變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)體系及數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的研究

摘 要：變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用，文章設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控集成運(yùn)行系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的總體技術(shù)框架圖，并對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)的形式和數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，表明采用B/S架構(gòu)、J2EE開發(fā)平臺(tái)，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)和IEC61970標(biāo)準(zhǔn)搭建系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊是一個(gè)較好的選擇。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)控；架構(gòu)體系；數(shù)據(jù)通訊；變電設(shè)備

引言

變電設(shè)備是電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，對(duì)于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行管理精益化水平具有重要的意義。

目前，現(xiàn)有的輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍存在各個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)共享困難，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理零散，展示力度不夠，設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)不充分，系統(tǒng)二次開發(fā)困難等缺點(diǎn)，已經(jīng)難以滿足電網(wǎng)企業(yè)的需求[1]。迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)各種在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、高壓試驗(yàn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)與設(shè)備臺(tái)帳數(shù)據(jù)的共享；能夠通過多種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合展示；具備運(yùn)行監(jiān)控、故障監(jiān)視、智能預(yù)警、診斷分析等多功能的變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成應(yīng)用系統(tǒng)總體框架圖

針對(duì)以上需求，廣州市供電局開發(fā)了一套實(shí)用的變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控集成運(yùn)用系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)主站、故障監(jiān)視、數(shù)據(jù)展示管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、智能告警引擎、智能巡檢、查詢統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等部分。數(shù)據(jù)主站通過標(biāo)準(zhǔn)接口將在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、廣州局?jǐn)?shù)據(jù)中心臺(tái)賬信息、高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)分析平臺(tái)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行初步診斷分析，質(zhì)量監(jiān)控平臺(tái)提供數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則，分辨數(shù)據(jù)有效性，對(duì)異常數(shù)據(jù)發(fā)出告警源；運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)異常發(fā)出告警源；智能告警引擎采用告警策略，對(duì)告警源進(jìn)行統(tǒng)一告警。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究

按照系統(tǒng)需求，對(duì)現(xiàn)有的軟件開發(fā)體系B/S架構(gòu)與C/S架構(gòu)[2]進(jìn)行考察。

C/S模式是一種兩層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，第一層在客戶機(jī)上安裝了客戶機(jī)應(yīng)用程序，第二層在服務(wù)器上安裝服務(wù)器管理程序。由客戶機(jī)程序發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器程序接收處理后返回結(jié)果。該模式的優(yōu)點(diǎn)是：（1）應(yīng)用與服務(wù)分離，系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活性好；（2）采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)模式，安全可靠；（3）客戶端與服務(wù)器端直接連接，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)是在C/S模式中，一旦軟件系統(tǒng)升級(jí)，作為客戶機(jī)的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝客戶機(jī)程序，因此系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)較為復(fù)雜。

B/S模式，即瀏覽器/服務(wù)器模式，其本質(zhì)是三層結(jié)構(gòu)的C/S模式。在用戶的計(jì)算機(jī)上安裝瀏覽器軟件，在服務(wù)器上存放數(shù)據(jù)并且安裝服務(wù)應(yīng)用程序，用戶通過瀏覽器訪問服務(wù)器，進(jìn)行信息瀏覽、文件傳輸和電子郵件等服務(wù)。該模式的特點(diǎn)是：（1）系統(tǒng)開發(fā)、維護(hù)、升級(jí)方便。升級(jí)時(shí)，只需在服務(wù)器上升級(jí)服務(wù)應(yīng)用程序即可，無(wú)需修改用戶計(jì)算機(jī)上的瀏覽器軟件。（2）開放性強(qiáng)。用戶通過通用的瀏覽器進(jìn)行訪問，系統(tǒng)開放性好。（3）易于擴(kuò)展。由于Web的平臺(tái)無(wú)關(guān)性，B/S模式的結(jié)構(gòu)，可容易地從小型系統(tǒng)擴(kuò)展為大型系統(tǒng)。（4）用戶使用方便。

經(jīng)過比較，選擇運(yùn)行成本低、維護(hù)升級(jí)方便、擴(kuò)展性好的B/S結(jié)構(gòu)作為軟件開發(fā)的整體架構(gòu)。

目前，SUN公司提供的企業(yè)級(jí)應(yīng)用規(guī)范J2EE開發(fā)平臺(tái)，得到了越來(lái)越多開發(fā)人員的青睞[3]。J2EE體系結(jié)構(gòu)分為客戶表示層、中間邏輯層和數(shù)據(jù)管理層及應(yīng)用系統(tǒng)三個(gè)層次，各層次可以處于不同的平臺(tái)下進(jìn)行協(xié)作應(yīng)用，分布性好，可以適應(yīng)分布式管理的要求，可以有效的保護(hù)現(xiàn)有的資源不被破壞。

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。這使得構(gòu)建在該系統(tǒng)中的服務(wù)可以以統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互，系統(tǒng)有良好的移植性、擴(kuò)展性和兼容性。

