基于業務流程管理的智能變電站調試支撐平臺研究

徐明宇,王 冰,穆興華,陳曉光,于海洋,武國良,曲雪瑩

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030;2.哈爾濱智能熱電設計院,哈爾濱 150090; 3.杭州國電機械設計研究院有限公 司,杭州 310000)

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基于業務流程管理的智能變電站調試支撐平臺研究

徐明宇1,王 冰2,穆興華1,陳曉光1,于海洋1,武國良1,曲雪瑩3

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030;2.哈爾濱智能熱電設計院,哈爾濱 150090; 3.杭州國電機械設計研究院有限公 司,杭州 310000)

針對智能變電站調試出現的問題,提出建設調試支撐平臺的觀點,闡述了平臺建設原理和平臺建設思路。同時結合以往調試經驗,預估了該平臺在實際工作中的使用效果,簡化了測試流程,提高了工作效率,確保了測試規范化和自動化。

智能變電站;業務流程管理;調試;平臺

當前,智能變電站已進入大規模建設、運行階段。在建設階段,項目管理部門缺失對智能變電站二次系統調試過程的有效管控技術手段(例如:任務流程管控;資料統一存儲、版本記錄;修改變動追蹤等),缺乏各參與方業務活動開展、變化過程的量化指標及考核,缺少業務數據、業務活動的質量、時間等維度的約束及分析,對智能變電站整個調試周期和工程質量造成了嚴重影響。針對這些問題,實現智能變電站二次系統調試過程的有序管理,變動過程的可控、受控,變動數據的搜集、量化,進而保證工程質量，提高建設效率,提升信息化管理能力,以適應大規模建設和安全運行需求就有著極其重要的意義[1]。因此本文提出基于BPM業務流程管理的智能變電站調試支撐平臺概念,該平臺能夠有效解決目前智能變電站調試中暴露出來的過程不受控、管理考核不充分、質量無法保證、難以適應大規模建設和安全運行需求等一系列問題。

1 智能變電站調試要求

基于IEC61850通信協議的智能變電站引起了一、二次設備的變革。尤其是二次設備較之常規變電站二次設備發生了很大變化,造成傳統的二次系統調試方案及手段已不能適應智能變電站的具體需求,給變電站建設、運行、檢修和維護提出更高的要求,并帶來全新的挑戰[2]。

IEC61850標準使用的是分層分布結構,將智能變電站自動化系統分為過程層、間隔層和站控層,過程層與間隔層之間建立過程網絡通信層,間隔層與站控層之間建立間隔網絡通信層,兩個網絡層級之間及層級內部均采用光纖數字化傳輸[3]。通信規約按照不同功能的網絡塊區分為MMS、GOOSE、SV網絡。其中間隔層與站控層只是網絡接口和通信模型有細微不同,而過程層卻變化很大,常規變電站的信號二次回路及控制回路被GOOSE網絡傳遞替代,交流回路也被SV網替代。所以智能變電站測試環境和測試內容與常規變電站比較,則發生了較大的變化,具體的調試內容如表1所示。

與常規變電站相比,從管理角度來看,智能變電站在二次系統調試過程的管理原則依舊適用,即理清調試過程包括哪些階段,每個階段包含哪些環節,每個環節的輸入和輸出,每個環節的工作內容和深度要求。

參考常規變電站的調試經驗,智能變電站二次系統的調試可大致分為單體設計、分系統調試、系統聯調、全站驗收等環節。由于智能變電站新技術的應用,其內在業務活動、業務數據發生了很大變化[4],即二次系統的信息交換載體由過去單純的設計圖紙變成了符合IEC61850標準的SCL語法的ICD、SCD、CID配置文件,每個環節中的工作內容、輸入輸出及深度要求發生了很大的變化,因此對每個階段管理的方式方法及手段則提出了新的要求。

1) 調試工作需要依賴于符合標準的ICD文件和SCD文件,上述文件版本應統一管理、版本有序。

2) 調試工作除常規保護邏輯功能驗證外,應緊密圍繞SCD文件進行SV采樣信息試驗、GOOSE事件信息試驗、信息互通互聯試驗和設備互操作試驗。由于配置文件不具備人工直觀的可讀性,因此應探索研究利用技術輔助手段自動完成涵蓋上述內容的調試全套方案的自動生成。

