智能變電站監(jiān)控信息自動(dòng)傳動(dòng)驗(yàn)收方法研究

夏立萌 宋 巍 郭 飛 王 翀 李世群

(國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司 北京 102488)

1 引言

智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)視、控制與運(yùn)行管理，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)直采直送的方式提供面向調(diào)度主站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)變電站遠(yuǎn)方集中監(jiān)控[1-3]。在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，遙信、遙控、遙測(cè)和遙調(diào)四類通用功能是SCADA系統(tǒng)的核心功能，關(guān)乎調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而“四遙”數(shù)據(jù)的質(zhì)量很大程度上依賴于變電站監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收工作[4-5]，因此探究變電站監(jiān)控信息快速精準(zhǔn)的傳動(dòng)驗(yàn)收方法具有重要的實(shí)用價(jià)值。

變電站監(jiān)控信息常規(guī)傳動(dòng)驗(yàn)收模式為變電站調(diào)試人員依據(jù)監(jiān)控信息表，就地操作設(shè)備，逐個(gè)觸發(fā)信號(hào)，驗(yàn)收人員依據(jù)監(jiān)控后臺(tái)告警信息、畫面等判斷站端監(jiān)控信息的正確性；待站端監(jiān)控信息驗(yàn)收完畢且調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道具備后，變電站調(diào)試人員依照調(diào)度主站調(diào)控信息序位表再次操作設(shè)備、觸發(fā)信號(hào)，調(diào)度主站接收并顯示數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)而來(lái)的監(jiān)控信息，主站人員與變電站人員電話聯(lián)系，通過(guò)調(diào)度主站系統(tǒng)告警信息、畫面等確認(rèn)調(diào)度主站監(jiān)控信息是否正確[6-8]。常規(guī)方法依賴于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道具備與否且需要多次操作設(shè)備；驗(yàn)收之前缺少配置校核環(huán)節(jié)，把工程組態(tài)的配置缺陷延遲到與調(diào)度主站傳動(dòng)驗(yàn)收環(huán)節(jié)，導(dǎo)致監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收工作任務(wù)重、效率低、工期長(zhǎng)。

智能變電站二次設(shè)備采用統(tǒng)一的 IEC61850通信協(xié)議與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，因此便于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一建模[9-12]。文獻(xiàn)[13]提出智能變電站二次系統(tǒng)仿真測(cè)試和集成調(diào)試的新模式，利用對(duì)各應(yīng)用功能的采集輸入和執(zhí)行輸出的外部特性進(jìn)行等效仿真，支撐各應(yīng)用功能集成調(diào)試，以提高各應(yīng)用功能調(diào)試效率。文獻(xiàn)[14]提出一種智能變電站監(jiān)控信息快速校驗(yàn)方法，利用模擬主站，與遠(yuǎn)動(dòng)裝置實(shí)時(shí)通信，對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)發(fā)功能進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)調(diào)度主站與變電站就地聯(lián)調(diào)。文獻(xiàn)[15]提出一種基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成調(diào)試方法，利用模擬子站模擬變電站各種類型設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及信息，對(duì)調(diào)度主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)配置、模型建立、圖形畫面關(guān)聯(lián)是否正確進(jìn)行調(diào)試。這些方法均利用模擬仿真與集成調(diào)試技術(shù)，針對(duì)監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收的某一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行改善，以達(dá)到自動(dòng)化、集成化處理的目的，但未能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收全過(guò)程的自動(dòng)校核，傳動(dòng)驗(yàn)收工作的準(zhǔn)確性與快捷性有待提升。

本文提出以智能變電站系統(tǒng)配置描述文件(System configuration description，SCD)、遠(yuǎn)動(dòng)配置描述文件(Remote configuration description，RCD)和變電站監(jiān)控信息表(Substation supervisory and control information table)為基礎(chǔ)，研究開(kāi)發(fā)變電站監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收系統(tǒng)，對(duì)變電站監(jiān)控信息全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)校核，提高傳動(dòng)驗(yàn)收工作的效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)驗(yàn)收方法的改進(jìn)與創(chuàng)新。

