邱志遠，李道豫，馮文昕，姚 納，龍超城

（1.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州貴陽 550081；2.貴陽銳泰電力科技有限公司，貴州 貴陽 550002）

高壓直流輸電是實現(xiàn)電力大規(guī)模輸送的重要方式。直流控制保護裝置設(shè)定的保護定值是設(shè)備正確動作的依據(jù)，決定保護能否準確反映電網(wǎng)的各類故障，對電網(wǎng)的安全運行具有至關(guān)重要的意義[1-5]。

在裝置定期檢修、站點擴建、電網(wǎng)運行方式調(diào)整等情況下，直流控制保護裝置的定值均需要作相應(yīng)的調(diào)整[6-8]。但目前直流輸電工程定值管理仍依賴人工校核的方式，智能化水平低[9-10]，工作量大，且不可避免地存在一些偏差，定值校核的準確性無法得到保證。甚至導(dǎo)致直流控制保護裝置誤動、拒動，造成大范圍的電網(wǎng)故障，嚴重影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行[11-13]。

因此，文中開展高壓直流輸電控制保護定值智能管理輔助系統(tǒng)設(shè)計研究，以期實現(xiàn)智能化、精細化定值管理，并提升運維效率。

1 定值智能管理輔助系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

1.1 B/S架構(gòu)

典型的瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)，如圖1 所示[14-15]。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的核心功能實現(xiàn)主要集成于Web 服務(wù)器上，將Web 瀏覽器作為與用戶交互的接口，實現(xiàn)客戶端的統(tǒng)一，簡化系統(tǒng)的開發(fā)，方便運行維護。在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，當(dāng)客戶端需要調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)時，向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器則響應(yīng)客戶端請求，客戶端與服務(wù)器之間采用HTTP 協(xié)議進行通信。

圖1 典型的B/S架構(gòu)

1.2 定值智能管理系統(tǒng)架構(gòu)

基于上述B/S 架構(gòu)，文中設(shè)計的高壓直流輸電控制保護定值智能管理輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。該系統(tǒng)包括交互層、邏輯層與數(shù)據(jù)層[16-18]。

圖2 定值智能管理輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)層采用數(shù)據(jù)服務(wù)組件對定值智能管理輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行封裝儲存，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的便捷訪問、增加刪減、檢索修改等。數(shù)據(jù)來源包括用戶信息、定值信息、定值操作記錄、系統(tǒng)操作記錄和便攜校核裝置信息等。

邏輯層是實現(xiàn)高壓直流輸電控制保護定值智能管理系統(tǒng)功能的核心，采用Spring boot 框架服務(wù)組件實現(xiàn)與數(shù)據(jù)層、交互層的更新及映射。完成定值校核業(yè)務(wù)應(yīng)用的具體功能包括查看、修改定值、定值單導(dǎo)入、查詢、打印、故障分析、臺賬管理、操作記錄查看、便攜裝置管理等。

交互層是實現(xiàn)高壓直流輸電控制保護定值校核工作人員與系統(tǒng)人機交互的接口，一方面包括工作人員通過Web 頁面請求定值查看、定值校核等業(yè)務(wù)，而系統(tǒng)Web 服務(wù)分發(fā)組件并不是將所有的Web 請求服務(wù)進行分發(fā)處理；另一方面系統(tǒng)對便攜校核裝置進行授權(quán)訪問和數(shù)據(jù)同步，數(shù)據(jù)同步實現(xiàn)便攜式智能定值校核裝置與Web 瀏覽器的通信連接，并下發(fā)定值校核任務(wù)、上傳便攜式智能校核裝置任務(wù)完成情況及操作記錄的上傳。

2 定值智能管理輔助系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能方案設(shè)計

如圖3 所示，高壓直流輸電控制保護定值智能管理輔助系統(tǒng)的主要功能為輔助定值校核工作人員完成定值校核工作，實現(xiàn)定值校核的智能化管理。該系統(tǒng)的主要功能包括定值模板管理、定值單管理、定值單導(dǎo)入及導(dǎo)出、安全管理、數(shù)據(jù)傳輸。

圖3 定值智能管理輔助系統(tǒng)功能

1）定值模板管理

定值模板管理功能主要方便用戶對定值單進行管理，通過前期對定值模板信息的定義，使得用戶在后期可以根據(jù)定值模板直接生成具體的定值單。定值模板信息包括：1）定值模板的創(chuàng)建，各定值組、定值區(qū)等信息的定義；2）定值模板中定值項的創(chuàng)建及變更。其定值模塊管理功能模塊流程，如圖4 所示。

圖4 定值模塊管理功能模塊流程

2）定值單管理

定值單管理功能主要針對系統(tǒng)中已存儲的定值單進行管理，包括：1）定值單的創(chuàng)建與保護裝置的關(guān)聯(lián)；2）定值單下發(fā)到PA 便攜裝置及回傳；3）多個定值單間的比對；4）歷史定值單的導(dǎo)入與導(dǎo)出。

3）定值單的導(dǎo)入及導(dǎo)出

定值單的導(dǎo)入及導(dǎo)出功能是為了避免新建定值單時用戶手動輸入可能存在的錯誤。用戶只需要事先對規(guī)定格式的定值文檔進行編輯，然后通過定值導(dǎo)入功能便可實現(xiàn)將定值單文檔完整導(dǎo)入到后臺系統(tǒng)中。當(dāng)前系統(tǒng)主要支持PDF 與EXCEL 格式的定值文檔的導(dǎo)入；為方便用戶對定值單的查看，系統(tǒng)可以導(dǎo)出定值單的文檔，當(dāng)前主要支持PDF、EXCEL 與XML 格式的導(dǎo)出。其定值單解析存儲流程，如圖5所示。

