程控命令交互異常情況建模及其應用

余曉明++張靜++李金++于楊++楊繼高++戴欣欣

摘 要：基于IEC61850控制模型，提出了數字化變電站命令交互過程異常情況的建模方案。討論了程序化操作命令交互流程等問題。方案引入了錯誤類型表示出錯原因的種類和錯誤索引對應錯誤類型的具體出錯原因條目的概念。采用MMS讀寫服務上送命令出錯原因，實現了程序化操作異常情況的規范化建模和控制過程出錯原因的描述。工程實踐證明，命令交互異常情況的建模方案增強了程控自動執行過程的可控性，減輕了操作人員人為分析、處理異常情況的工作量。

關鍵詞：數字化變電站 IEC61850控制模型 程序化操作 MMS讀寫服務 出錯類型 出錯索引

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0028-02

程序化操作，即操作人員從當地后臺或監控中心發出一條操作指令，該指令按照程序預先設定好的控制邏輯去操作多個控制對象，同時進行各種控制和防誤閉鎖邏輯判斷，以確定某個操作任務是否能執行，并實時反饋各種過程信息[1]。采用程序化操作的變電站打破了傳統運行操作方式，為實現真正意義上的無人值班進而應對人員缺少和變電站的日益增多的矛盾，提高變電站安全運行水平，開辟了一條全新的出路。

在程序化操作的過程中，由于操作票及操作項的執行過程是自動執行的，采取必要的措施來保證操作的正確性和可控性具有重要意義[3]。現有的程序化操作票執行過程都設計了步驟信息的上送，但步驟信息只是反映了操作票執行的結果，而命令的交互則貫穿整個程序化操作過程，在調票、選擇、執行、繼續執行、終止執行的每個階段都需要命令交互，因此很有必要研究對命令交互過程發生的異常和錯誤情況進行建模。

本文在總結試點變電站運行經驗的基礎上，并基于IEC61850控制模型，對變電站程序化操作整個過程中可能出現的出錯原因進行建模和設計，為監控中心提供詳細的程序化操作過程信息，操作人員可通過人機交互界面處理異常情況。本文對命令出錯類型和原因的建模方案不局限于程序化操作的應用，亦可推廣應用到數字化變電站所有的控制命令。

1 站內通訊協議

IEC61850采用了面向對象的數據模型，使得在整個變電站域內，所有的智能電子設備節點模型中的任意信息點都有其獨一無二的層次化標準引用名，通過引用名可以實現所需信息的簡單快速查找與定位，為裝置間信息交互和裝置內部函數調用提供了高效的手段[2]。且IEC61850可承載操作票及操作過程信息，通訊方式快速可靠，可以方便實現間隔層裝置之間的通訊。因此IEC61850是目前實現不同廠家程序化操作互聯互通的協議的不二選擇。

2 IEC61850控制模型

在IEC61850中，控制服務可分為加強型控制和普通型控制兩大類。加強型控制需對控制的結果進行校驗，以判斷執行是否成功；普通控制不需要校驗執行結果，控制過程隨著執行的結束而結束。加強型控制又分為帶預置和不帶預置兩種，即分為加強型選擇控制和加強型直控。普通控制也分為選擇型控制和直控[3]。

加強型選擇控制方式多用于對執行過程的可靠性要求較高的場合，如斷路器及隔離開關遙控、保護軟壓板投退等。其他一些要求快速執行而不要進行任何校驗的場合會選用直控方式，直接對控制對象進行控制，一步執行完畢即控制結束，如保護測控裝置的遠方復歸、變壓器有載調壓開關檔位升降的急停等。本文基于加強型選擇控制服務討論程序化操作。

3 程序化操作流程

實現程序化操作有兩種方案：單獨采用程序化操作服務器實現的方案（方案1）和采用間隔層設備與程序化操作服務器共同實現的方案（方案2）[4]。目前國內大部分廠家采用方案2，本文基于方案2來討論程序化操作命令出錯情況的建模和處理[5]。

程序化操作對下的命令包括五種：（1）操作票的調取操作。（2）操作票的選擇操作。（3）操作票及操作項的執行操作。（4）操作票及操作項的繼續執行操作。（5）操作票及操作項的終止執行操作。其中繼續執行用在有提示操作項的情況，需等待操作人員進行操作的確認或需要人工參與操作之后，才能繼續執行后續操作項。

圖1是單裝置程序化操作票后臺與裝置之間的命令交互流程。首先后臺下發程控調票命令，裝置上送相應操作票的校驗碼，校驗通過后后臺下發程控選擇命令，裝置進行反校，后臺收到反校后下發程控執行命令，裝置進行執行反校，然后上送執行過程中的步驟信息。