2 監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置

變電站監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置作為自動(dòng)驗(yàn)收系統(tǒng)核心部分，其設(shè)計(jì)采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service oriented architecture，SOA)，如圖 1 所示。軟件功能模塊化設(shè)計(jì)，具備HMI人機(jī)交互界面，根據(jù)用戶需求靈活配置到系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建面向應(yīng)用、安全可靠、資源共享、易于擴(kuò)展的支持系統(tǒng)。

裝置應(yīng)用Linux操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)包Qt，數(shù)據(jù)庫(kù)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)。整個(gè)軟件架構(gòu)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，應(yīng)用軟件功能模塊化分為SCL文件解析模塊、xlsx處理模塊、MMS通信模塊、IEC104通信模塊、全景掃描模塊、報(bào)告管理模塊等。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)SCD文件解析后的數(shù)據(jù)，是模塊數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)；SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)具有使用方便、數(shù)據(jù)處理速度快，輕量級(jí)等優(yōu)勢(shì)，主要負(fù)責(zé)中間數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ)、配置信息存儲(chǔ)、報(bào)告存儲(chǔ)?？紤]到自動(dòng)驗(yàn)收裝置需要同時(shí)仿真多個(gè) IED，為了程序的穩(wěn)定性，對(duì)每一個(gè)通信模塊采用獨(dú)立的進(jìn)程設(shè)計(jì)，每一個(gè)進(jìn)程都與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，MMS通信模塊支持多實(shí)例方式與監(jiān)控后臺(tái)與遠(yuǎn)動(dòng)裝置同時(shí)通信，支持遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)的突變、周期、總召、品質(zhì)變化數(shù)據(jù)上送服務(wù)，支持報(bào)告實(shí)例號(hào)監(jiān)視及報(bào)告ID編輯。IEC104通信模塊用于與調(diào)度主站通信，實(shí)現(xiàn)主站前置配置信息靜態(tài)校核、監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)證及監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)驗(yàn)證等功能。遙信全景掃描模塊用于掃描遠(yuǎn)動(dòng)裝置所收到的 MMS信息與轉(zhuǎn)發(fā)的IEC104信息之間的轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系，對(duì)應(yīng)關(guān)系的查找以SOE時(shí)間為基準(zhǔn)，基于發(fā)送的MMS報(bào)文，轉(zhuǎn)發(fā)的IEC104報(bào)文同一個(gè)信號(hào)將擁有同樣的SOE時(shí)間。

3 監(jiān)控系統(tǒng)配置校核

監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收系統(tǒng)可向?qū)綄?dǎo)入監(jiān)控信息點(diǎn)表、RCD文件、SCD文件，對(duì)三個(gè)文件進(jìn)行語(yǔ)法語(yǔ)義、合規(guī)性檢查，以及文件一致性校核，確保數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)工程配置零缺陷，為后續(xù)自動(dòng)傳動(dòng)工作開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

配置校核主要包含四個(gè)環(huán)節(jié)：RCD文件校核、SCD模型校核、監(jiān)控信息表與RCD文件一致性校核、RCD文件動(dòng)態(tài)校核。

3.1 RCD校核

將相應(yīng)工程的 Excel格式監(jiān)控信息表導(dǎo)入自動(dòng)驗(yàn)收裝置，并填寫遙信/遙測(cè)/遙控在Excel文件中的標(biāo)簽頁(yè)碼、點(diǎn)號(hào)對(duì)應(yīng)列、描述對(duì)應(yīng)列等信息，進(jìn)行RCD配置；配置后，選擇相應(yīng)工程的RCD文件檢查其有效性，對(duì)RCD文件進(jìn)行語(yǔ)法與語(yǔ)義校核，以保證數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)配置文件的規(guī)范性，并以報(bào)告形式給出校核結(jié)論；如有配置錯(cuò)誤，需要整改后重新校核，RCD文件校核工程實(shí)例如圖2所示。

