基于許繼路線的高壓直流控保程序智能校核軟件設(shè)計(jì)

吳梓陽 鄭炯光 李東陽 韓豐收 鄭星星

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州 510000）

0 引言

目前，高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)（以下簡稱“直流控保系統(tǒng)”）龐大的規(guī)模、豐富的功能以及復(fù)雜的程序邏輯[1]，給直流控保系統(tǒng)的現(xiàn)場程序調(diào)試、版本管理和定值校核等運(yùn)維工作帶來了一定的困難，若程序數(shù)據(jù)或版本管理不當(dāng)，直流系統(tǒng)保護(hù)可能誤動(dòng)，造成電力安全事故事件，主要問題如下：

（1）由于技改、消缺、反措等原因，換流站運(yùn)維人員會(huì)定期對直流控保系統(tǒng)程序進(jìn)行升級優(yōu)化，但因程序數(shù)據(jù)信息量龐大，且程序邏輯和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)場往往只能校核修改段程序的正確性，而無法校核非修改程序段是否與原程序一致，若中間某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏忽，則有可能造成現(xiàn)場需要更新的程序存在錯(cuò)誤。

（2）直流控制保護(hù)程序普遍采用可視化編程工具（VIGET）進(jìn)行圖形化開發(fā)，該工具的優(yōu)點(diǎn)是極大地提高了程序開發(fā)人員的效率，使程序的邏輯調(diào)整簡單、靈活[2]，但同時(shí)給現(xiàn)場運(yùn)維造成了一些不便，如無法對可視化頁面自動(dòng)進(jìn)行差異分析，僅能靠人工校核程序的正確性，核對效率較低，準(zhǔn)確度不高，網(wǎng)內(nèi)曾發(fā)生過由控保程序修改錯(cuò)誤造成的直流閉鎖事件。

（3）目前，廣州局基于許繼路線的直流控保程序仍無法通過提取字段、管腳等方式自動(dòng)生成直流保護(hù)定值單，檢修后需通過人工比對定值，耗費(fèi)了大量的人力資源。

1 技術(shù)原理分析

針對上述現(xiàn)狀和問題，本文將基于許繼路線的HCM3000控保系統(tǒng)，研究設(shè)計(jì)一套高壓直流控保程序智能校核軟件，其技術(shù)路線如下：

（1）該控保系統(tǒng)程序的源代碼為指令表語言（又稱“IL語言”），通過比對兩套不同版本的程序源代碼，輸出存在差異的字段，按照IL語言結(jié)構(gòu)判別出存在差異的功能塊名稱、類型、管腳及管腳連線等，并開發(fā)差異性分析報(bào)告導(dǎo)出功能。

（2）通過提取控保程序源代碼信息，按照IL語言結(jié)構(gòu)判別出高壓直流保護(hù)各保護(hù)功能定值，并開發(fā)保護(hù)定值比對和保護(hù)報(bào)告導(dǎo)出功能。

2 軟件方案設(shè)計(jì)

2.1 控保系統(tǒng)程序源代碼結(jié)構(gòu)

HCM3000平臺是許繼路線的高壓直流系統(tǒng)的保護(hù)層設(shè)備，其程序匯集大量邏輯功能塊，此類功能塊可實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜運(yùn)算。在程序源代碼中，按照IL語言結(jié)構(gòu)，將功能塊定義成變量，再給各變量賦值，則能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算，其在工程圖形界面內(nèi)涵為“讀取數(shù)據(jù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)”的過程，數(shù)據(jù)運(yùn)算由功能塊承擔(dān)，數(shù)據(jù)讀取和輸出由賦值完成。HCM3000平臺程序源代碼結(jié)構(gòu)如下：

（1）定義變量區(qū)：分為定義全局變量、定義外部變量和定義內(nèi)部變量，定義全局變量以VAR_GLOBAL開始，以END_VAR結(jié)束；定義外部變量以VAR_EXTERNAL開始，以END_VAR結(jié)束，將接收（發(fā)送）外部的數(shù)據(jù)定義為外部變量；定義內(nèi)部變量以VAR 開始，以END_VAR結(jié)束，將各功能塊定義為內(nèi)部變量。

（2）賦值區(qū)：對功能塊的管腳進(jìn)行賦值，當(dāng)賦值為數(shù)值時(shí)，則將該數(shù)值賦到該功能塊的管腳，當(dāng)賦值為其他功能塊管腳時(shí)，則相當(dāng)于兩個(gè)功能塊之間的管腳連接。如程序段“LD 1.7 ST DUMY_8F_0009.X1”的含義為：將DUMY_8F_0009功能塊的X1管腳賦值為1.7；再如程序段“LD PDF_0036.Q ST AND2_0013.I1”的含義為：PDF_0036功能塊的Q管腳與AND2_0013功能塊的I1管腳相連。

2.2 智能校核軟件框架設(shè)計(jì)

