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

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，對變電設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)控，對于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，提高電網(wǎng)的生產(chǎn)運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)測系統(tǒng)普遍存在各個狀態(tài)監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)共享困難，監(jiān)測數(shù)據(jù)管理零散，展示力度不夠，設(shè)備狀態(tài)評價不充分，系統(tǒng)二次開發(fā)困難等缺點，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)測數(shù)據(jù)、高壓試驗管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)與設(shè)備臺帳數(shù)據(jù)的共享；能夠通過多種方式，實現(xiàn)對狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合展示；具備運行監(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)測集成應(yīng)用系統(tǒng)總體框架圖

針對以上需求，廣州市供電局開發(fā)了一套實用的變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控集成運用系統(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、數(shù)據(jù)分析平臺、智能告警引擎、智能巡檢、查詢統(tǒng)計、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)測數(shù)據(jù)、廣州局數(shù)據(jù)中心臺賬信息、高壓試驗數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)分析平臺對電力設(shè)備進行初步診斷分析，質(zhì)量監(jiān)控平臺提供數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查規(guī)則，分辨數(shù)據(jù)有效性，對異常數(shù)據(jù)發(fā)出告警源；運行監(jiān)控平臺負責(zé)對系統(tǒng)異常發(fā)出告警源；智能告警引擎采用告警策略，對告警源進行統(tǒng)一告警。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究

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

C/S模式是一種兩層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，第一層在客戶機上安裝了客戶機應(yīng)用程序，第二層在服務(wù)器上安裝服務(wù)器管理程序。由客戶機程序發(fā)出請求，服務(wù)器程序接收處理后返回結(jié)果。該模式的優(yōu)點是：（1）應(yīng)用與服務(wù)分離，系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活性好；（2）采用點對點的結(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。缺點是在C/S模式中，一旦軟件系統(tǒng)升級，作為客戶機的每臺計算機都要安裝客戶機程序，因此系統(tǒng)升級和維護較為復(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。在用戶的計算機上安裝瀏覽器軟件，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，進行信息瀏覽、文件傳輸和電子郵件等服務(wù)。該模式的特點是：（1）系統(tǒng)開發(fā)、維護、升級方便。升級時，只需在服務(wù)器上升級服務(wù)應(yīng)用程序即可，無需修改用戶計算機上的瀏覽器軟件。（2）開放性強。用戶通過通用的瀏覽器進行訪問，系統(tǒng)開放性好。（3）易于擴展。由于Web的平臺無關(guān)性，B/S模式的結(jié)構(gòu)，可容易地從小型系統(tǒng)擴展為大型系統(tǒng)。（4）用戶使用方便。

經(jīng)過比較，選擇運行成本低、維護升級方便、擴展性好的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)級應(yīng)用規(guī)范J2EE開發(fā)平臺，得到了越來越多開發(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)三個層次，各層次可以處于不同的平臺下進行協(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。接口是采用中立的方式進行定義的，它獨立于實現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在該系統(tǒng)中的服務(wù)可以以統(tǒng)一和通用的方式進行交互，系統(tǒng)有良好的移植性、擴展性和兼容性。

因此，變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測集中應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S框架、J2EE技術(shù)和SOA架構(gòu)進行建設(shè)，一方面可使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可擴充性，非常方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；另一方面可以實現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)主站平臺，并且系統(tǒng)投運后還可以根據(jù)需要，不斷擴充系統(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)以及實現(xiàn)技術(shù)各不相同，各個系統(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)，變電站自動化系統(tǒng)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。要想實現(xiàn)各個平臺間的信息共享和交互通信，必須對各種通訊協(xié)議進行研究，采用統(tǒng)一的通訊協(xié)議，在集成監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)“一個體系，一個模型、一個通信協(xié)議”[4]。

3.1 IEC61970/ IEC61968標(biāo)準(zhǔn)

IEC61970是國際電工委員會制定的《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）》系列國際標(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，對變電站自動化的要求越來越高，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)采用單點向多點的單向以太網(wǎng)傳輸。通過對設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個規(guī)范的輸出，實現(xiàn)了系統(tǒng)的無縫連接。目前，變電站內(nèi)的IED、測控單元和繼電保護均采用IEC61850協(xié)議進行信息交換。

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)通訊平臺的變電站唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)吸收了IEC60870系列標(biāo)準(zhǔn)和UCA的經(jīng)驗，同時吸收了很多先進的技術(shù)，對保護和控制等自動化產(chǎn)品和變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生了深刻的影響。它不僅應(yīng)用在變電站內(nèi)，而且運用于變電站與調(diào)度中心以及各級調(diào)度中心之間。國內(nèi)外各大電力公司、研究機構(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)未來的發(fā)展方向。

因此，系統(tǒng)選取IEC61850通信協(xié)議，來實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲和傳輸格式，構(gòu)建功能齊備、接口簡單的數(shù)據(jù)主站，簡化變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測集成應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低建設(shè)和維護成本，增加系統(tǒng)的可擴展性。

另外，只有對各種標(biāo)準(zhǔn)體系的差異性和映射進行研究，獲取基于各個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），才能實現(xiàn)各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的無縫鏈接，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

文章設(shè)計了一種變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對系統(tǒng)的框架和通訊協(xié)議進行了研究，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)實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊，是一個非常適宜的選擇。

參考文獻

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作者簡介：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、高電壓試驗與絕緣技術(shù)相關(guān)工作。