換流站控制保護系統故障輔助診斷系統的研制

郝為

摘 要：為了能夠更好的實時跟蹤定位換流站主機事件和服務器的故障。文章將開發一套直流換流站控制保護系統的故障輔助診斷系統。采用Netdde技術，利用已有的軟件接口實時監視主機可疑狀態量，并繪制狀態量的變化趨勢曲線，通過異常狀態量定位主機故障；對于服務器故障診斷，創建服務器的警告和錯誤事件的存儲過程，通過實時調用存儲過程獲取服務器的故障信息。利用該系統，能夠快速幫助用戶對各類直流控制保護系統故障進行監視，跟蹤及定位，它對原有診斷工具進行了整合，補充和完善同時又不影響原有系統的正常運行。

關鍵詞：換流站；診斷系統；實時跟蹤；NeTDDE；軟件接口

引言

隨著直流輸電系統技術的逐漸成熟，國內直流工程大量投運，其中以ABB和南瑞公司為主的MACH2直流控制保護系統，在國內廣泛應用。其異常診斷主要依賴于原有SCADA系統中工程師工作站自帶的一系列異常診斷軟件，主要包括異常報文顯示工具Intouch，異常狀態監視工具Hidraw，直流控制保護系統自定義錄波工具Inspect和波形查看工具Reval等[1-2]。

湖北省境內多數換流站運行時間較長，這些由國外廠家提供的控制保護異常診斷工具一直沒有更新，其設計存在不足，如存在無法診斷服務器異常，控制保護系統狀態量監視功能不完善，舊有診斷工具功能分散等問題。導致2010年江陵換流站出現長達10個月的雙極控制保護主機頻繁死機異常，利用上述診斷工具無論是現場檢修人員還是生產廠家均無法對異常進行準確定位，嚴重危及直流系統正常運行[3]。

1 系統功能設計

本軟件系統將利用直流控制保護系統已有的軟件接口，對系統的一些狀態量和開關狀態進行連續地監視、分析以及對服務器的報警事件進行監視，幫助運行和檢修人員對各類故障進行跟蹤及定位。

包括以下主要功能：（1）對控制保護主機軟件系統中全部狀態量的實時監視和連續記錄功能；（2）對服務器數據庫系統故障信息的實時監視及連續記錄功能；（3）任一狀態量越限檢測、告警功能；（4）服務器數據庫數據可視化瀏覽，檢索及修改功能。

直流換流站輔助診斷系統可分為主機故障診斷部分和服務器故障診斷部分，根據功能要求系統分為四個部分。分別是：查詢量監視模塊、歷史數據回放模塊、服務器事件探測器模塊，數據庫訪問模塊。四個子功能模塊分別完成其對應的軟件功能，并通過診斷系統統一的可視化界面進行操作。

其系統結構如圖1所示。

整個診斷系統采用自上而下的分層式模塊化開發流程，整個系統共分為三層，分別是用戶界面層，邏輯功能層，數據獲取層。用戶界面為用戶提供友好的診斷系統界面，同時通過用戶界面調用邏輯功能層的子功能模塊，完成相應的故障診斷功能。

2 Netdde技術

數據獲取層為邏輯功能層提供需要的數據，按照數據來源的不同可分為，控制保護系統狀態量獲取模塊，數據庫故障信息獲取模塊以及數據庫數據獲取模塊。數據獲取模塊是本系統功能正常實現的基礎。

控制保護主機接入站內局域網，并通過Netdde協議向SCADA發送數據及獲取命令，如何利用Netdde接口從主機收集數據是本功能的關鍵，其基本的數據獲取過程如圖2所示。

圖2 NetDDE動態數據交換

在圖2中，主機將數據通過Netdde協議轉換成能夠在以太網上傳播的數據包，診斷系統通過Netdde協議對數據包進行解析，最終轉換為數據，從而實現了診斷系統至主機的數據獲取流程。其關鍵技術難點在于診斷系統對Netdde數據包的解析[4]。

3 功能實現

3.1 運行狀態監視模塊

目前，站內開關量的獲取主要是根據Intouch報文來獲得，而Intouch報文只能獲取某模塊出現問題，它并不能反映到某個具體元件出了故障，因此需要對該模塊的部分開關量進行監視。開關元件的老化，機械抖動等原因，會導致開關元件瞬時誤動作（斷開或是閉合），對于故障狀態監視工具Hidraw很難撲捉到開關的瞬時故障[5]。

本模塊主要是為了解決監控系統收到高層級（如屏柜）的報警信號后，如何定位異常至較低層級（如板卡），也方便運行人員對可疑狀態量進行長時連續監測，同時提供越線報警功能，減少運行人員的工作量，免除運行人員長時間對故障狀態監視工具Hidraw進行實時監視。

為了方便運行人員和檢修人員方便快速定位故障，此模塊功能結構圖如圖3所示。

圖3 運行量查詢功能圖

監視量主要包括模擬狀態量和數字開關量。主要依據運行人員對主機狀態量是否有異常或Intouch發出來的報警，來啟動該系統對可疑狀態量進行監視。

監視內容分為狀態量和開關量，對于狀態量，系統每毫秒采集、保存一次數據，并繪制實時變化曲線。數據保存是為設備故障終端提供依據，也方便歷史數據回放。繪制實時曲線可以方便地觀察狀態量的變化趨勢，同時也有利于分析故障，趨勢曲線支持暫停繼續，放大縮小以及鼠標能撲捉到曲線上點的值大小。通過控制timer控件enabled的屬性來控制繪圖數據的獲取，從而實現暫停繼續功能；利用WindowsAPI中的PeekMessage函數來獲取鼠標滾輪滾動的消息，定義結構體lpMsg參數中的wParam參數，用來表示鼠標滾輪是向上還是向下，wparam>0表示向上動作消息，反之則向下動作消息，通過設置最大和最小消息范圍參數wMsgFilterMin、wMsgFilterMax的值為 &H20A，表示要檢索的是鼠標滾動消息，然后通過繪圖控件picture的Scale參數改變繪圖坐標系統的大小，從而實現放大縮小的功能。最后利用picture控件Mouse_Move事件來捕捉曲線上的點，然后根據捕捉點的時間來獲取對應狀態量的值。對于開關量；只輸出0和1兩種狀態。同樣每1ms采集保存一次開關量狀態，不繪制開關量變化曲線。

