智能變電站遠動快速對點系統研究

李國號，唐升衛，彭琳怡

(1.廣東電網有限責任公司中山供電局，廣東 中山 528400；2.廣東電科院能源技術有限責任公司，廣東 廣州 510000)

智能變電站二次技術中IEC61850標準的基礎性地位早已明確，變電站運行模式逐步轉變為以無人值班與遠程集中監控模式為主，一體化監控系統可面向變電站內部全景數據實現自主流通與實時交互，然而傳統SCADA系統的電網信息采集、監控、操作等方式依舊屬于自動化系統的關鍵構成，數據通信遠動裝置基于直采直送形式實現與調控中心的數據實時傳送。作為信息中轉站，遠動裝置運行的正確性與可靠性要求不斷被提高，有關校核試驗工作任務與壓力也隨之倍增，怎樣有效提升校核試驗效率與水平則演變成了智能變電站工程調試的主要問題[1]。當前國內外對于智能變電站對點測試的相關研究比較少，一般選擇手動對點調試模式，也就是調度主站工作人員電聯變電站，并人工校對調度主站點表信息與變電站信息，或者基于單一調試工具進行操作，但是在運行電網中，變電站與調度主站數據庫信息更新非常頻繁，自動化設備對點調試任務量過大，持續利用此方式根本無法滿足智能變電站相關要求[2]。而智能變點遠動自動快速對點系統基于計算機，以消耗最少人力與物力完成對點工作，所以發展成了對點工作主要趨勢。劉偉等[3-4]提出了完整的智能變電站智能告警/事故輔助決策系統，但是未深入研究對點值與圖形信息；曹瓅月[5]基于智能變電站遠動系統與站控層網絡、調度中心連接，以黑盒測試方式，以遠動系統為黑盒，提出了自動對點實現理念，但是并未探究具體實現方法。對此，本文以模塊化思想，就點值數據、告警信息、圖形數據層面，設計了智能變電站遠動快速對點系統。

1 智能變電站遠動裝置校核系統

自動測試基礎為構建映射表，遠動裝置校核系統基于智能算法規劃，構建SCD文件、監控后臺記錄文件、模擬主站記錄文件、調控信息表間的密切關聯關系，以獲得整個裝置內部已配置的轉發關系，評估轉發關系與調控信息對應表內容之間的一致性，并及時糾正錯位內容之后，生成實際映射表，為智能變電站實現快速對點提供有效的數據依據。

遠動裝置校核系統在運行過程中，選用信息閉環設計方式，促使數據基于系統、站控層交換機、監控后臺、遠動通信網關機構成數據閉環式流轉。遠動裝置校核系統[4]運行流程具體如圖1所示。遠動裝置校核系統運行流程：①系統導入SCD文件，構成IED設備模型的實例配置文件，根據文件進行智能變電站內IED設備仿真分析；②系統導入調度信息表，以作映射表分析；③系統傳輸附帶特定規則SOE的時候標注MMS報文，生成相關仿真記錄文件，以作映射表分析；④通信網關機基于站控層交換機，實時接收系統傳輸的MMS文件；⑤監控后臺基于站控層交換機，接收系統傳輸的MMS文件，生成相關記錄文件，以作映射表分析；⑥系統模擬調度主站接收通信網關機所轉發報文，以生成仿真主站記錄文件，以作映射表分析；⑦遠動裝置實時導入監控后臺記錄文件。

