電力自動化系統(tǒng)中心站無人值守的實現(xiàn)

摘? 要：本文立足于電力系統(tǒng)自動化應(yīng)用現(xiàn)狀，對無人值守系統(tǒng)的原理與構(gòu)成進(jìn)行分析，并對該系統(tǒng)的實現(xiàn)方法加以闡述，涉及到Socket機(jī)制、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)延遲以及報警系統(tǒng)等內(nèi)容，力求通過本文研究，使該系統(tǒng)的應(yīng)用效率得到顯著提升，為電網(wǎng)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供重大推力。

關(guān)鍵詞：電力自動化;中心站;無人值守

中圖分類號：TM76? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，電網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)與設(shè)備日益成熟，調(diào)度自動化系統(tǒng)誕生，為調(diào)度員電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測提供有力依據(jù)?，F(xiàn)階段，自動化系統(tǒng)軟硬件水平進(jìn)一步提升，遙視系統(tǒng)逐漸普及，促使以往的有人值班朝著無人值守轉(zhuǎn)變，本文對中心站無人值守系統(tǒng)進(jìn)行研究，確保電網(wǎng)的穩(wěn)健運(yùn)行。

1 電力系統(tǒng)自動化應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，社會對電網(wǎng)運(yùn)行提出更高要求，現(xiàn)行的有人值班系統(tǒng)難以滿足需求，主要體現(xiàn)在：值班人員無法24h盯著屏幕，當(dāng)故障發(fā)生時無法及時發(fā)現(xiàn)，在無故障時又存在人員浪費(fèi);故障統(tǒng)計報表不夠精準(zhǔn)全面，且信息統(tǒng)計中最為明顯的特征體現(xiàn)在內(nèi)容、運(yùn)算關(guān)系需求的動態(tài)變化，因此報表具有多樣性，而人工統(tǒng)計難以實現(xiàn)。由此可見，構(gòu)建一套新的系統(tǒng)滿足上述需求十分必要，無人值守系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，不但可減少人力資源浪費(fèi)，還能夠第一時間發(fā)現(xiàn)故障，并發(fā)出警報，同時還可自動生成精準(zhǔn)可靠的統(tǒng)計報表[1]。

2 無人值守系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 原理

無人值守系統(tǒng)的實現(xiàn)思路為：將監(jiān)視器安裝在“有人值班”的辦公室內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)對各個變電站數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，經(jīng)過分析后判斷是否存在故障問題，如若存在故障，則對故障類型、起始時間進(jìn)行記錄，并發(fā)出語音報警。當(dāng)故障被修復(fù)后，對故障恢復(fù)時間進(jìn)行記錄，存儲到歷史信息中，為統(tǒng)計報表應(yīng)用提供便利，并根據(jù)時間定期生成“月報”“季報”與“年報”。

2.2 構(gòu)成

本系統(tǒng)設(shè)計中，在MIS與歷史服務(wù)器之間搭建一座網(wǎng)橋，在計算機(jī)中插入兩塊網(wǎng)板，一個與SCADA1相連接，另一個與MIS系統(tǒng)相連。系統(tǒng)的硬件配置為DELL DX400計算機(jī)，硬盤為40G，內(nèi)存為1.8G。在MIS系統(tǒng)運(yùn)行中，不同工作站可借助網(wǎng)絡(luò)對無人值守服務(wù)器進(jìn)行訪問。

