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(guó)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(kuò)大，進(jìn)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(jìn)行電力操作和復(fù)驗(yàn)的調(diào)度模式效率低且安全性無法得到保證[1－3]。為此，對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，充分應(yīng)用智能化調(diào)控技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行遙控操作，對(duì)提升電力系統(tǒng)運(yùn)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(xiàn)[6－7]以調(diào)度自動(dòng)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(yùn)行智能系統(tǒng)的概念，介紹了其未來的發(fā)展方向；文獻(xiàn)[8－9]基于一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合系統(tǒng)告警信息描述的特點(diǎn)，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(jì)算機(jī)智能識(shí)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(kù)工具，完成了原始報(bào)表的參數(shù)閾值自動(dòng)填充、參數(shù)庫(kù)高效正確導(dǎo)入的全自動(dòng)操作；文獻(xiàn)[10]基于微機(jī)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(dòng)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(chǎng)操作防誤的統(tǒng)一工作平臺(tái)，使得調(diào)控一體化操作智能防誤系統(tǒng)更趨完善；文獻(xiàn)[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(duì)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(dá)到的預(yù)期效果進(jìn)行了闡述；文獻(xiàn)[12]利用信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了一種能精準(zhǔn)提示調(diào)度員操作的裝置及計(jì)算機(jī)軟件，有效提高調(diào)度員進(jìn)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(dòng)化技術(shù)支持系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)了基于SOA 架構(gòu)的智能操作票管控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的指令操作安全性和智能操作防誤性進(jìn)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(duì)于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效性。

1 智能操作票管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(cè)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(jìn)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(jìn)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?fù)浣Y(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(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步至網(wǎng)絡(luò)發(fā)令平臺(tái)的調(diào)度操作數(shù)據(jù)庫(kù)中。智能操作票管控系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行更新，并向操作監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)地傳輸監(jiān)控信息，以保證調(diào)度室獲取數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性以及與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的互通性[8]。此外，基于網(wǎng)絡(luò)發(fā)令平臺(tái)的調(diào)度操作系統(tǒng)還需要對(duì)數(shù)據(jù)做出規(guī)范化管控，對(duì)調(diào)度操作的全過程進(jìn)行自動(dòng)校核，保證指令執(zhí)行無誤后做閉鎖處理。人機(jī)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(kù)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(fù)責(zé)對(duì)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(tái)應(yīng)用等進(jìn)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(duì)調(diào)度操作指令進(jìn)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(yùn)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(yàn)證加密、傳輸內(nèi)容加密以及信息存儲(chǔ)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(duì)稱加密實(shí)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(jìn)行設(shè)置[10]。

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

圖4 傳輸信息驗(yàn)證流程圖

2.2 智能操作防誤性

為實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)智能操作票管控系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，主要從以下五個(gè)方面展開，建設(shè)一套基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕泳€模型自動(dòng)識(shí)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(tái)一體化模型對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)、操作類別以及防誤準(zhǔn)則進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、電氣設(shè)備當(dāng)前綜合工作狀態(tài)識(shí)別以及電氣設(shè)備可運(yùn)行方式狀態(tài)識(shí)別等功能。此外，還可以對(duì)某一特定的電氣設(shè)備局部接線模型進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別并分析。

(2)術(shù)語分析。實(shí)現(xiàn)智能糾錯(cuò)功能，對(duì)手動(dòng)輸入操作指令所涉及電氣設(shè)備和操作方式進(jìn)行精準(zhǔn)翻譯，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有操作票的安全校核?；谛g(shù)語智能拆分和識(shí)別技術(shù)，對(duì)待操作電氣設(shè)備及其操作指令進(jìn)行智能讀取，明確手動(dòng)輸入操作指令語句的主謂賓成分對(duì)應(yīng)的名詞，進(jìn)而得到該調(diào)度指令對(duì)應(yīng)的待操作電氣設(shè)備和操作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)手動(dòng)輸入或是智能生成操作指令語句的精準(zhǔn)識(shí)別和模擬校對(duì)。

