色與任務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)平臺。智能變電站設(shè)計平臺模式?jīng)Q定著該平臺的運行效果，為智能變電站的順利運行提供保障[2]。

就現(xiàn)有的研究成果來看，傳統(tǒng)的智能變電站設(shè)計平臺模式存在服務(wù)效率低下的問題，為此提出基于SOA 構(gòu)架的智能變電站設(shè)計平臺模式設(shè)計研究。SOA 構(gòu)架指的是面向服務(wù)的架構(gòu)，其實質(zhì)上是一個組件模型，利用接口與契約將應(yīng)用程序的不同功能單元連接起來[3]。其中，接口應(yīng)該在硬件平臺、操作系統(tǒng)以及編程語言中使用[4]。SOA 構(gòu)架具有可重用、松耦合、明確定義的接口，無狀態(tài)的服務(wù)設(shè)計以及開放標準等特點，廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，希望通過SOA構(gòu)架的應(yīng)用，可以提升智能變電站設(shè)計平臺的服務(wù)效率。

1 智能變電站設(shè)計平臺模式設(shè)計

智能變電站設(shè)計平臺模式設(shè)計主要包括三方面，分別為架構(gòu)搭建、功能構(gòu)建以及服務(wù)模型建立。

1.1 智能變電站設(shè)計平臺架構(gòu)搭建

引入SOA 構(gòu)架，以此為基礎(chǔ)，搭建智能變電站設(shè)計平臺架構(gòu)。SOA 構(gòu)架主要包含3 個角色，分別為服務(wù)請求者、服務(wù)提供者以及服務(wù)注冊中心[5-6]。SOA 構(gòu)架的主要操作為發(fā)布、查詢以及綁定與調(diào)用，構(gòu)建服務(wù)中心與服務(wù)描述。SOA 構(gòu)架示意圖如圖1所示。

圖1 SOA構(gòu)架示意圖

基于SOA 架構(gòu)搭建智能變電站設(shè)計平臺架構(gòu)，其主要由站控層、站控層網(wǎng)絡(luò)、間隔層、過程層網(wǎng)絡(luò)以及過程層構(gòu)成，簡稱為“三層兩網(wǎng)”組網(wǎng)方式架構(gòu)[7]。

其中，站控層主要包括數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、綜合應(yīng)用服務(wù)器、工程師工作站、監(jiān)控主機、操作員站、管理終端、同步相量測量設(shè)備等，功能為數(shù)據(jù)存儲、管理、配置與監(jiān)控等。間隔層包括測控裝置、故障錄播裝置、計量裝置、繼電保護裝置以及溫控裝置等，功能為保護、測控以及記錄站內(nèi)設(shè)備。過程層包括隔離開關(guān)、斷路器、互感器以及智能組件等，功能為接收并執(zhí)行上層下發(fā)的命令、實現(xiàn)設(shè)備接口功能等[8]。智能變電站設(shè)計平臺架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能變電站設(shè)計平臺架構(gòu)

傳統(tǒng)智能變電站設(shè)計平臺采用的是“三層一網(wǎng)”組網(wǎng)方式，其與搭建“三層兩網(wǎng)”組網(wǎng)方式的區(qū)別如表1所示。

表1 “三層一網(wǎng)”與“三層兩網(wǎng)”組網(wǎng)方式區(qū)別表

通過表1可知，搭建的智能變電站設(shè)計平臺組網(wǎng)方式更加智能化，性能更強，有利于智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

1.2 智能變電站設(shè)計平臺功能模塊構(gòu)建

以上述搭建的智能變電站設(shè)計平臺架構(gòu)為基礎(chǔ)，依據(jù)變電站以及電網(wǎng)的需求，構(gòu)建智能變電站設(shè)計平臺功能模塊。

在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，智能變電站設(shè)計平臺的主要功能模塊為數(shù)據(jù)采集處理模塊。為此，詳細介紹數(shù)據(jù)采集處理模塊構(gòu)建流程[9]。數(shù)據(jù)采集處理模塊主要包括數(shù)據(jù)收集單元、數(shù)據(jù)建模單元以及數(shù)據(jù)處理優(yōu)先級設(shè)置單元。