3.2 SCD模型校核

將SCD 文件導(dǎo)入自動(dòng)驗(yàn)收裝置，從SCD文件中抽取IED地址信息、報(bào)告控制塊信息及報(bào)告控制塊引用的數(shù)據(jù)集信息。對(duì)所有IED進(jìn)行SCL模型檢查，確認(rèn)IED模型是否滿IEC61850-6標(biāo)準(zhǔn)并給出校核結(jié)論；如果存在IED 模型無(wú)效，則給出詳細(xì)信息，供參考整改重新校核，SCD模型校核工程實(shí)例如圖3所示。

3.3 監(jiān)控信息點(diǎn)表與RCD文件一致性校核

監(jiān)控信息點(diǎn)表和 RCD文件導(dǎo)入自動(dòng)驗(yàn)收裝置后，對(duì)監(jiān)控信息點(diǎn)表和RCD進(jìn)行一致性校核，檢查監(jiān)控信息描述、點(diǎn)號(hào)數(shù)量等是否一致，監(jiān)控信息點(diǎn)表與RCD文件一致性校核工程實(shí)例如圖4所示。

當(dāng)SCD、RCD和監(jiān)控信息表三者信息校核出現(xiàn)異常時(shí)，需提交校核結(jié)論進(jìn)行整改，整改后的文件再次按照以上步驟進(jìn)行校核，直至沒(méi)有任何配置錯(cuò)誤。當(dāng)SCD、RCD和監(jiān)控信息點(diǎn)表三者校核通過(guò)后，表示配置文件靜態(tài)校核完成，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的工程配置閉環(huán)動(dòng)態(tài)校核。

3.4 RCD文件動(dòng)態(tài)校核

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)模型動(dòng)態(tài)校核原理如圖 5所示，通過(guò)導(dǎo)入SCD文件提取全站IED設(shè)備的模型文件，監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置模擬全站IED設(shè)備發(fā)送MMS報(bào)文，通過(guò)閉環(huán)組網(wǎng)，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)實(shí)時(shí)接收MMS報(bào)文，監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置同時(shí)接收數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)出的 IEC104報(bào)文，通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)和監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置的閉環(huán)動(dòng)態(tài)測(cè)試，可驗(yàn)證數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)配置表正確與否，實(shí)現(xiàn)RCD文件動(dòng)態(tài)校核。

RCD文件動(dòng)態(tài)校核可獲取 MMS發(fā)送記錄文件、IEC-104報(bào)文接收記錄文件、監(jiān)控后臺(tái)歷史事件記錄文件三個(gè)文件；導(dǎo)入監(jiān)控信息表后，通過(guò)以上文件，根據(jù)SOE時(shí)間唯一性，提取主站描述及站內(nèi)對(duì)應(yīng)描述，形成完整的RCD文件動(dòng)態(tài)校核報(bào)告。

4 監(jiān)控信息自動(dòng)傳動(dòng)驗(yàn)收

監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收方法通過(guò)監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置，將變電站和調(diào)度主站的緊密配合工作進(jìn)行解耦，即在變電站端引入監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置，利用其模擬主站功能，與監(jiān)控后臺(tái)同步完成站內(nèi)監(jiān)控信息驗(yàn)收、遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)功能驗(yàn)收工作；再利用其模擬子站功能，與集成于電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的主站監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收模塊通信，與調(diào)度主站進(jìn)行程序化的自動(dòng)聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)前置配置信息靜態(tài)校核、監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)證及監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)驗(yàn)證等功能。

4.1 模擬主站與監(jiān)控后臺(tái)同步傳動(dòng)驗(yàn)收

模擬主站與監(jiān)控后臺(tái)同步驗(yàn)收原理如圖 6所示。將數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)直連到自動(dòng)驗(yàn)收裝置，并分別對(duì)自動(dòng)驗(yàn)收裝置和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)配置、網(wǎng)絡(luò)配置和通道配置。依據(jù)變電站監(jiān)控信息表，調(diào)試人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作一次/二次設(shè)備遙信、遙測(cè)信息，接收遙控、遙調(diào)信息，驗(yàn)收人員既可以對(duì)站端監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行傳動(dòng)驗(yàn)收，又可利用自動(dòng)驗(yàn)收裝置的模擬主站功能對(duì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)信息表配置進(jìn)行逐一校核，實(shí)現(xiàn)一次操作、同步驗(yàn)收的便捷性，確保監(jiān)控后臺(tái)監(jiān)控信息、通信網(wǎng)關(guān)機(jī)工程組態(tài)配置與變電站一次/二次設(shè)備實(shí)際操作的一致性。模擬主站與變電站監(jiān)控系統(tǒng)同步驗(yàn)收工程實(shí)例如圖 7所示，傳動(dòng)結(jié)束后，可一鍵導(dǎo)出傳動(dòng)記錄，自動(dòng)形成信息傳動(dòng)報(bào)告。