因此，變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)集中應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S框架、J2EE技術(shù)和SOA架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，一方面可使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可擴(kuò)充性，非常方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；另一方面可以實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)主站平臺(tái)，并且系統(tǒng)投運(yùn)后還可以根據(jù)需要，不斷擴(kuò)充系統(tǒng)的處理能力，提高二次開發(fā)能力。

3 數(shù)據(jù)建模及通訊系統(tǒng)的研究

對(duì)現(xiàn)有變電設(shè)備而言，由于標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范不統(tǒng)一，在不同時(shí)期、不同廠家開發(fā)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)各不相同，各個(gè)系統(tǒng)間具有不同的通訊協(xié)議，遵循不同的標(biāo)準(zhǔn)體系。如配用電系統(tǒng)普遍采用IEC61968標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)度中心普遍采用IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。要想實(shí)現(xiàn)各個(gè)平臺(tái)間的信息共享和交互通信，必須對(duì)各種通訊協(xié)議進(jìn)行研究，采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議，在集成監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)“一個(gè)體系，一個(gè)模型、一個(gè)通信協(xié)議”[4]。

3.1 IEC61970/ IEC61968標(biāo)準(zhǔn)

IEC61970是國(guó)際電工委員會(huì)制定的《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）》系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了EMS的應(yīng)用程序接口（API），目的在于便于集成來(lái)自不同廠家的EMS內(nèi)部的各種應(yīng)用，便于將EMS與調(diào)度中心內(nèi)部其它系統(tǒng)互聯(lián)，以及實(shí)現(xiàn)不同調(diào)度中心EMS之間的模型交換。IEC61970標(biāo)準(zhǔn)主要由接口參考模型、公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）三部分組成，目前該標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于電力調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域，調(diào)度主站EMS系統(tǒng)遵循IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，采用CIM描述電網(wǎng)模型，使用CIS實(shí)現(xiàn)互操作。

IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn)描述了配電管理系統(tǒng)（DMS）的應(yīng)用程序接口，是電力企業(yè)多種分布式系統(tǒng)應(yīng)用集成的集成框架，傾向于支持電力企業(yè)的應(yīng)用間集成，目前配電系統(tǒng)廣泛采用IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前電力系統(tǒng)中，對(duì)變電站自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，為方便變電站中各種智能電子設(shè)備（IED）的管理以及設(shè)備間的互聯(lián)，IEC61850提出了一種公共的通信標(biāo)準(zhǔn)，它將變電站通信體系分為變電站層、間隔層和過程層。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報(bào)文規(guī)范、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向以太網(wǎng)傳輸。通過對(duì)設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個(gè)規(guī)范的輸出，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的無(wú)縫連接。目前，變電站內(nèi)的IED、測(cè)控單元和繼電保護(hù)均采用IEC61850協(xié)議進(jìn)行信息交換。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)通訊協(xié)議的選擇

考察這三種協(xié)議，作為基于網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái)的變電站唯一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)吸收了IEC60870系列標(biāo)準(zhǔn)和UCA的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)吸收了很多先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)保護(hù)和控制等自動(dòng)化產(chǎn)品和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深刻的影響。它不僅應(yīng)用在變電站內(nèi)，而且運(yùn)用于變電站與調(diào)度中心以及各級(jí)調(diào)度中心之間。國(guó)內(nèi)外各大電力公司、研究機(jī)構(gòu)都在積極調(diào)整產(chǎn)品研發(fā)方向，力圖向該標(biāo)準(zhǔn)接軌，以適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展方向。

因此，系統(tǒng)選取IEC61850通信協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸格式，構(gòu)建功能齊備、接口簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)主站，簡(jiǎn)化變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)集成應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低建設(shè)和維護(hù)成本，增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

另外，只有對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)體系的差異性和映射進(jìn)行研究，獲取基于各個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)的CIM的電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)和各種矢量圖形擴(kuò)展格式（SVG）圖數(shù)據(jù)（如全網(wǎng)潮流圖、片網(wǎng)圖、一次接線圖等等），才能實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的無(wú)縫鏈接，建設(shè)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的CIM和SVG的統(tǒng)一電網(wǎng)模型[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章設(shè)計(jì)了一種變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的框架和通訊協(xié)議進(jìn)行了研究，表明采用B/S框架、J2EE技術(shù)和SOA架構(gòu)搭建集成監(jiān)控系統(tǒng)，采用IEC61850通訊標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊，是一個(gè)非常適宜的選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]王峰，閻春雨，畢建剛，等.變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J].電力建設(shè)，2011，32（11）：31-35.

[2]黃文博，燕楊.C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)的分析與比較[J].長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，25（4）：56-58.

[3]戚欣.基于J2EE架構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2008.

[4]張濱，阮鴻飛，馬平.IEC61850與IEC61970信息共享研究[J].電力學(xué)報(bào)，2009，24（5）：405-408.

[5]崔巍，史永，孫兵.基于IEC61970/61968電網(wǎng)模型構(gòu)建和整合[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（17）：60-63.

作者簡(jiǎn)介：覃煜（1985-），男，湖北荊州人，工程師，工學(xué)碩士，從事電網(wǎng)技術(shù)監(jiān)督、高電壓試驗(yàn)與絕緣技術(shù)相關(guān)工作。