智能變電站遠動快速對點系統模塊化設計

韓偉，石光，李斌，劉磊，孔圣立，劉超，時晨，李惠民，王樂挺

（1.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052；2.山東網聰信息科技有限公司，山東濟南 250101）

智能變電站遠動快速對點系統模塊化設計

韓偉1，石光1，李斌1，劉磊1，孔圣立1，劉超1，時晨1，李惠民2，王樂挺2

（1.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南鄭州 450052；2.山東網聰信息科技有限公司，山東濟南 250101）

對國內外智能變電站對點系統研究現狀進行了綜述，簡要概述了遠動系統通信方式，對比了傳統遠動對點系統和自動遠動對點系統。基于模塊化的思想，設計了一套完整的遠動對點系統，并采取校驗和CheckSum的校驗算法，對調度主站和變電站端對點表進行校對，確保結果的正確性和可靠性。關鍵詞：智能變電站；模塊化；遠動對點

隨著調控一體化運行的深入開展，智能變電站遠動功能越來越豐富，變電站廠站端與調度主站端交互的信息越來越多，形式也更加多樣化。智能變電站作為智能電網的重要組成部分，是智能調度的重要數據源。調度主站能否對變電站廠站端進行可靠調度管理十分重要，而遠動對點是解決這一問題的重要措施。

智能變電站遠動對點是指將調度中心存儲的變電站信息同實際變電站信息進行校對的過程，驗證兩者具有一致性，從而找出點表中存儲錯誤的信息[1-2]。然而目前智能變電站遠動對點測試仍需借助人工或一些功能單一的調試工具來進行，缺乏功能完善的測試系統來進行全面的定量測試，這不僅有悖于智能變電站智能化、無人操作化的發展趨勢，而且給工作人員帶來了極大的工作負擔，也給電網埋下了重大的安全隱患。

研究設計一種智能變電站遠動快速對點系統，不僅能夠應用于智能變電站與遠方調度主站之間遠動通信相關的標準化測試，全面支撐系統調控一體化運行，而且同電網安全運行密切相關。

1 研究現狀

目前，國內外針對變電站對點測試工作的研究十分少，通常采用手動對點調試的方式，即由調度主站工作人員電聯變電站，人工校對調試調度主站點表信息和變電站實際信息，或借助一些單一的調試工具，然而實際運行電網中，變電站和調度主站數據庫信息更新比較頻繁[3]，自動化設備對點調試的工作量很大，繼續采用這種方法顯然不能滿足智能變電站的要求[4]。智能變電站遠動自動對點系統由于其以計算機為基礎，以最少的人力和最短的時間實現對點，因而逐漸成為對點工作發展的主要趨勢。

文獻[5]設計了一個面向應用架構的一體化信息平臺，自動生成采集模型、自動映射，減少了系統生成時對點的過程，提高工程效率，但對點過程仍需要一定的人為干預；文獻[6-8]提到的測試系統更側重于對遠動通信規約的測試和開發；文獻[9]提出一套完整的應用于智能變電站的智能告警/事故輔助決策系統，而并未對點值及圖形信息作以研究；文獻[10-11]以智能變電站遠動系統和站控層網絡、調度中心的連接方式為理論基礎，采用黑盒測試的思想，將遠動系統看作黑盒，提出自動對點實現的思路，并未研究實現的具體方法。

本文基于模塊化的思想，從點值數據和告警信息、圖形數據等方面考慮，設計了一套完整的遠動對點系統。系統內每個模塊獨立開發，互不影響，且具有可移植性，很大程度上提高了系統的開發效率，降低了運維成本。

2 遠動對點系統綜述

2.1 遠動系統通信方式

遠動系統是變電站與調度中心傳輸的樞紐，位于站控層的遠動系統設備能夠上送站內設備信息以及運行信息至遠方調度中心，且也能接受調度中心對站內設備的控制信息，實現調度中心對變電站的安全監控[12]，本文對遠動系統中關鍵設備——遠動裝置、告警直傳網關機、圖形網關機作為主要分析對象，其通信方式如圖1。

圖1 遠動系統通信方式Fig.1 Remote system communication mode

遠動裝置接受來自站控層交換機上送的包含變電站實時信息的MMS報文，并通過遠動通信協議IEC 60870-5-104將站端設備的遙信、遙測、遙控、遙調信息通過站控層出口交換機上送至遠方調度中心；同時，告警直傳網關和圖形網關機接受來自后來監控的MMS報文，并將包含全站的圖形畫面信息、畫面對應數據信息及告警信息的應用層協議DL476報文也上送至調度中心。同樣地，調度主站也可以反過來對站端設備發送命令，實現對站端設備的控制、保護。

2.2 遠動系統通信方式

只有調度中心獲取到正確的遠動信息，才能實現對變電站的可靠監控。調度中心要獲取正確的遠動信息必須保證調度主站中點表存儲的信息與對應變電站設備實際信息相一致，而把校對兩站點表從而找出錯誤存儲信息的這一過程稱之為對點[13]。