(3)拓?fù)浞勒`分析。根據(jù)拓?fù)浞治龅慕Y(jié)果對(duì)發(fā)生概率較大的誤操作事件進(jìn)行防范，如:帶負(fù)荷對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，對(duì)斷路器、負(fù)荷開關(guān)以及繼電器進(jìn)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(duì)線路進(jìn)行送電等。

(4)操作票成票校驗(yàn)。在擬票、審核環(huán)節(jié)系統(tǒng)對(duì)操作票進(jìn)行邏輯校核，基于術(shù)語分析和拓?fù)浞勒`分析，對(duì)設(shè)備操作規(guī)則、操作順序、設(shè)備名稱等的正確性進(jìn)行校驗(yàn)。

(5)操作票執(zhí)行校驗(yàn)。在操作票執(zhí)行環(huán)節(jié)下令前進(jìn)行實(shí)時(shí)校核，根據(jù)“五防”等規(guī)則，結(jié)合實(shí)時(shí)遙信遙測(cè)數(shù)據(jù)，校驗(yàn)當(dāng)前指令是否可以操作；操作票執(zhí)行環(huán)節(jié)回令前進(jìn)行狀態(tài)返校，根據(jù)實(shí)時(shí)遙信數(shù)據(jù)，校驗(yàn)當(dāng)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(rèn)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(duì)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(xì)的要求和防護(hù)措施。如圖5所示，管理員可對(duì)系統(tǒng)的安全登錄功能進(jìn)行配置，如:設(shè)置3 次登錄失敗鎖定，登錄失敗鎖定時(shí)間為20 min；設(shè)置登錄密碼最小長(zhǎng)度不能低于8 位，最大長(zhǎng)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(dāng)用戶登錄的客戶端地址和設(shè)置的地址一致時(shí)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(jiǎn)化用戶操作，輔助用戶手工擬票，達(dá)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?fù)鋱D形上單擊某設(shè)備并選定操作的目標(biāo)狀態(tài)后結(jié)合該設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)以及選擇的目標(biāo)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(jìn)入“智能成票”場(chǎng)景；接著，調(diào)度員在系統(tǒng)菜單中選擇綜令票、逐項(xiàng)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(biāo)狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(dòng)把操作票發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)發(fā)令系統(tǒng)中。

(2)點(diǎn)圖成票

點(diǎn)圖成票模塊能夠支持相對(duì)復(fù)雜的電網(wǎng)操作，如線路逐項(xiàng)票等，系統(tǒng)提供調(diào)度員點(diǎn)圖開票功能，調(diào)度員根據(jù)操作邏輯順序通過鼠標(biāo)依次單擊拓?fù)鋱D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(shí)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(diǎn)圖成票”或選擇“點(diǎn)圖成票模式”，系統(tǒng)則進(jìn)入“點(diǎn)圖成票”場(chǎng)景；然后，調(diào)度員在系統(tǒng)菜單中選擇綜令票、逐項(xiàng)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(huì)自動(dòng)根據(jù)選擇的設(shè)備對(duì)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(xiàng)指令，此過程中系統(tǒng)逐步進(jìn)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(yàn)

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(shí)、廠站方核實(shí)、廠站方報(bào)告操作結(jié)果、地調(diào)方復(fù)述、廠站方核實(shí)、地調(diào)方收令八個(gè)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(xiàng)操作指令在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)令環(huán)節(jié)中都是一定要一項(xiàng)一項(xiàng)進(jìn)行操作的。若同一種邏輯方式下存在多項(xiàng)具有并行關(guān)系的操作指令，可以在同一時(shí)間下發(fā)這些并行的指令，但必須要在所有并項(xiàng)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(duì)智能操作票管控系統(tǒng)進(jìn)行研究，基于現(xiàn)有自動(dòng)化技術(shù)支持系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)了基于SOA 架構(gòu)的智能操作票管控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的功能應(yīng)用以及硬件架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)指令操作安全性和智能操作防誤性這兩項(xiàng)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(duì)于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效性。