基于SOA 架構(gòu)的調(diào)度智能操作票管控系統(tǒng)研究*

朱建軍

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司，銀川 寧夏 750001)

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，進行電力系統(tǒng)設(shè)備及線路檢修操作的頻率大幅增加，傳統(tǒng)依賴人工進行電力操作和復(fù)驗的調(diào)度模式效率低且安全性無法得到保證[1－3]。為此，對傳統(tǒng)調(diào)度模式進行優(yōu)化升級，充分應(yīng)用智能化調(diào)控技術(shù)對電力系統(tǒng)進行遙控操作，對提升電力系統(tǒng)運維的安全性具有重要意義[4－5]。

目前，關(guān)于電力系統(tǒng)操作票管理已有大量研究基礎(chǔ)。文獻[6－7]以調(diào)度自動化的全景化能量管理系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了一種一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)的概念，介紹了其未來的發(fā)展方向；文獻[8－9]基于一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)標準，并結(jié)合系統(tǒng)告警信息描述的特點，采用將告警信息描述結(jié)構(gòu)化并從中提取有效關(guān)鍵字的方法，編制了可供計算機智能識別的數(shù)字量以及模擬量描述規(guī)范，并開發(fā)了相應(yīng)的智能導(dǎo)庫工具，完成了原始報表的參數(shù)閾值自動填充、參數(shù)庫高效正確導(dǎo)入的全自動操作；文獻[10]基于微機防誤技術(shù)，在調(diào)控一體化工作模式下，采用智能防誤分析、自動化流程控制、交互性約束等技術(shù)手段，建立了一套具有調(diào)度下令約束、調(diào)控遙控約束、操作現(xiàn)場操作防誤的統(tǒng)一工作平臺，使得調(diào)控一體化操作智能防誤系統(tǒng)更趨完善；文獻[11]分析了調(diào)控一體化建設(shè)的現(xiàn)狀及必要性，提出了建設(shè)調(diào)控一體模式的遙控防誤操作系統(tǒng)的要求，并對呼和浩特供電局調(diào)控一體下的遙控操作安全約束系統(tǒng)的技術(shù)方案及達到的預(yù)期效果進行了闡述；文獻[12]利用信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了一種能精準提示調(diào)度員操作的裝置及計算機軟件，有效提高調(diào)度員進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)令操作調(diào)度命令票的工作效率和操作水平。

以上述研究方案為基礎(chǔ)，本文基于現(xiàn)有自動化技術(shù)支持系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計了基于SOA 架構(gòu)的智能操作票管控系統(tǒng)，對系統(tǒng)的指令操作安全性和智能操作防誤性進行深入探究，并給出系統(tǒng)應(yīng)用操作案例展示，以充分證明該系統(tǒng)對于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行的有效性。

1 智能操作票管控系統(tǒng)的設(shè)計

如圖1 所示，為基于SOA 架構(gòu)的智能操作票管控系統(tǒng)的基本架構(gòu)，系統(tǒng)支持與各地調(diào)系統(tǒng)建設(shè)操作票下令、調(diào)度指揮等信息的交互。橫向集成方面，系統(tǒng)與OCS 系統(tǒng)之間存在電網(wǎng)模型、圖形、遙信、遙測等信息的交互共享和安全校核、遙控防誤功能的集成，能夠與OMS 系統(tǒng)進行受令資質(zhì)、值班信息等數(shù)據(jù)交互共享，與檢修單模塊進行一次設(shè)備、二次設(shè)備檢修票信息交互共享，系統(tǒng)的硬件拓撲結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)功能應(yīng)用示意圖

圖2 系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

圖1 為智能操作票管控系統(tǒng)的系統(tǒng)功能應(yīng)用示意圖，其具有數(shù)據(jù)處理、人機交互、子站控制、防誤邏輯服務(wù)等功能。其中，數(shù)據(jù)處理功能能夠定期將數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)同步至網(wǎng)絡(luò)發(fā)令平臺的調(diào)度操作數(shù)據(jù)庫中。智能操作票管控系統(tǒng)基于現(xiàn)場的實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)狀態(tài)實時數(shù)據(jù)庫信息進行更新，并向操作監(jiān)控系統(tǒng)及時地傳輸監(jiān)控信息，以保證調(diào)度室獲取數(shù)據(jù)的實時性以及與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的互通性[8]。此外，基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)令平臺的調(diào)度操作系統(tǒng)還需要對數(shù)據(jù)做出規(guī)范化管控，對調(diào)度操作的全過程進行自動校核，保證指令執(zhí)行無誤后做閉鎖處理。人機交互功能可以基于調(diào)度員的操作需求，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中查找并調(diào)用相關(guān)電網(wǎng)數(shù)據(jù)，如開關(guān)的分合閘數(shù)據(jù)、操作任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等。子站控制功能主要負責對遙控操作防誤系統(tǒng)所分管區(qū)域子站的管理權(quán)、操作權(quán)以及后臺應(yīng)用等進行管理。