傳統對點采用人工手動方法或單一的測試工具對主站端及變電站端對點表對點，給變電站和調度中心工作人員帶來了一系列的不便操作，而遠動自動對點系統以計算機為基礎，將兩站對點表輸入到自動對點模塊用機器校對，盡量避免人為干預，更能滿足智能電網的發展要求，2種對點方式各模塊對應關系如圖2所示[14]。

圖2 自動對點與傳統對點對比圖Fig.2 A comparison chart of the automatic counter point and traditional counter point

3 遠動對點系統

變電站及調度主站之間傳輸的信息主要有2類：點值、告警信息及圖形畫面[15]，因此遠動對點系統也可以分為2部分：點值的遠動對點和圖形的遠動對點，其系統結構相似，但具體實現過程存在差異。

3.1 點值遠動對點系統

3.1.1 系統構成

點值的遠動對點是對遠動裝置輸入輸出報文進行自動校對的過程，也能夠實現對遠動機的自動測試，其系統如圖3所示。將裝有采集狀態量或模擬量仿真平臺的計算機作為遠動裝置輸入端與同遠動機建立TCP連接，從而與遠動裝置通信；裝有模擬遠動機主站平臺和遠動對點平臺的計算機同樣與遠動機建立連接；再利用TCP/IP將2臺計算機連接，利用自動對點功能實現主站對點表和變電站站端對點表的自動校對過程，并將結果輸送給調度主站。

圖3 點值對點系統圖Fig.3 The point-valued counter point system diagram

1）狀態量/模擬量仿真平臺

如圖4所示，通信模塊實現與遠動機建立TCP/IP連接，MMS抓取模塊能夠在變電站站控層抓取實時MMS報文，存儲模塊將抓取的MMS報文實時存儲，報文解析模塊對存儲庫中報文進行解析，并利用人機交互界面分類顯示，模擬發送將人機交互界面顯示的報文分類篩選，提取所需報文，并發送給遠動裝置[16]。

圖4 狀態量/模擬量仿真平臺模塊構成圖Fig.4 The module constitution of state quantity or analog quantity simulation platform

2）模擬遠動機主站

模擬遠動機主站由圖5所示6個模塊共同構成，其中IEC報文接受模塊接收來自遠動機的IEC報文，IEC存儲模塊將接收模塊接收到的報文存儲在報文存儲庫中，解析模塊對IEC報文進行分類解析并提取單點信息、產生對點表[17]，模擬發送模塊能夠對遠動機發送對時、總召、遙控、遙調等報文。

3.1.2 工作過程

1）狀態量/模擬量仿真平臺

如圖6所示，將狀態量/模擬量仿真平臺計算機同站控層交換機連接，抓取MMS報文，并存儲在報文存儲庫中；然后將計算機再同遠動機建立TCP連接；對存儲庫中調用MMS報文并進行解析，提取出帶有所需設備及設備實時信息的MMS報文，發送給遠動機；同時，產生站端點表進行點號映射，產生對點表，傳送至自動對點平臺。

圖5 模擬遠動機主站平臺模塊構成圖Fig.5 The module constitution of the simulation telecontrol gateway master station

圖6 模擬遠動機主站Fig.6 The simulation telecontrol gateway master station

2）模擬遠動機主站

如圖7所示，模擬主站同遠動機建立TCP連接后，向遠動機發送啟動命令，遠動機向主站發出確認啟動命令；主站發送總召命令后，遠動機上傳單點狀態信息，IEC解析模塊對其進行解析，提取出信息中的點號與值；加載調度主站點表，將提取的點號與值同主站點表中的點號映射，產生模擬主站的對點表，傳送至自動對點平臺。

3）自動遠動對點平臺

將來自于模擬遠動機主站和狀態量/仿真量仿真平臺的對點表導入，進行自動對點。

3.2 圖形遠動對點系統

3.2.1 系統構成

圖形遠動對點是將圖形網關機上送的G語言圖形畫面與變電站實際圖形畫面進行自動校對的過程，其系統圖見圖8，由模擬圖形網關主站、模擬告警直傳主站、狀態量/模擬量仿真平臺、遠動對點平臺和圖形網關機、告警直傳網關機幾部分組成[18]。

圖7 狀態量/模擬量仿真平臺Fig.7 State quantity or analog quantity simulation platform

圖8 圖形對點系統圖Fig.8 The Graphics counter point system diagram

1）模擬告警直傳主站模塊

調度主站與告警直傳網關機通過DL476報文進行告警信息的傳輸，其構成圖如圖9，通信模塊功能同前文所述；報文接收模塊接收來自網關機上送的報文，判斷不同的報文類型，并用相應的數據結構對報文進行分類存儲；報文解析模塊對DL476報文中不同類型的應用服務數據單元進行分類解析；模擬報文發送模塊能模擬發送DL476各種類型的APDU[19]。