查詢量越線檢測需要設置狀態量的閾值，超過閾值給予報警，同時保存故障數據。越線量采用紅色標記，給工作人員提示；采用Access文件來保存數據，兩個Access文件，分別用來保存全部數據和異常數據。

3.2 服務器事件探測模塊

本模塊主要是用于監視控制保護系統的數據庫服務器，定位主機數據連接、通信和存儲至服務器過程中的異常或故障，避免主機或服務器長時間的不反應或卡死。通過對數據庫服務器警告和錯誤事件的跟蹤，還可以跟蹤服務器的操作用戶和異常操作事件。由于有些換流站自身的原因，產生了許多警告事件，為了更好的定位故障，可對警告和錯誤事件按時間或按用戶名進行篩選，最后還提供事件導出功能，將篩選事件保存在Microsoft Word文件中，方便工作人員作分析報告。為了方便工作人員方便快速定位服務器故障，此模塊功能結構圖如圖4所示。

圖4 數據庫實時故障檢測功能結構

通過SQL語句建立事件探測器模塊，采用ADO技術連接所需要監視的數據庫，然后通過sp_trace_create語句創建跟蹤定義；接著使用sp_trace_generateevent創建跟蹤警告和錯誤事件，主要包括Attention（用于收集所有提示事件，如客戶中斷請求或連接中斷等）、Exception （SQL Server產生的異常錯誤事件）、Excecution Warnings（執行SQL語句或存儲過程時出的警告）；然后使用 sp_trace_setevent添加跟蹤的事件列，主要有TextData（跟蹤事件的相關信息）、NTDomainName（用戶所屬的Windows NT域）、ClientHostName（發起請求的客戶計算機名稱）、ApplicationName（客戶端連接SQLServer的應用程序名）、StartTime（啟動事件的時間）、Seventy（異常錯誤的嚴重級別）；接著通過sp_trace_setfilter語句設置對應事件數據列的條件進行篩選；設置完成后通過sp_trace_setstatus開啟或暫停跟蹤，最后利用 fn_trace_gettable獲得以表格格式返回跟蹤警告和錯誤事件數據列的信息，為了方便分析故障和做分析報告，將使用Microsoft Word文件保存警告和錯誤事件的數據列，即記錄警告和錯誤事件信息，文件名將以當前時間命名[6]。

3.3 數據庫訪問模塊

數據庫訪問主要是用于對SQL Server數據庫中數據的查詢以及刪除功能。當直流換流站控制保護系統返回異常或故障信息時，在分析故障時需要查詢當日事件表Event和所有事件表Point；每個換流站在配置直流控制保存系統時，由于自身的原因產生了一些警告事件，它并不影響直流換流站的正常運行，因此需要提供一個刪除的功能，數據庫訪問模塊的功能結構圖如圖5所示。

圖5 數據庫訪問功能結構圖

數據庫存在于局域網內，為了方便快捷運行人員訪問數據庫，將數據庫配置成ODBC（Open Database Connectivity）數據源，ODBC是微軟公司提出的標準數據庫訪問接口，它與SQL Server服務器具有良好的兼容性；采用ADO（ActiveX Data Object）接口對象法訪問配置好的ODBC數據源，ADO對象具有更多的屬性和方法，其中可以通過設置ADO的PageSize（頁大小）、PageCount（頁數目）以及AbsolutePage（絕對頁）屬性來實現分頁顯示，同時它也提供靈活的多條件查詢[7]。

4 結束語

利用Netdde技術，本系統向接入站內局域網的控制保護主機的SCADA發送數據及獲取命令，并通過NetDDE協議監視不同廠家控制保護系統的可疑狀態量和開關量，從而快速、精確定位異常層級及設備或板卡。由于數據庫服務器與控制保護主機系統的高度耦合，本系統還研制了專用的SQL事件跟蹤模塊，以監測數據連接、通信以及存儲過程中的異常或異常，避免主機或服務器長時間沒反應或卡死等異常；同時監測服務器的操作用戶和異常操作事件，以盡快地定位異常，有效地減少了換流站的異常排查時間。

參考文獻

[1]李鋒鋒.HVDC超高壓直流輸電系統控制保護軟件的研究[D].上海交通大學，2006.

[2]田杰.高壓直流控制保護系統的設計與實現[J].電力自動化設備，2005，25（9）：10-14.

[3]戴迪.基于MACH2系統的事件流故障排查方法[J].湖北電力，2011，35（6）：18-20.

[4]何海江.NetDDE在自動化網絡中的應用[J].微計算機信息，2002，18（6）：54-57.

[5]王靖.組態軟件InTouch在電力監控系統中的應用[D].天津大學軟件學院，2008.

[6]周國賓.SQL Server數據庫數據操作跟蹤系統的設計與實現[J].福建電腦，2005，12（1）：60-62.

[7]馬紹良.用ODBC實現SQL Server 2000在VB中的應用[J].計算機應用，2003，23（1）：115-118.