圖1給出的僅是命令正常執行情況下的交互流程，命令執行過程可能出現的異常情況并沒有在圖中體現。為了對程控操作過程命令出錯的情況進行統一規范的描述，本文對采用IEC61850通訊的命令出錯的原因進行建模，并在操作客戶端顯示命令出錯原因的具體描述，可供操作員在命令交互過程出現異常時進行人為干預。

4 程控命令出錯原因建模

命令出錯原因僅在命令出錯時起作用，因此采用MMS讀寫服務[6]實現命令出錯原因的方式比采用MMS報告方式更符合應用要求。且命令出錯原因的上送，完全由客戶端發起，當服務器（測控保護裝置）對客戶端下發的命令回復否定返校時，由客戶端向服務器發起命令錯誤類型和錯誤索引的讀服務，服務器進行響應，監控后臺根據裝置上送的錯誤類型和錯誤索引得到命令出錯原因的中文描述，并將其顯示于操作界面，告知操作員裝置不能執行某一命令或執行某一命令出錯的具體原因。其中錯誤類型表示出錯原因的種類，錯誤索引則是對錯誤類型的擴展，即對應錯誤類型的具體出錯原因條目。

CID模型文件對命令出錯原因的LNode Type和LN（Logic Node）建模設計如圖2和圖3所示，命令出錯原因LNodeType除了包含必備的邏輯節點信息：Mod（模式）、Beh（性能）、Health（健康狀態）和NamPlt（銘牌）[7～8]外，還包含了與命令出錯原因相關的兩個專用功能：錯誤類型（CMDErrType）和錯誤索引（CMDErrIdx），這兩個DO的公用數據類CDC為INS（整數狀態）。endprint

5 程序化操作異常情況建模的應用

程序化操作實際操作時完全依照預先定義序列或者根據該序列自適應形成實際操作序列，以達到“一鍵操作”的目的。我們將一個程序化操作抽象為操作票，該操作票對應一個狀態到另一狀態的切換，并包含有先后操作順序的操作步驟，每步驟包括操作前判斷邏輯（執行條件）、操作內容、操作后確認條件（確認操作是否成功），整張操作票還可配置執行中的出錯條件表達式。在程序化操作執行過程中這些條件都有可能不滿足或出錯，而且也有可能在程控執行之前的操作票調取和選擇階段就出現異常情況，為了盡可能詳盡的描述每種異常情況，減少操作人員人為排查程序化操作出錯原因的工作量，本文對程序化操作的出錯原因的出錯類型和出錯索引進行如下設計。將程序化操作出錯類型分為以下幾類。

執行條件不滿足。

確認條件不滿足。

出錯條件滿足。

操作項執行過程中出錯。

命令出錯。

等待超時錯誤，例如等待后臺確認操作票執行結果，后臺超時響應。

上述出錯類型并不是每種都需要擴展出錯索引，執行條件不滿足、確認條件不滿足、出錯條件滿足、等待超時錯誤這幾種出錯類型已經描述得非常具體，操作員從這幾種出錯類型就可直觀的判斷出程序化操作的出錯原因。下面主要對操作項執行過程中出錯和命令出錯這兩種錯誤類型的錯誤索引進行擴展。

操作票的操作序列即操作項，操作票的執行實際上就是操作項的順序執行，操作項執行過程中出錯是程序化操作最為常見的出錯類型。下面是對操作項執行過程中出錯類型的出錯索引的擴展，錯誤索引可根據實際工程應用需要進行擴充。

裝置閉鎖。

裝置檢修。

選擇回采值錯誤。

遙控對象不存在。

未經選擇就執行。

執行超時。

當前操作不允許。

控制位置不允許。

選擇校驗出錯。

聯鎖條件不滿足。

程控命令包括調票、選擇、取消、執行、繼續執行命令等，程控命令出錯一般是后臺在調票、選擇、取消、執行、繼續執行命令時，裝置校驗順控命令不通過。對程控命令出錯索引的擴展如下。

設備態組越限。

源態錯誤。

目標態錯誤。

無對應操作票。

源態與當前態不符。

在非執行狀態接收到繼續執行命令。

在初始狀態接收到撤銷命令。

在非選擇狀態接收到執行命令。

步驟號不正確。

設備態發生變化。

指定設備態或遙控通道號與選擇命令不對應。

五防不滿足條件。

取CRC出錯。

6 結語

目前，程序化操作的方案已經比較成熟，在國內變電站自動化系統中也得到了較為廣泛的應用，但是對程序化操作過程出現的異常情況或是出錯情況的處理甚少提及。針對數字化變電站，本文基于IEC61850控制模型提出程控命令交互異常情況的建模及其應用，并對程控命令出錯的原因進行了分類和擴展，引入了錯誤類型和錯誤索引的概念。