3) 現場調試階段二次系統存在多次修改、變動的情形,所以必須有手段實現改動從提出、審核、整改及復核的閉環管理,并可追溯統計。

4)調試完畢后移交的資料中SCD配置文件成為重點,且要保證移交的SCD文件與現場運行的裝置配置一致。

智能變電站二次系統調試過程以SCD文件為核心,它基于ICD文件和回路設計生成SCD文件,再到系統聯調、現場調試、系統驗收等環節對SCD文件進行驗證和完善。在此過程中存在多個階段和不同參與單位,每個階段需要二次設備制造商、設計院、調試單位、系統集成商等多個角色參與,參與者之間需要進行信息和數據交互,業務活動與業務數據是否按時、準確、標準,和上下游環節均會緊密相連,進而對整個集成過程產生影響,體現出二次系統的調試過程是一個經過多個階段、由多方參與、共同協作的復雜的制造過程[5]。具有如下特征:

1) 過程涉及多個階段,每個階段多個環節,且多方參與。

2) 環節之間的工作開展需要統籌編排,需要支持工作的并行和串行開展。

3) 各環節需要緊密協作,需要進行數據交換與共享。

4) 各業務活動需要相應的技術手段進行支持。

2 調試支撐平臺原理

當前智能變電站二次系統調試過程經歷多個環節,每個環節由不同的企業承接。從全局角度看,整個調試過程需要有效銜接各環節,保證SCD文件集成高效正確、二次設備邏輯無誤,可靠動作,最終保障智能變電站正常投入運行。從某個環節看,承接該環節的企業需要協調內部資源,從而促進該環節業務目標的達成。從工程管理角度看,管理單位需要全面、詳細、及時地了解各參與單位在不同環節的執行情況,并能夠采取有效措施來約束、影響參與單位的業務活動。可見,智能變電站二次系統調試過程是一個目標鮮明、階段清晰、企業職責明確且涉及企業之間、企業內部資源協調與調度的業務流程。針對這樣一個目標明確、經過多個階段、由多方參與、共同協作的復雜的制造過程,調試支撐平臺將BPM業務流程管理的思想作為解決方案的理論基礎[6]。

調試支撐平臺利用SSI基礎架構為核心的企業應用系統建設平臺技術、先進的BPM流程引擎定制化技術構建IEC61850標準的SCL語法的各種配置文件數據庫。該平臺是一個把站控層和過程層緊緊結合的綜合性系統,平臺依照讀取智能變電站現在的SCD文件內容,自動解析每臺被測裝置IED站控層對應的系統參數、保護定值、保護壓板、保護控制字等的引用變量位置,生成XML全站系統庫,供用戶在配置IED模板時調用。完成模板配置之后,就可以正確讀取被測裝置的參數和壓板狀態,把系統CT、PT自動映射到過程層SV中,過程層的SV、GOOSE配置根據用戶模板配置自動完成參數映射,自動檢查虛端子連接情況和通道映射。

該平臺工作主要依托于ICD和SCD檢測工具。ICD檢測工具的主要功能是驗證各個廠家提交的ICD文件的正確性,包括XML語義合法性校驗,根據IEC61850標準及Q/GDW 396《IEC61850工程繼電保護應用模型》標準等擴展標準判定ICD文件是否符合。校驗過程包括提交ICD文件時自動語義校驗和手動進行IEC61850標準的合法性校驗,校驗發現ICD文件不符合標準則給出相應提示。SCD檢測工具的主要功能是對二次系統設計工具生成或其他集成商給出的SCD文件的合法性和有效性進行校驗,可以快速檢測出SCD文件是否可用,檢測內容主要包括通信、IED、模板三部分。

BPM強調以業務流程為中心,關注端到端的業務流轉,最大限度地實現技術上的功能集成和管理上的職能集成。其構建過程可總結為:以整合業務能力為基礎,以持續監控與改進為原則,以價值增值為目的的循環過程,如圖1所示。

圖1 BPM建設三要素

鑒于當前智能變電站二次系統集成過程業務及職責界定不清晰、業務考核維度不明確、業務的技術支持手段缺失等一系列問題,提出了全面業務能力整合,即通過業務整合,規定業務能力,并通過三個要素進行衡量、評估,如圖2所示。

圖2 業務能力

通過對業務能力三要素的引申,參與智能變電站二次系統調試過程的業務單位,其業務活動和業務數據可從三個維度進行考核和約束:按時性、準確性、標準性。

例如,智能變電站單體設備調試活動,該業務處于整個調試過程的前端,它能否按時保質交付設計結果對整個工程周期有著關鍵的影響。為了達到這個目標,調試單位必須對單體調試階段下包含的各項子業務的時限、質量提出要求和約束。通過責任的逐層分解,促使相關參與方采取合適手段來完成目標。當然,項目管理單位無需關注單體調試階段具體子業務的執行情況,只需掌握該階段的前后端、任務執行的時效性、任務結果的標準性和準確性,從而判斷參與單位的工作態度、工作水平,進而采取相應的管理手段進行干預。