圖1 系統運行流程Fig.1 System operation process

遠動裝置校核系統在導入主要文件之后，基于內部智能算法構建文件之間的關聯性關系，從而生成實際映射表，主要文件關聯性關系[5]如圖2所示。

圖2 文件間的關聯性關系Fig.2 Associations between files

MMS仿真記錄文件、監控后臺記錄文件、仿真主站記錄文件都帶有SOE時標，基于時標唯一性可實現對應表格數據之間的關聯，以實現SCD的Ref和監控后臺描述之間的對應關系。基于調度信息表和仿真主站記錄文件104地址唯一性，可有機關聯二者對應表格，進而完成調度信息表、MMS仿真記錄文件、監控后臺記錄文件、仿真主站記錄文件的全部密切關聯，以此實現調控信息表內信息描述和SCD內Ref、監控后臺描述之間的對應關系，最終自主生成映射表。遠動裝置校核系統以監控后臺記錄文件為載體，和主站描述、調度信息表內的對應信息進行比較分析，以自主評估轉發配置的準確性與可靠性[6]。由于SOE指標一致性和104地址一致性所獲映射表不能獲得MMS通信中斷信號點和遠動裝置之間的關聯性關系，也無法獲得遙測數據和SCD文件之間的關聯性關系，所以校核系統需設計相關算法確保關聯關系的獲取與實現。監控后臺無法及時準確導出遙測值信息，需基于人工方式以主站和SCD描述評估遠動裝置正確性與可靠性，且可以MMS發送值和遠動機轉發值進行系數計算[7]，然后和點表內PT/CT變比對比分析，以審核參數配置準確性，從而在映射表內添加遙測數據。

2 智能變電站遠動快速對點系統

基于模塊化思想，智能變電站和調度主站間所傳輸的信息為點值、告警信息、圖形畫面，所以系統可劃分為點值遠動快速對點系統與圖形遠動快速對點系統[8]，二者結構類似，但實現有所差異。

2.1 點值遠動快速對點系統

2.1.1 系統結構

智能變電站點值遠動快速對點即自動校對審核遠動裝置輸入輸出報文，可自動測試遠動機[9]，系統結構如圖3所示。

圖3 點值遠動快速對點系統結構Fig.3 Structure of point-value telematics fast point-to-point system

以附帶采集狀態量或者模擬量仿真平臺的計算機為遠動裝置輸入端，并和遠動機構建TCP連接，以此實現和遠動裝置之間的實時通信。通信模塊和遠動機之間形成TCP連接，MMS抓取模塊可于站控層獲取MMS報文，存儲模塊可實現報文儲存，解析模塊可準確解析所存儲報文，并通過人機交互界面分層分類呈現，模擬發送則是在分類篩選人機交互界面所呈現報文之后，選擇需要報文，然后傳輸于遠動裝置。

以附帶模擬遠動機主站與遠動對點平臺的計算機，和遠動機之間構建連接[10]。其中主站由報文接收模塊、存儲模塊、解析模塊、模擬發送模塊等組成。在接收遠動機IEC報文并加以存儲之后，主站傳輸總指令，遠動機傳輸單點狀態信息，然后進行信息解析，以提取點號及其值，在此基礎上，進行主站點表加載，并映射所提取單點信息號和主站點表點號，以生成模擬主站對點表，然后傳輸到自動對點平臺。

然后基于TCP/IP實現上述二者計算機之間的連接，通過自動對點功能自主校對主站和站端對點表[11]，最終傳輸結果于調度主站。

2.1.2 運行流程

模擬遠動機主站[12]具體如圖4所示。

圖4 模擬遠動機主站Fig.4 Simulated remote motor master station

狀態量/模擬量仿真平臺計算機和站控層交換機對接，以抓取MMS報文，儲存于存儲庫內，并將計算機與遠動機之間構建TCP連接，然后調用并解析存儲庫內報文，提取附帶需要設備及其相關實時信息的報文，傳輸于遠動機，最后生成站端點表以實現點號映射，構成對點表，傳輸于自動對點平臺。

狀態量/模擬量仿真平臺[13]具體如圖5所示。

模擬主站和遠動機之間構建TCP連接之后，面向遠動機傳輸啟動指令，而遠動機面向主站發送明確啟動指令。主站傳輸總指令之后，遠動機及時上傳單點狀態信息，然后通過IEC解析模塊加以解析，以提取信息內點號及其值。并加載調度主站點表，將點號及其值和主站點表點號相映射，從而生成模擬主站對點表，傳輸于自動對點平臺。

將模擬遠動機主站與狀態量/模擬量仿真平臺對點表及時導入，以實現自動快速對點。

2.2 圖形遠動快速對點系統

智能變電站圖形遠動快速對點即自動校對審核圖形網關機傳輸的G語言圖形畫面和變電站圖形畫面[14]。圖形遠動快速對點系統如圖6所示。

圖6 圖形遠動快速對點系統Fig.6 Graphics remote moving fast point-to-point system

(1)調度主站和告警直傳網關機基于報文實時傳輸告警信息，而報文接收模塊則負責接收網關機所傳輸的報文，并評估報文具體類型，以數據結構分類儲存；解析模塊則分類解析報文各類型應用服務數據單元；模擬發送模塊的實際作用是對報文各類APDU進行模擬傳輸。模擬告警直傳主站結構[15]具體如圖7所示。