圖5 定值單解析存儲流程

4）安全管理

系統(tǒng)使用者涵蓋系統(tǒng)管理員、安全審計員及普通用戶三方不同的身份，針對不同身份設(shè)定了相應(yīng)的權(quán)限。系統(tǒng)管理員具有常規(guī)操作維護及用戶管理權(quán)限；安全審計員具有日志查閱與編輯權(quán)限；普通用戶則僅有與用戶角色自身相符的常規(guī)普通權(quán)限。

為進一步防止用戶對定值單的隨意修改，其普通用戶將增加或修改的定值單存為草稿，并經(jīng)過系統(tǒng)管理員的審核后，才能增加或更新定值單。

定值智能管理輔助系統(tǒng)在完成定值單解析后，將解析的定值數(shù)據(jù)下發(fā)至定值校核手持終端中，數(shù)據(jù)傳輸過程采用特定的加密技術(shù)。支持商密SM4 通信加密及MAC 身份認證，如圖6 所示。

圖6 數(shù)據(jù)傳輸過程

2.2 定值校核方案設(shè)計

定值智能管理輔助系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準化處理，并存入數(shù)據(jù)庫中，且針對不同的直流控制保護設(shè)備建立表單。該典型設(shè)備類型，如表1 所示。

表1 控制保護設(shè)備匯總

1）直流控保定值校核方案

直流控保定值校核流程，如圖7所示。首先，從上級調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的定值單中解析出裝置信息及定值數(shù)據(jù)，并儲存至數(shù)據(jù)庫中。然后連接定值校核手持終端，將定值單中的定值數(shù)據(jù)打包下發(fā)至手持終端。

圖7 直流控保定值校核流程

現(xiàn)場進站后定值校核手持終端連接直流保護定值管理軟件，通過SFTP 安全文件傳輸協(xié)議獲得直流控保裝置的運行定值及設(shè)備參數(shù)，并獨立存儲于數(shù)據(jù)庫中。最終啟動校核任務(wù)，對定值描述先進行精確匹配，并校核定值；若定值描述存在異常則啟用模糊匹配，由操作人員確認后進行定值的校核，校核結(jié)束后生成校核報告并存儲。

2）閥控系統(tǒng)告警信息方案

由于閥控設(shè)備定值信息在系統(tǒng)安裝時已固化并在設(shè)備中無法修改、讀取，現(xiàn)通過閥控設(shè)備HMI 人機操作顯示設(shè)備對實時告警及歷史告警信息進行讀取并存儲。其HMI 設(shè)備運行Windows10 LTSC 版本，可配置網(wǎng)絡(luò)文件共享方式獲取告警xls 文件。并通過對xls 告警數(shù)據(jù)文件進行解析獲取具體告警信息，匯總后入庫供后期分析。

3）閥冷控制系統(tǒng)定值校核方案

閥冷控制系統(tǒng)使用的關(guān)鍵控制設(shè)備為西門子S7-400，其數(shù)據(jù)通信主要為Profibus協(xié)議，可通過HMI人機接口查看并修改定值參數(shù)信息。由于Profibus 協(xié)議的封閉性，在具體實現(xiàn)上通過加裝Modbus-RTU 通信模塊實現(xiàn)閥冷控制定值參數(shù)的輸出，具體通信協(xié)議為Modbus-RTU，從站地址1，波特率9 600 bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無奇偶校驗，功能碼03，每套閥冷系統(tǒng)配置1 個通信接口供定值校核裝置的接入。

3 算例分析

文中采用某換流站的實際環(huán)境與軟硬件配置進行定值智能管理輔助測試，以驗證所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案的有效性。

3.1 系統(tǒng)功能測試

該文采用黑盒測試法對定值智能管理輔助系統(tǒng)進行功能測試，針對不同功能編制相應(yīng)的測試用例。如表2 所示，測試過程中發(fā)現(xiàn)漏洞共122 個。經(jīng)過修改后，漏洞修復(fù)率達100%，系統(tǒng)功能完善，未再發(fā)現(xiàn)安全漏洞。

表2 系統(tǒng)功能測試結(jié)果

3.2 系統(tǒng)性能測試

該文模擬了多個虛擬用戶同時訪問定值智能管理輔助系統(tǒng)，以檢驗系統(tǒng)的并發(fā)處理性能，測試結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，隨著并發(fā)用戶數(shù)的增加，系統(tǒng)最大響應(yīng)時間與平均響應(yīng)時間也隨之增加，最小效應(yīng)時間維持在0.5 s 左右。當(dāng)并發(fā)用戶數(shù)為200 時，系統(tǒng)最大響應(yīng)時間為1.378 s，平均響應(yīng)時間為1.069 s，均小于1.5 s，所以滿足系統(tǒng)響應(yīng)時間要求。

表3 系統(tǒng)性能測試結(jié)果

4 結(jié)束語

文中開展了高壓直流輸電控制保護定值管理輔助系統(tǒng)設(shè)計研究，提出了系統(tǒng)架構(gòu)與功能設(shè)計方案。通過實際換流站測試環(huán)境檢驗系統(tǒng)的功能和性能，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞122 個。經(jīng)修復(fù)后系統(tǒng)功能完善，未再發(fā)現(xiàn)其他漏洞，系統(tǒng)最大響應(yīng)時間小于1.5 s，并發(fā)能力和響應(yīng)時間滿足使用需求。但該文設(shè)計定值管理輔助系統(tǒng)僅適用于PC 端，為進一步提升定值校核智能化水平，未來將開發(fā)設(shè)計相應(yīng)的移動端系統(tǒng)。