2 智能操作票管控系統(tǒng)的功能特性

2.1 指令操作安全性

構(gòu)建智能操作票管控系統(tǒng)除了要完成對調(diào)度操作指令進行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕救蝿?wù)外，還要具備安全可靠性、高效便捷性等多方面的要求。智能操作票管控系統(tǒng)部署在安全二區(qū)，與安全一區(qū)之間采用防火墻，與安全三區(qū)之間采用隔離裝置，與站端通過縱向加密裝置相連接，如圖3 所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)運行整體結(jié)構(gòu)

智能操作票管控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)信息傳遞加密、信息傳遞驗證加密、傳輸內(nèi)容加密以及信息存儲加密等方式，保證數(shù)據(jù)信息的保密性、不可竊取性和不可篡改性。

(1)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞加密:加密工作是基于安全套接層協(xié)議開展的，并使用服務(wù)器端的open SSL 軟件獲取相應(yīng)的證書和公鑰[9]。

(2)傳輸內(nèi)容加密:傳輸內(nèi)容的加密是通過對稱加密實現(xiàn)的。其中，加密私鑰的定期修改設(shè)置由擁有系統(tǒng)最高操作權(quán)限的管理員執(zhí)行，加密私鑰由16 位以上的數(shù)字和字母組合而成，由擁有最高權(quán)限的管理員進行設(shè)置[10]。

(3)信息傳遞驗證加密:主要是使用PKI 系統(tǒng)中的數(shù)字簽名認證，而將傳輸認證方式作為輔助措施。圖4 為傳輸信息驗證流程圖。

圖4 傳輸信息驗證流程圖

2.2 智能操作防誤性

為實現(xiàn)對電網(wǎng)操作全程的防誤跟蹤，有效降低誤操作情況的發(fā)生，提高電網(wǎng)操作的安全水平，對智能操作票管控系統(tǒng)進行功能設(shè)計，主要從以下五個方面展開，建設(shè)一套基于網(wǎng)絡(luò)拓撲的接線模型自動識別、成票規(guī)則定制、設(shè)備類型與設(shè)備狀態(tài)智能分析的安全防誤應(yīng)用，提供電網(wǎng)操作的基本五防、失電提醒、開合環(huán)等多維度多重安全校核。

(1)電網(wǎng)模型分析。通過平臺一體化模型對電氣設(shè)備狀態(tài)、操作類別以及防誤準則進行建模，實現(xiàn)電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)分析、電氣設(shè)備當前綜合工作狀態(tài)識別以及電氣設(shè)備可運行方式狀態(tài)識別等功能。此外，還可以對某一特定的電氣設(shè)備局部接線模型進行精準識別并分析。

(2)術(shù)語分析。實現(xiàn)智能糾錯功能，對手動輸入操作指令所涉及電氣設(shè)備和操作方式進行精準翻譯，實現(xiàn)對所有操作票的安全校核。基于術(shù)語智能拆分和識別技術(shù)，對待操作電氣設(shè)備及其操作指令進行智能讀取，明確手動輸入操作指令語句的主謂賓成分對應(yīng)的名詞，進而得到該調(diào)度指令對應(yīng)的待操作電氣設(shè)備和操作方式，實現(xiàn)對手動輸入或是智能生成操作指令語句的精準識別和模擬校對。

(3)拓撲防誤分析。根據(jù)拓撲分析的結(jié)果對發(fā)生概率較大的誤操作事件進行防范，如:帶負荷對隔離開關(guān)進行分合閘操作，對斷路器、負荷開關(guān)以及繼電器進行分合閘操作，帶電合接地刀閘，未斷開接地線或是接地刀閘對線路進行送電等。

(4)操作票成票校驗。在擬票、審核環(huán)節(jié)系統(tǒng)對操作票進行邏輯校核，基于術(shù)語分析和拓撲防誤分析，對設(shè)備操作規(guī)則、操作順序、設(shè)備名稱等的正確性進行校驗。

(5)操作票執(zhí)行校驗。在操作票執(zhí)行環(huán)節(jié)下令前進行實時校核，根據(jù)“五防”等規(guī)則，結(jié)合實時遙信遙測數(shù)據(jù)，校驗當前指令是否可以操作；操作票執(zhí)行環(huán)節(jié)回令前進行狀態(tài)返校，根據(jù)實時遙信數(shù)據(jù)，校驗當前指令是否操作完成。