(2)G語言也就是所謂的電力系統圖形描述規范，屬于新型圖形語言。圖形網關機在接收到智能變電站實時數據信息報文之后，和模擬主站之間形成TCP連接，并在接收到模擬主站傳輸的G文件指令時，基于報文把G語言文件和相關數據信息反饋于模擬主站，在此基礎上解析且展示G語言文件與相關數據信息，然后以顯示界面校對審查接線圖和G語言圖形畫面，以此實現快速對點。模擬圖形網關主站結構[16]具體如圖8所示。

圖8 模擬圖形網關主站結構Fig.8 Simulated graphics gateway master structure

2.3 自動快速校對算法

檢測方法最常用的主要是奇偶校驗算法與和校驗算法。奇偶校驗算法由于簡單且操作簡便，深受歡迎，然而只有在校驗一位出錯問題時比較敏感，錯誤識別能力相對較差。和校驗算法在通信領域的應用比較頻繁[17]，特別是遠距離通信，可確保數據完整性與準確性。所以本文以和校驗算法校驗輸入輸出點表。

就單點信息而言，信息元素構成具體如圖9所示。

圖9 單點信息的信息元素構成Fig.9 Information element composition of a single point of information

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為有效位(0有效、1無效)。

設定輸入端單點信息是01100001，輸入端校驗與字段設定是0，將需校驗單點信息看作16位數字0000000001100001，按照順序二進制反碼求和，將結果儲存于和校驗字段內；輸出端數據也看作16位二進制數字，將包含校驗碼的二進制數進行取反求和，如果所獲值是0，那么表明輸入輸出端數據一致，相反則代表出現錯誤。

2.4 建模技術

系統核心是以電力系統自動化標準IEC61850設備模型文件為基礎，通過解析，重新構建符合智能變電站遠動快速對點系統的基礎數據應用平臺。系統基于智能化升級優化仿真設備，使得設備可有效全面描述與配置文件，以此生成可自動匹配智能變電站所需網絡與數據的搭建與替換。此間完全無需人工操作與管理，便可有效提高數字處理轉換效率，還可切實節約人力與物力成本[18]。然而為符合設備數據人為操作性特征，系統依舊會保留人工操作窗口，以便于滿足可能會出現的非規范化操作與建模現象的要求[19]。

據此可知，此建模方式的操作空間非常大，在變電站等各種外部條件發生變化的時候，只需在系統內增加或者修補描述，便可改造或者升級系統，根本無需人工重裝，這樣一來也在很大程度上減少了人工操作時間，節省了成本，提高了效率。

3 系統實踐應用分析

現階段基于模塊化思想的智能變電站遠動快速對點系統已實現了一些變電站調試中的實踐，具體測試項目為仿真全站測控與保護等智能裝置、仿真調度主站、自動檢查遠動裝置、與調度主站快速對點等[20]。就兩個智能變電站實踐狀況進行分析，以對比分析系統測試與普通測試之間的效率差異。

其中，普通遙信和遙測調試效率為100～200點/d，將每日工作10 h作為計算基數，普通調試效率約20點/h。具體對比結果見表1。

表1 實例系統測試與普通測試對比結果Tab.1 Comparison results of instance system test and ordinary test

由表1可知，就智能變電站而言，相比普通測試模式，系統測試模式每小時的自動快速對點效率是其約25倍。對于普通220 kV智能變電站，全站遙信、遙測信號在使用系統之后，正常調試與后續人工審核、錯誤修正、二次校核等全部調試完成只需要2 d，但是傳統測試模式需耗費將近20 d。據此可知，系統在很大程度上提升了智能變電站調試效率，降低了人力物力成本，實現了自動快速對點。

4 結論

本文在智能變電站遠動裝置校核系統的基礎上，實現了遠動快速對點系統模塊化設計。以模塊化思想就各種數據類型設計了遠動快速對點系統，可保障其良好可靠性與可移植性，而以和校驗算法進行了主站點表與變電站端點表自動對點，基于遠距離通信時可更好地保障數據完整性與準確性。同時通過實踐應用分析發現，系統調試模式相比普通調試模式，每小時的自動快速對點效率是其約25倍，表明系統不僅在很大程度上提升了智能變電站調試效率，降低了人力物力成本，還進一步實現了自動快速對點。