圍繞業務能力整合展開工作,智能變電站二次系統調試管理工作的解決思路分為四大塊內容:

1) 業務分析。分析達成目標所需的業務能力以及提供這些業務能力的組織和機構,同時,針對業務能力確定考核維度,明確考核信息搜集匯總方式。

2) 業務建模。建立跨組織的業務流程模型,建立業務輸入輸出的業務數據單元模型，將業務能力分配到具體的組織和機構。

3) 平臺搭建。構建一套支撐業務流、工作流、數據流運轉,并集成專業技術支撐工具的軟件系統。它包含作業管理、數據信息管理、工程管理功能、指標統計功能等模塊。

4) 工具支撐。緊密結合現場調試作業實際,利用可視化工具、差異化比對工具和一致性檢測工具協助調試人員直觀、高效地完成調試工作。

3 平臺建設思路

3.1 業務分析

業務分析包括業務分解、業務接口定義、數據標準定義。

業務分解:目標導向,基于結果進行自頂向下的分析,基于現有的業務進行自底向上的分析。智能變電站SCD配置文件集成活動,以二次系統正常運轉為目標,為智能變電站運行維護可監測、可檢測、可維護提供條件為最終目的;針對此目標進行分解,并結合常規變電站的集成方法,提出智能站的業務活動及業務流程。

業務接口定義:基于生產者/消費者模式進行業務接口定義。任何一個業務既是生產者,又是消費者,且業務生產與消費的對象是業務數據單元。

數據標準定義:

1) 關聯到業務。任何業務數據單元都由業務產生,并供業務消費,包含到業務數據對象。業務數據單元由業務產生而業務執行時依賴于具體的業務數據對象。

2) 可識別。業務數據單元能夠被識別,業務流程運轉時,平臺需要認識到某個業務產生了什么業務數據單元和哪些業務使用什么業務數據單元。

3) 完整性。業務之間交互的過程中,要保證該業務數據單元是完整的,要么整個業務數據單元被傳遞給消費者(業務),要么完全沒有傳遞給消費者。

4) 獨立性。各業務數據單元之間沒有互相依賴,某個業務數據單元傳遞失敗不應該影響已經完成傳遞的業務數據單元,也不應該影響尚未傳輸的業務數據單元。

3.2 業務建模

業務建模包含業務流程建模、業務數據單元建模、組織機構建模。

業務流程建模:

1) 區分業務流與工作流。業務的參與者是組織,而具體工作的參與者是人或自動化工具。

2) 關聯業務流與工作流。業務流程體現組織之間的業務交互,工作流程是組織內部人員的協同工作過程。一個業務包含一個或多個工作流程,所有的工作流程結束后,該業務也自動完成。

3) 關聯業務與業務數據單元。每個業務擁有一個或多個業務數據單元的輸入,而輸出且僅輸出一個業務數據單元。

4) 業務流程模型中的業務與具體的組織無關,業務的參與組織在運行時動態綁定。

5) 依據組織結構,業務流程應該層次化建模,第一層業務流程與組織對應,第二層業務流程與部門對應,以此類推。

業務數據單元建模:調試支撐平臺應具備對過程數據進行統一管理的能力,業務數據從類型、空間、時間三個維度進行版本化管理,業務數據版本按類型、空間和時間三個維度標識確定。

1) 按業務節點類型確定類型維度。

2) 按業務數據產生地點確定空間維度,同一類型的數據保證在空間維度標識的唯一性。

3) 按業務過程實例生成時間確定時間維度的標識。

組織機構建模:

1) 支持管理多企業。

2) 區分管理類企業與參與類企業,管理類企業主要從事過程監視、技術決策等管理活動;參與類企業是具體業務的負責方。

3) 區分企業內部角色與工程項目角色,企業內部角色屬于企業,由各企業維護,而工程項目角色不屬于任何企業。

4) 區分管理類角色與參與類角色,管理類角色主要擁有管理類權限,參與類角色擁有作業類權限。

5) 動態綁定企業與業務、人員與任務,工程項目負責方直接對業務進行管理,間接對企業與人員進行管理與績效評估。

3.3 平臺搭建

通過搭建平臺支撐業務流、工作流以及數據流的運轉。

3.3.1 調試流程管理

依托流程分工,對智能變電站二次系統調試過程進行合理分工,將各環節工作分配至相關單位,有效理清各環節中不同單位的職責,為整個調試過程的流暢運轉創造前提。

以單體調試為例,主要流程簡述如下:

1) 根據調試規范,編寫現場調試方案和調試報告;

2) 調試人員按照調試方案開展現場調試工作,并記錄調試結果;

3) 調試人員負責匯總整理現場調試報告;

4) 調試人員向下一環節移交完整、準確的資料。

分系統調試、系統聯調與上述流程類似。通過任務跟蹤,可實時追蹤進展情況,便于管理單位及時了解工程動態,開展工作。通過作業管理,實現了調試過程中各參與單位作業的規范化、流程化、標準化。上游作業完畢后,自動生成下游作業任務,并輔之以短信、郵件提醒,第一時間將任務信息傳遞到責任人,大大提高多方協作時管理工作的便利性。同時,數據跟隨業務進行自動流轉,保證了不同業務活動中數據的準確性、完整性。

依托統計分析,將調試活動各參與單位任務的執行情況,即執行時間、執行質量,按照其準確性、標準性進行考核。平臺可按照指定的要求,定期自動或手動形成信息匯總,涵蓋調試報告總結、任務執行情況、缺陷匯總等方面,為管理單位提供數據支撐。

依托缺陷追蹤,實現智能變電站二次系統驗收環節中缺陷的及時發現,被指定的問題責任方可迅速收到問題反饋并解決問題。一方面縮減問題發現到問題處理這個過程的溝通成本;另一方面也有助于積累智能變電站調試過程中遇到的問題,為后續優化業務流程、改進業務規范提供素材。

3.3.2 資料管理

提供智能變電站調試過程中常用資料的統一管理入口。針對確定的變電站工程,提供ICD、SCD配置文件、圖紙資料等調試文檔的集中管理功能,實現了資料的可控在控,為相關人員的檢索、運用提供了便利。

3.4 工具支撐

技術支持工具是智能變電站二次系統調試過程中不可或缺的另一大要素,應遵循如下原則:符合智能變電站調試過程實際某類業務的作業需求,例如智能變電站SCD文件在調試現場存在修改的需求,同時調試人員對于IEC61850標準理解掌握的通常不夠深入,不具備直接進行修改的能力,就需要SCD可視化編輯軟件能夠支持調試環節對于二次系統的修改。對此,平臺提供各種高效易用的在線支持工具,除去SCD可視化編輯軟件外,還包括配置文件一致性檢測工具,通過在線支持工具實現變電站智能設備配置文件在不同應用場景下的檢測,調試迭代過程中配置文件差異的快速展示,以有效保證調試效率和調試質量。

4 結 語

在“十二五”階段,智能變電站已大規模建設、投運。如果按照當前智能變電站的建設實際,二次系統調試過程中各參與單位主體責任不明晰,相互之間推諉扯皮,各環節任務執行情況記錄不全面、不及時,造成無法追蹤回溯,進一步導致工程管理單位面對問題時缺乏考核數據而不能開展考核,無法要求參與單位切實落實其工作職責,這勢必造成智能變電站調試周期增長,調試質量無法保障,且給將來的運行維護留下隱患,以致很難實現智能化建設目標。因此本文提出了智能變電站二次系統調試過程的管理措施及其支持平臺建設思路,以解決智能變電站現場調試過程中遇到的一系列問題。這對于實現國內智能變電站的規范化調試具有現實意義,對保證變電站建設質量、電網安全運行和行業技術進步也具有深遠意義[7]。

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[7] 吳在軍,胡敏強.基于IEC61850標準的變電站自動化系統研究[J].電網技術,2003,27(10):61-65.WU Zaijun, HU Minqiang.Research on a substation automation system based on IEC 61850[J].Power System Technology,2003,27(10):61-65.

(責任編輯 張興業)

Research on debugging support platform for intelligent substation based on BPM

XU Mingyu1, WANG Bing2, MU Xinghua1, CHEN Xiaoguang1, YU Haiyang1, WU Guoliang1,QU Xueying3

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China;2.Harbin Intelligence Thermo-electricity Designing Institute, Harbin 150090, China;3.Hangzhou State Electric Machinery Design and Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)

Aiming at the problems in debugging of intelligent substation, this paper proposed to construct the debugging support platform, expounded its construction principle and thinking, and estimated, on the basis of the debugging experience, the working effects in practice, including the simplification of testing process, the improvement of work efficiency, and the insurance of testing standardization and automation.

intelligent substation;BPM;debugging;platform

2015-11-25。

徐明宇(1983—),男,高級工程師,從事繼電保護相關研究。

TM63

A

2095-6843(2016)05-0380-05