3 智能操作票管理系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 操作安全性認證

如前文所述，智能操作票管控系統(tǒng)采用安全組件化功能，對系統(tǒng)身份鑒別、訪問控制、防誤操作、非法防御等方面做了詳細的要求和防護措施。如圖5所示，管理員可對系統(tǒng)的安全登錄功能進行配置，如:設(shè)置3 次登錄失敗鎖定，登錄失敗鎖定時間為20 min；設(shè)置登錄密碼最小長度不能低于8 位，最大長度不能高于20 位，密碼加密類型為MD5 和AES兩種方式；開啟綁定用戶IP 及MAC 地址功能，當用戶登錄的客戶端地址和設(shè)置的地址一致時才可正常登錄，不一致則登錄失敗。

圖5 安全登錄功能配置

3.2 智能化操作票成票

(1)智能成票

智能成票模塊能夠簡化用戶操作，輔助用戶手工擬票，達到減輕用戶工作量的目的。支持調(diào)度員通過圖形化擬票系統(tǒng)在拓撲圖形上單擊某設(shè)備并選定操作的目標狀態(tài)后結(jié)合該設(shè)備當前的運行狀態(tài)以及選擇的目標狀態(tài)智能生成操作任務(wù)及操作步驟，其編輯界面如圖6 所示。

圖6 操作票生成界面

首先，調(diào)度員根據(jù)工作需要，單擊“智能成票”按鈕或單擊“智能成票模式”按鈕，系統(tǒng)進入“智能成票”場景；接著，調(diào)度員在系統(tǒng)菜單中選擇綜令票、逐項票或二次令；然后，調(diào)度員打開要操作廠站的接線圖并選擇要操作的設(shè)備和目標狀態(tài)，系統(tǒng)會自動調(diào)用操作規(guī)則并解析術(shù)語模板，智能生成操作票。最后，單擊“保存”按鈕，圖形開票系統(tǒng)自動把操作票發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)發(fā)令系統(tǒng)中。

(2)點圖成票

點圖成票模塊能夠支持相對復(fù)雜的電網(wǎng)操作，如線路逐項票等，系統(tǒng)提供調(diào)度員點圖開票功能，調(diào)度員根據(jù)操作邏輯順序通過鼠標依次單擊拓撲圖形中的設(shè)備，以此生成調(diào)度指令票單步操作內(nèi)容，開票過程實現(xiàn)逐步防誤校核，其編輯界面如圖6 所示。首先，調(diào)度員根據(jù)工作需要，單擊“點圖成票”或選擇“點圖成票模式”，系統(tǒng)則進入“點圖成票”場景；然后，調(diào)度員在系統(tǒng)菜單中選擇綜令票、逐項票或二次令；接著，調(diào)度員打開要操作廠站的接線圖并選擇要操作的設(shè)備，右鍵選擇操作設(shè)備狀態(tài)，系統(tǒng)會自動根據(jù)選擇的設(shè)備對象與操作狀態(tài)，智能生成一條操作指令，逐步選擇自己要操作的設(shè)備并生成多項指令，此過程中系統(tǒng)逐步進行防誤校核。完成之后，操作票界面顯示所有選擇的操作設(shè)備的指令票。

3.3 操作票防誤性檢驗

圖7 為智能化電力調(diào)度指令操作執(zhí)行流程圖，包括:地調(diào)方發(fā)令、廠站方復(fù)述、地調(diào)方核實、廠站方核實、廠站方報告操作結(jié)果、地調(diào)方復(fù)述、廠站方核實、地調(diào)方收令八個步驟，列舉系統(tǒng)的防誤校核操作如圖8 所示。

圖7 操作命令執(zhí)行流程圖

圖8 調(diào)度操作的防誤校核

需要說明的是，操作票中的每一項操作指令在整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)令環(huán)節(jié)中都是一定要一項一項進行操作的。若同一種邏輯方式下存在多項具有并行關(guān)系的操作指令，可以在同一時間下發(fā)這些并行的指令，但必須要在所有并項操作指令執(zhí)行完畢后，才能夠執(zhí)行下一操作指令。在以上操作流程中，如果有哪一步驟存在異議，都需要通過電話商議，并經(jīng)地調(diào)方結(jié)束此次調(diào)度指令的操作。

4 結(jié)語

本文對智能操作票管控系統(tǒng)進行研究，基于現(xiàn)有自動化技術(shù)支持系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計了基于SOA 架構(gòu)的智能操作票管控系統(tǒng)，對系統(tǒng)的功能應(yīng)用以及硬件架構(gòu)進行設(shè)計，重點闡述了系統(tǒng)指令操作安全性和智能操作防誤性這兩項核心特性，并給出系統(tǒng)操作應(yīng)用案例，充分證明該系統(tǒng)對于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行的有效性。