圖9 模擬告警直傳主站模塊構成圖Fig.9 The module constitution of the simulation alarm direct passing gateway master station

2）模擬圖形網關主站模塊

G語言即電力系統圖形描述規范，是應用于電力系統的一種新型圖形語言，見圖10。模擬圖形網關主站能夠利用這種語言實現變電站接線圖與G語言圖形畫面進行校對，從而完成對點工作[20]。DL476報文中含有對圖形網關機發送G格式文件的請求命令；畫面圖形和畫面數據解析模塊將G格式畫面及畫面對應的數據信息解析G語言文件，并最終在人機交互界面上顯示。

圖10 模擬圖形網關主站模塊構成圖Fig.10 The module constitution of the simulation graphics gateway master station

其他模塊基本功能同上一小節相同。

3.2.2 工作過程

1）圖形對點

如圖11所示，圖形網關機接受包含變電站實時數據信息的MMS報文后，同模擬主站建立TCP連接；圖形網關機接收到來自模擬主站發送的上傳G文件的請求命令后，通過DL476報文將G語言文件以及對應的數據信息上送至模擬主站；模擬圖形網關機主站將G文件及數據信息進行解析并顯示；操作人員通過顯示界面將變電站接線圖與G語言圖形畫面進行校對，從而完成對點工作。

2）告警直傳網關機測試

如圖12所示，狀態量/模擬量仿真模塊發送具有告警信息的MMS報文給告警直傳網關機，同時對發送的報文進行存儲；網關機再將告警信息通過DL476報文發送給模擬告警直傳網關機主站；模擬主站接受報文并對其解析，并保存至調度駐主站端數據庫中；自動對點模塊對輸入端MMS報文和輸出端DL476報文進行校對，完成告警直傳網關機的自動測試。

4 自動對點算法

常見的檢測方法有奇偶校驗法（ECC）、校驗和法（checksum）[21]。EEC算法因其簡單易行而被廣泛使用，但是只對校驗一位出錯問題敏感，識別錯誤能力較低，而和校驗法通常用于通信中，尤其是遠距離通信中，保證數據的完整和準確性[22]，因此，本次采用和校驗法，來對輸入輸出點表進行校驗。

圖11 圖形對點流程圖Fig.11 The flow chart of the graphics counter point

圖12 告警直傳網關機自動測試流程Fig.12 The automatic testing process of the alarm direct passing gateway machine

以單點信息為例加以說明，其信息元素組成見圖13，其中SPI為單點遙信位（0開1分），BL為封鎖位（0未封1封），SB為取代位（0未取代1取代），NT為當前值位（0當前值1非當前值），IV有效位（0有效1無效）。

圖13 單點信息信息元素組成Fig.13 Information elements of the single-point information

假設輸入端單點信息為01100001，輸入端校驗和字段設置為0，把需要校驗的單點信息看成16位為單位的數字，即0000000001100001，依次進行二進制反碼求和，結果存入校驗和字段中。輸出端數據同樣看作16位二進制數，對包括校驗碼在內的二進制數取反求和，如若得到的值為0，則說明輸入輸出端數據一直，否則，說明存在錯誤。

5 結論

在回顧國內外遠動對點系統研究工作基礎上，概述了遠動系統通信方式，針對智能變電站遠動快速對點問題，本文做了以下研究工作。

1）對比傳統遠動對點法和自動遠動對點法，得出自動遠動對點法以計算機為基礎，能盡可能減小人為干預，因而是未來智能變電站遠動對點發展的主要方向；

2）采用模塊化的思想，針對不同數據類型設計了相應的遠動對點系統，更具可靠性和可移植性；

3）與奇偶校驗法相比，采取校驗和算法完成主站點表和變電站端點表的對點工作，在遠距離通信中更能保證數據的完整和準確性。

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Modular Design of Intelligent Substation Telecontrol Counter Point System

HAN Wei1，SHI Guang1，LI Bin1，LIU lei1，KONG Shengli1，LIU Chao1，SHI Chen1，LI Huimin2，WANG Leting2
（1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou 450052，Henan，China；2.Shandong Grid NT Information and Technology Co.，Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China）

In this paper，we reviewed the research status of the c ounter point system both at home and abroad,and briefly overviewed the remote system communication mode,and compared the traditional remote counter point system with the automatic remote counter point system.Furthermore,based on the idea of modularization,we designed a set of complete remote counter point system.Finally,the CheckSum calibration algorithm is used to calibrate the counter point of the dispatch master station and substation terminal so as to ensure the correctness and reliability of the results.

intelligent substation;modularization;remote counter point

2017-04-24。

韓 偉（1975—），男，本科，高工，主要研究方向：繼電保護及自動化技術。

（編輯 張曉娟）

1674-3814（2017）05-0057-06

TM761

A

國家自然科學基金（51207050）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（51207050）.