按照本文提出的命令出錯類型和出錯索引的建模方案研發的程序化操作系統在實際變電站中已投運，工程實踐證明，針對程控命令交互異常情況的建模增強了程控自動執行過程的可控性，實現了程序化操作過程出現異常情況的原因的直觀展示，減輕了操作人員人為分析和處理異常情況的工作量。同時，本文提出的命令出錯類型和出錯索引的建模方案也在數字化變電站其它的控制命令中得到了應用，為數字化變電站所有命令異常和出錯情況的處理提供了有效的手段。

參考文獻

[1] 王永明，郭碧媛，張豐.分布式變電站程序化操作系統的實現[J].電力系統保護與控制，2010，38（4）：91-94.

[2] 王淑超.程序化操作在IEC61850變電站自動化系統中的應用[J].電力系統自動化，2010，34（8）：111-114.

[3] 羅欽，段斌，肖紅光，等.基于IEC61850控制模型的變電站防誤操作分析與設計[J].電力系統自動化，2006，30（22）：61-65.

[4] 葉鋒，沈峻，楊世驊，等.程序化操作在變電站自動化系統中的實現[J].電力系統自動化，2006，30（21）：90-94.

[5] 張靜，李先波，李科，等.基于腳本語言的智能程序化操作方案[J].電力系統自動化，2012，36（6）：112-115.

[6] 徐志超，李曉明.基于IEC61850規約的IED模型動態建模問題研究[J].華東電力，2011，39（7）：1073-1077.

[7] IEC61850-7-3. Communication networks and systems in substations-Part 7-3： Basic communication structure for substation and feeder equipment-Common data classes：2003[S].

[8] 羅四倍，黃潤長，崔琪，等.基于IEC61850標準面向對象思想的IEC建模[J].電力系統保護與控制，2009，37（17）：88-92.endprint

5 程序化操作異常情況建模的應用

程序化操作實際操作時完全依照預先定義序列或者根據該序列自適應形成實際操作序列，以達到“一鍵操作”的目的。我們將一個程序化操作抽象為操作票，該操作票對應一個狀態到另一狀態的切換，并包含有先后操作順序的操作步驟，每步驟包括操作前判斷邏輯（執行條件）、操作內容、操作后確認條件（確認操作是否成功），整張操作票還可配置執行中的出錯條件表達式。在程序化操作執行過程中這些條件都有可能不滿足或出錯，而且也有可能在程控執行之前的操作票調取和選擇階段就出現異常情況，為了盡可能詳盡的描述每種異常情況，減少操作人員人為排查程序化操作出錯原因的工作量，本文對程序化操作的出錯原因的出錯類型和出錯索引進行如下設計。將程序化操作出錯類型分為以下幾類。

執行條件不滿足。

確認條件不滿足。

出錯條件滿足。

操作項執行過程中出錯。

命令出錯。

等待超時錯誤，例如等待后臺確認操作票執行結果，后臺超時響應。

上述出錯類型并不是每種都需要擴展出錯索引，執行條件不滿足、確認條件不滿足、出錯條件滿足、等待超時錯誤這幾種出錯類型已經描述得非常具體，操作員從這幾種出錯類型就可直觀的判斷出程序化操作的出錯原因。下面主要對操作項執行過程中出錯和命令出錯這兩種錯誤類型的錯誤索引進行擴展。

操作票的操作序列即操作項，操作票的執行實際上就是操作項的順序執行，操作項執行過程中出錯是程序化操作最為常見的出錯類型。下面是對操作項執行過程中出錯類型的出錯索引的擴展，錯誤索引可根據實際工程應用需要進行擴充。

裝置閉鎖。

裝置檢修。

選擇回采值錯誤。

遙控對象不存在。

未經選擇就執行。

執行超時。

當前操作不允許。

控制位置不允許。

選擇校驗出錯。

聯鎖條件不滿足。

程控命令包括調票、選擇、取消、執行、繼續執行命令等，程控命令出錯一般是后臺在調票、選擇、取消、執行、繼續執行命令時，裝置校驗順控命令不通過。對程控命令出錯索引的擴展如下。

設備態組越限。

源態錯誤。

目標態錯誤。

無對應操作票。

源態與當前態不符。

在非執行狀態接收到繼續執行命令。

在初始狀態接收到撤銷命令。

在非選擇狀態接收到執行命令。

步驟號不正確。

設備態發生變化。

指定設備態或遙控通道號與選擇命令不對應。

五防不滿足條件。

取CRC出錯。

6 結語

目前，程序化操作的方案已經比較成熟，在國內變電站自動化系統中也得到了較為廣泛的應用，但是對程序化操作過程出現的異常情況或是出錯情況的處理甚少提及。針對數字化變電站，本文基于IEC61850控制模型提出程控命令交互異常情況的建模及其應用，并對程控命令出錯的原因進行了分類和擴展，引入了錯誤類型和錯誤索引的概念。