智能變電站設(shè)計平臺數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)類型如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)類型表

數(shù)據(jù)建模單元模板如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)建模單元模板表

智能變電站數(shù)據(jù)采集點眾多，數(shù)據(jù)類型也較多，為了防止通信通道發(fā)生滯留情況，應(yīng)該為各類數(shù)據(jù)設(shè)置處理優(yōu)先級。

數(shù)據(jù)處理優(yōu)先級設(shè)置公式如式（1）所示。

其中，δ表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級數(shù)值；qi表示信息通道數(shù)量；T表示數(shù)據(jù)使用周期；η表示數(shù)據(jù)使用頻率；α表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級計算參數(shù)。

將式（1）計算結(jié)果依照從大到小的順序排序，以此順序為基礎(chǔ)，對采集數(shù)據(jù)進行處理[10]。

1.3 智能變電站設(shè)計平臺服務(wù)模型建立

以構(gòu)建的智能變電站設(shè)計平臺功能模塊信息為基礎(chǔ)，建立設(shè)計平臺服務(wù)模型[11-12]。

服務(wù)類型不同對應(yīng)的利益相關(guān)者也不同。在SOA 架構(gòu)中，將智能變電站設(shè)計平臺服務(wù)對象看作利益相關(guān)者，探討獲取不同服務(wù)的方法。常規(guī)情況下，設(shè)計平臺服務(wù)對象主要包括用戶、設(shè)計部門、集成部門、設(shè)備提供商以及施工單位。服務(wù)對象功能需求如表4所示。

表4 服務(wù)對象功能需求表

依據(jù)表4信息可以看出智能變電站設(shè)計平臺的服務(wù)粗粒度，便于對其進行不斷地優(yōu)化[13-14]。

以上述服務(wù)對象的功能需求信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建智能變電站設(shè)計平臺服務(wù)模型。具體如圖3所示[15-16]。

圖3 智能變電站設(shè)計平臺服務(wù)模型

文中采用用例圖表示服務(wù)與服務(wù)對象之間的相互關(guān)系。在服務(wù)模型中，SCD 管理服務(wù)是設(shè)計平臺至關(guān)重要的部分，與其相關(guān)的服務(wù)對象為設(shè)計人員、集成商、設(shè)備提供商以及施工單位，而SCD 管理服務(wù)類型為SCD 設(shè)計、維護、會審、更新以及下載。SCD管理服務(wù)的用例圖如圖4所示。

圖4 SCD管理服務(wù)用例圖

上述過程實現(xiàn)了基于SOA 架構(gòu)的智能變電站設(shè)計平臺模式的設(shè)計，為智能變電站以及智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供更加有效的支撐。

2 服務(wù)效率對比分析

上述過程實現(xiàn)了智能變電站設(shè)計平臺模式的設(shè)計，但是還無法確定設(shè)計模式是否能夠提升智能變電站設(shè)計平臺的服務(wù)效率，為此設(shè)計仿真對比實驗。

2.1 確定實驗對象

智能變電站設(shè)計平臺參數(shù)設(shè)置情況如表5所示。

表5 智能變電站設(shè)計平臺參數(shù)設(shè)置情況表

2.2 制定實驗流程

根據(jù)實驗需求制定實驗流程，如圖5所示。

圖5 實驗流程圖

2.3 分析實驗結(jié)果

通過實驗得到服務(wù)效率對比情況，如表6所示。

表6 服務(wù)效率對比情況表

由表6數(shù)據(jù)可知，設(shè)計模式的服務(wù)效率遠高于傳統(tǒng)模式，其最大值可以達到90%，充分表明基于SOA 構(gòu)架的智能變電站設(shè)計平臺模式具備更好的服務(wù)性能。

3 結(jié)束語

文中基于SOA 構(gòu)架的智能變電站設(shè)計平臺模式極大地提升了服務(wù)效率，可以為智能變電站以及智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供更加有效的支撐。為了增加該模式的適用范圍，需要對設(shè)計模式進行不斷地改進與優(yōu)化。