（1）報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行原理為：用戶自主選擇變電站中的監(jiān)視模擬量，包括電壓、有功等等，所選擇的模擬量可存儲到數(shù)據(jù)庫之中，由報警系統(tǒng)每間隔5min將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器中，服務(wù)器收到請求后，將各個數(shù)據(jù)項中的后4次進(jìn)行選取，發(fā)送到報警系統(tǒng)中。當(dāng)報警服務(wù)器對數(shù)據(jù)接收后，檢查調(diào)度自動化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，如若正常則不報警，如若不正常則立即報警;在對通道信息進(jìn)行監(jiān)測時，只在負(fù)責(zé)監(jiān)視的客戶工作站中進(jìn)行，剩余工作站則根據(jù)相應(yīng)需求發(fā)出其他報警。由此可見，不同類型的報警實現(xiàn)分流，使文字與語音的報警作用得到充分發(fā)揮。（2）綜合報表系統(tǒng)。該報表主要作用是對調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的統(tǒng)計分析，該工作以往由自動化來完成，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量與人員技術(shù)水平的要求較高，且內(nèi)容較為復(fù)雜，將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用其中，可實現(xiàn)綜合報表的自動生成，不但快速，且十分準(zhǔn)確，可根據(jù)時間不同定期生成月報、季報與年報等等。采用Excel中的報表編輯功能，可通過“反向操作”的方式進(jìn)行報表便利，主要思路為：首先，用戶在報表系統(tǒng)中設(shè)置表頭、行與列的名稱;其次，由該系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)置內(nèi)容對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查找，通過Excel自動形成報表;最后，此種方式較為靈活，生成速度較快，在本系統(tǒng)設(shè)計中在報表編輯方面采用“反向操作”的方式，使報表系統(tǒng)更加簡潔，減少編輯器軟件設(shè)計的工作強(qiáng)度，此外Excel的應(yīng)用還可延長軟件的生存期，避免落后[2]。（3）數(shù)據(jù)采集和格式轉(zhuǎn)換。無人值守系統(tǒng)從SCADA系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，在該進(jìn)程中將前置機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)輸送到實時數(shù)據(jù)庫之中，send_to_pcl服務(wù)器將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)挑選出來，繪制成數(shù)據(jù)表，每間隔2分鐘便以FTP的形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o人值守服務(wù)器中，服務(wù)器每間隔5分鐘接收一次SCADA的數(shù)據(jù)。在analog_name中，將數(shù)據(jù)與名稱分離開來，使數(shù)據(jù)傳輸效率得到顯著提升，當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變時，也就是增加主變、廠站、遙信等情況時，才會發(fā)送數(shù)據(jù)，在單純發(fā)送analog_val文件時，數(shù)據(jù)主要與該文件的最后一項序號對應(yīng);在Xitong文件中，主要對SCADA庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，但是數(shù)據(jù)不顯示時間。通常情況下，實時數(shù)據(jù)對時間精度沒有準(zhǔn)確要求，但對極值數(shù)據(jù)要求卻十分嚴(yán)格，在SCADA系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)借助GPS對時，如若服務(wù)器不對時，則兩個系統(tǒng)的時間將存在差別。在本文設(shè)計的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指將SCADA系統(tǒng)中的文件轉(zhuǎn)存到access數(shù)據(jù)庫中，且文件格式與access數(shù)據(jù)庫要求保持一致。

3 電力自動化系統(tǒng)中心站無人值守系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 Socket機(jī)制

通過Winsock控件，可與遠(yuǎn)程計算機(jī)之間構(gòu)建準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過文報協(xié)議與傳輸協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換目標(biāo)。在該控件中，可通過“隱形”方式運(yùn)行，將用戶信息傳遞到中心服務(wù)器中，建立新的“聊天”應(yīng)用程序。但是，與該控件相互關(guān)聯(lián)的兩種協(xié)議在運(yùn)行過程中采用的連接狀態(tài)不盡相同，對于傳輸協(xié)議來說，在功能方面與電話系統(tǒng)較為相近，應(yīng)在正式傳輸之前事先確定連接方式，而文報協(xié)議在傳輸方式方面與郵件較為相近，當(dāng)連接裝置無法確定時，不同計算機(jī)可實現(xiàn)遠(yuǎn)程連接。在設(shè)計過程中，可根據(jù)以下方式對應(yīng)用程序協(xié)議進(jìn)行設(shè)定，在屬性頁面下點(diǎn)擊“協(xié)議”，選擇SockTCPProtocol，也可通過代碼對屬性進(jìn)行設(shè)置。在構(gòu)建TCP連接時，先應(yīng)創(chuàng)建新的Standard EXE工程，將Win sock控件放入對應(yīng)的窗體中，再加入兩個TxtBox控件。在窗體中添加的代碼如下：

Private Sub Form_Load（）

Tep Server.LocalPort=1001

tepServer.Listen

frmClient.Show顯示客戶端的窗體

End Sub

Private Sub tepServer_DataArrival

3.2 數(shù)據(jù)采集服務(wù)器

在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，采集服務(wù)器主要作用在于數(shù)據(jù)采集、建立數(shù)據(jù)庫，按照用戶實際需求檢索，最終生成報表為統(tǒng)計工作提供便利。在結(jié)構(gòu)圖繪制時，應(yīng)發(fā)揮Access數(shù)據(jù)庫作用，將站名、類型與序號標(biāo)記清楚，數(shù)據(jù)與開關(guān)分別擁有各自的名稱，字段為中文名、英文名、類型、序號與Sx，對Sx進(jìn)行標(biāo)記主要由于變電站中的數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的動態(tài)性，時刻處于變化狀態(tài)，在表格中應(yīng)通過Sx進(jìn)行表示，以當(dāng)天的日期來命名。在綜合報表中，主要包括通用與專用兩種類型，數(shù)據(jù)名稱的選擇應(yīng)由實際名稱決定，例如“1#主變220kv側(cè)P”等。在軟件應(yīng)用過程中，其請求格式也應(yīng)固定。在對日報表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計時，應(yīng)遵循“一對一”請求原則，每次只能對一座變電站發(fā)出申請，在數(shù)據(jù)傳輸后，構(gòu)建出新的報表。在小區(qū)電壓報表中，主要包括某變電站電壓與極值斷面報表，在服務(wù)器傳輸過程中，客戶同樣應(yīng)遵循“一對一”原則[3]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)延遲