按照本文提出的命令出錯類型和出錯索引的建模方案研發的程序化操作系統在實際變電站中已投運，工程實踐證明，針對程控命令交互異常情況的建模增強了程控自動執行過程的可控性，實現了程序化操作過程出現異常情況的原因的直觀展示，減輕了操作人員人為分析和處理異常情況的工作量。同時，本文提出的命令出錯類型和出錯索引的建模方案也在數字化變電站其它的控制命令中得到了應用，為數字化變電站所有命令異常和出錯情況的處理提供了有效的手段。

參考文獻

[1] 王永明，郭碧媛，張豐.分布式變電站程序化操作系統的實現[J].電力系統保護與控制，2010，38（4）：91-94.

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5 程序化操作異常情況建模的應用

程序化操作實際操作時完全依照預先定義序列或者根據該序列自適應形成實際操作序列，以達到“一鍵操作”的目的。我們將一個程序化操作抽象為操作票，該操作票對應一個狀態到另一狀態的切換，并包含有先后操作順序的操作步驟，每步驟包括操作前判斷邏輯（執行條件）、操作內容、操作后確認條件（確認操作是否成功），整張操作票還可配置執行中的出錯條件表達式。在程序化操作執行過程中這些條件都有可能不滿足或出錯，而且也有可能在程控執行之前的操作票調取和選擇階段就出現異常情況，為了盡可能詳盡的描述每種異常情況，減少操作人員人為排查程序化操作出錯原因的工作量，本文對程序化操作的出錯原因的出錯類型和出錯索引進行如下設計。將程序化操作出錯類型分為以下幾類。

執行條件不滿足。

確認條件不滿足。

出錯條件滿足。

操作項執行過程中出錯。

命令出錯。

等待超時錯誤，例如等待后臺確認操作票執行結果，后臺超時響應。

上述出錯類型并不是每種都需要擴展出錯索引，執行條件不滿足、確認條件不滿足、出錯條件滿足、等待超時錯誤這幾種出錯類型已經描述得非常具體，操作員從這幾種出錯類型就可直觀的判斷出程序化操作的出錯原因。下面主要對操作項執行過程中出錯和命令出錯這兩種錯誤類型的錯誤索引進行擴展。

操作票的操作序列即操作項，操作票的執行實際上就是操作項的順序執行，操作項執行過程中出錯是程序化操作最為常見的出錯類型。下面是對操作項執行過程中出錯類型的出錯索引的擴展，錯誤索引可根據實際工程應用需要進行擴充。

裝置閉鎖。

裝置檢修。

選擇回采值錯誤。

遙控對象不存在。

未經選擇就執行。

執行超時。

當前操作不允許。

控制位置不允許。

選擇校驗出錯。

聯鎖條件不滿足。

程控命令包括調票、選擇、取消、執行、繼續執行命令等，程控命令出錯一般是后臺在調票、選擇、取消、執行、繼續執行命令時，裝置校驗順控命令不通過。對程控命令出錯索引的擴展如下。

設備態組越限。

源態錯誤。

目標態錯誤。

無對應操作票。

源態與當前態不符。

在非執行狀態接收到繼續執行命令。

在初始狀態接收到撤銷命令。

在非選擇狀態接收到執行命令。

步驟號不正確。

設備態發生變化。

指定設備態或遙控通道號與選擇命令不對應。

五防不滿足條件。

取CRC出錯。

6 結語

目前，程序化操作的方案已經比較成熟，在國內變電站自動化系統中也得到了較為廣泛的應用，但是對程序化操作過程出現的異常情況或是出錯情況的處理甚少提及。針對數字化變電站，本文基于IEC61850控制模型提出程控命令交互異常情況的建模及其應用，并對程控命令出錯的原因進行了分類和擴展，引入了錯誤類型和錯誤索引的概念。

按照本文提出的命令出錯類型和出錯索引的建模方案研發的程序化操作系統在實際變電站中已投運，工程實踐證明，針對程控命令交互異常情況的建模增強了程控自動執行過程的可控性，實現了程序化操作過程出現異常情況的原因的直觀展示，減輕了操作人員人為分析和處理異常情況的工作量。同時，本文提出的命令出錯類型和出錯索引的建模方案也在數字化變電站其它的控制命令中得到了應用，為數字化變電站所有命令異常和出錯情況的處理提供了有效的手段。

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