4.2 模擬子站與調(diào)度主站自動(dòng)傳動(dòng)驗(yàn)收

在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道具備后即可開(kāi)展主站監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收工作，將調(diào)度主站監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收模塊安裝于主站智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)內(nèi)，所有監(jiān)控信息參數(shù)和數(shù)據(jù)均直接從主站前置獲取。

模擬子站與調(diào)度主站自動(dòng)傳動(dòng)驗(yàn)收原理如圖 8所示，將數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)的下行數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口直連到驗(yàn)收裝置的網(wǎng)絡(luò)接口，啟用自動(dòng)驗(yàn)收裝置的模擬子站功能，并將校驗(yàn)無(wú)誤的SCD文件、RCD文件、監(jiān)控信息表等導(dǎo)入自動(dòng)驗(yàn)收裝置，對(duì)自動(dòng)驗(yàn)收裝置進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)配置和網(wǎng)絡(luò)配置；調(diào)度主站開(kāi)啟監(jiān)控信息自動(dòng)傳動(dòng)驗(yàn)收模塊，配置監(jiān)控信息表。

主站、子站配置完成后一鍵起動(dòng)，自動(dòng)驗(yàn)收裝置按照監(jiān)控信息表自動(dòng)觸發(fā)遙信、遙測(cè)信號(hào)傳動(dòng)給數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)，響應(yīng)調(diào)度主站下發(fā)的遙控、遙調(diào)信息，與主站自動(dòng)驗(yàn)收模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行智能程序化自動(dòng)驗(yàn)收，主站自動(dòng)接收監(jiān)控信息并記錄，可方便地對(duì)主站監(jiān)控信息、光字牌、圖形等配置錯(cuò)誤進(jìn)行修改。模擬子站與調(diào)度主站自動(dòng)傳動(dòng)驗(yàn)收工程實(shí)例如圖 9所示，傳動(dòng)結(jié)束后，導(dǎo)出傳動(dòng)記錄形成傳動(dòng)報(bào)告。

5 結(jié)論

本文提出智能變電站監(jiān)控信息自動(dòng)傳動(dòng)方法，自動(dòng)完成變電站監(jiān)控信息全過(guò)程覆蓋、全回路驗(yàn)證、全通道比對(duì)、全信息校驗(yàn)的傳動(dòng)驗(yàn)收工作，其特點(diǎn)有如下幾方面。

(1) 以智能變電站SCD文件、RCD文件和監(jiān)控信息表為基礎(chǔ)，通過(guò)監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置，將變電站和調(diào)度主站的緊密配合工作進(jìn)行解耦。

(2) 應(yīng)用監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置的模擬主站功能，在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道具備前即可開(kāi)展監(jiān)控后臺(tái)驗(yàn)收與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)信息表配置逐一校核，實(shí)現(xiàn)一次操作、同步驗(yàn)收的便捷性。

(3) 應(yīng)用監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收裝置的模擬子站功能，依據(jù)監(jiān)控信息表，自動(dòng)驗(yàn)收裝置自動(dòng)觸發(fā)監(jiān)控信息，與部署于調(diào)度主站的監(jiān)控信息自動(dòng)驗(yàn)收模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控信息智能程序化自動(dòng)驗(yàn)收。

工程實(shí)踐表明，該方法可確保監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收工作的準(zhǔn)確性與快捷性，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息傳動(dòng)驗(yàn)收全過(guò)程閉環(huán)管理，加快新建變電站接入調(diào)度控制系統(tǒng)的工作進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)傳動(dòng)驗(yàn)收模式的改進(jìn)與創(chuàng)新。