實時系統(tǒng)主要是指，在規(guī)定的時間范圍內(nèi)完成系統(tǒng)功能，并對內(nèi)外事件在相同或不同時間內(nèi)做出響應(yīng)的系統(tǒng);該系統(tǒng)有強(qiáng)弱之分，其中弱系統(tǒng)在工作時速度盡量加快，沒有嚴(yán)格的要求;而強(qiáng)系統(tǒng)則要確保運(yùn)行結(jié)果準(zhǔn)確，在規(guī)定時間內(nèi)完成，響應(yīng)時間在ms或者級別。以UNIX系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)屬于強(qiáng)實時系統(tǒng)，但Linux并非實時系統(tǒng)，由于Linux系統(tǒng)中的源代碼公開，因此可將該系統(tǒng)改變?yōu)閺?qiáng)系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可通過網(wǎng)絡(luò)延遲對系統(tǒng)實時性進(jìn)行衡量，例如，在UDP協(xié)議中，報文延遲Td的計算公式如：

式中，Td代表的是報文延遲，主要是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)的程序中，發(fā)出報文與接收端接收報文間的時間差;ta代表的是等待延遲，是指報文發(fā)送所用時間;t1代表的打包延遲，是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)處理機(jī)在打包時所用的時間;T代表的是發(fā)送延遲，是指報文發(fā)送所用的時間;t2代表的是解包延遲，是指接收節(jié)點(diǎn)處理機(jī)解包時所用的時間;△代表的是傳播延遲，是指報文傳播過程中所花費(fèi)的時間。

以10Mbit/s以太網(wǎng)為例，bit周期為0.1，通常情況下，幀間隔時間為9.6，在以太網(wǎng)中規(guī)定，幀字節(jié)數(shù)的字節(jié)為64—1518，則：

式中，L代表的是距離;V代表傳播速度;N代表幀字節(jié)數(shù);T代表發(fā)送延遲;△代表傳播延遲。

3.4 報警系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)原理。該系統(tǒng)的主要原理為：首先，用戶對變電站中所需監(jiān)視的模擬量進(jìn)行選擇，例如有功、電壓等，將所選的模擬量存儲到數(shù)據(jù)庫中，報警系統(tǒng)將每間隔5min向采集服務(wù)器發(fā)出請求，當(dāng)服務(wù)器接收到請求信息后，將數(shù)據(jù)項中的后4次由變電站接收的數(shù)據(jù)傳遞到報警系統(tǒng)中，檢驗調(diào)度自動化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)可對自動化系統(tǒng)中各個廠站運(yùn)行情況進(jìn)行分析，判斷其是否出現(xiàn)故障，如若存在故障則立即發(fā)出報警，當(dāng)故障點(diǎn)在通道、RTU與調(diào)制解調(diào)器中時，需要人工進(jìn)行深入查詢。（2）數(shù)據(jù)監(jiān)控。該系統(tǒng)每間隔5min向采集服務(wù)器發(fā)送一次請求。在運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)為采集系統(tǒng)的客戶，網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP協(xié)議，也就是連接通信，首先向采集服務(wù)器發(fā)出connect請求，如若服務(wù)器能夠接受連接，則退回到accept，此時該系統(tǒng)與服務(wù)器之間完成信息交換。（3）數(shù)據(jù)分析。由于數(shù)據(jù)規(guī)約中的數(shù)據(jù)長度不同，規(guī)約也有所區(qū)別。例如，abcd代表的是從RTU接收到的數(shù)據(jù)的最后4次;如若1代表的是正常，0代表的小時，則abcd為1100時產(chǎn)生告警，這意味著數(shù)據(jù)已經(jīng)存在連續(xù)兩次異常情況。為了避免假告警情況發(fā)生，采用2次前方保護(hù);當(dāng)abcd為0011時，代表的是故障恢復(fù)，在故障時間、恢復(fù)時間方面均以數(shù)據(jù)時表為基準(zhǔn)[4]。此外，結(jié)束標(biāo)志十分關(guān)鍵，在系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)時，通過事件觸發(fā)的方式完成，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)事件出現(xiàn)后，在此過程中接受的數(shù)據(jù)并非為全部數(shù)據(jù)，如若過程中不存在結(jié)束標(biāo)志，則可等待后續(xù)事件觸發(fā)，并對剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代化電網(wǎng)運(yùn)行背景下，調(diào)度自動化系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，無人值守已經(jīng)成為趨勢，可將計算機(jī)的作用與優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，使運(yùn)行效率與可靠性得到顯著提升。同時，還可對系統(tǒng)運(yùn)行中的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障所在并發(fā)出報警，為電網(wǎng)穩(wěn)健運(yùn)行提供切實保障。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李東.電力自動化系統(tǒng)中心站無人值守模式技術(shù)分析[J].河南科技，2013（20）：132+138.

[4] 蔡萌，林霞.無人值守變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（20）：178.

收稿日期：2019-11-04

作者簡介：王博宇（1991—），男，內(nèi)蒙古通遼人、本科，助理工程師，研究方向：電氣與熱控。