本控保程序智能校核軟件的運(yùn)行環(huán)境為Windows系統(tǒng)，使用了基于.Net Framework的Windows Forms開發(fā)[3]，通過讀取控保程序CFC工程文件源代碼，使用Sqlite數(shù)據(jù)庫作為存儲配置文件和數(shù)據(jù)的載體，按照IL語言結(jié)構(gòu)對源代碼進(jìn)行分析，通過分析對比、提取需求信息實(shí)現(xiàn)功能塊信息比對和定值提取的功能，最后使用Nuget包NPOI操作將分析結(jié)果導(dǎo)出成Excel報(bào)告文件[4]。軟件框架設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 智能校核軟件框架設(shè)計(jì)圖

2.3 校核軟件對比功能開發(fā)

讀取兩個(gè)版本程序的CFC工程文件信息，通過比對兩個(gè)程序源代碼中各變量屬性、數(shù)據(jù)及連接關(guān)系差異性，定性分析出圖形化界面的差異，并展示差異內(nèi)容和所在程序頁碼，便于運(yùn)維人員在圖形界面中核實(shí)相關(guān)信息。主要對比方法如下：

（1）功能塊的增加或刪除：提取所有變量（含全局、外部和內(nèi)部變量）信息，變量提取的方法為從VAR_GLOBAL、VAR_EXTERNAL以及VAR語句開始提取，在各段END_VAR語句結(jié)束提取，提取的變量保存至數(shù)據(jù)庫中并作對比分析，實(shí)現(xiàn)查找增加或減少的變量的功能。

（2）功能塊名稱的改變：提取方法與（1）相同，通過比對變量名稱差異性，實(shí)現(xiàn)功能塊名稱改變情況的查找。

（3）功能塊管腳值的改變：基于（1）的提取變量數(shù)據(jù)，逐一分析變量對應(yīng)的所有管腳賦值情況，提取管腳數(shù)值的方法為：檢索CAL語句，定位相應(yīng)變量（功能塊）的位置，按照“LD數(shù)值/功能塊.管腳ST 功能塊.管腳”的固定語句分析各功能塊的管腳情況，若發(fā)現(xiàn)不一致，則輸出管腳差異情況。

（4）功能塊管腳連線的改變：實(shí)現(xiàn)方法與（3）相同，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管腳信息不一致后，可返回圖形界面中核實(shí)管腳連線改變情況。

（5）功能塊類型的改變：依據(jù)（1）方法查找所有內(nèi)部變量范圍，按照“變量：變量類型；”的固定語句，提取各變量（功能塊）的類型，若發(fā)現(xiàn)不一致，則輸出功能塊類型差異情況。

2.4 校核軟件定值提取功能開發(fā)

在Sqlite數(shù)據(jù)庫中新建config配置表，其按照用戶需求維護(hù)了各功能塊管腳和保護(hù)定值的對應(yīng)關(guān)系，Data表存儲了某個(gè)保護(hù)中某個(gè)配置項(xiàng)的定值。config配置表和data是一對多的關(guān)系，即查一類配置可提供給多套同類型保護(hù)使用。通過數(shù)據(jù)庫的config配置表提取配置項(xiàng)，配置項(xiàng)包含了CFC文件名、功能塊名稱和管腳名稱等。

已知“87CSY Ⅰ段定值”在“O3_FUNC1DCP2”工程文件中DUMY_8F_0001功能塊的X1管腳中，那么搜索“O3_FUNC1DCP2”定位相應(yīng)CFC工程文件，讀取該工程文件的所有行，設(shè)置while循環(huán)語句，每次讀取兩行文本，若開頭為LD和ST開頭的則開始處理，否則跳過。使用以下兩個(gè)正則表達(dá)式提取并校驗(yàn)需求保護(hù)名稱和定值：

（1）保護(hù)定值：LD(?[-+]?[0-9]*.?[0-9]+)；

（2）保護(hù)名稱：ST(?[A-Za-z0-9_.]+)。

第一個(gè)正則表達(dá)式的含義為：LD開頭，接一個(gè)空格，再接數(shù)字字符串，則把數(shù)字存放到名為value的變量中。第二個(gè)正則表達(dá)式的含義為：ST開頭，接一個(gè)空格，再接一個(gè)由大小寫字母、數(shù)字、下劃線和一個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的字符串，把除了ST和空格以外的字符串放到名為pin的變量中。將所有存放至value和pin中的變量與config配置表相匹配，匹配正確則把定值插入到data表中，供軟件顯示使用。邏輯流程圖如圖2所示。

圖2 定值提取流程圖

3 軟件應(yīng)用案例

3.1 比對功能應(yīng)用

通過比對修改前后的程序，驗(yàn)證智能校核軟件的比對功能是否可用。運(yùn)維人員將DUMY_8F_0002功能塊X1管腳定值從3.5修改為2.0，刪除DUMY_2F_0002功能塊，如圖3所示。

圖3 修改前后程序配置情況

通過智能校核軟件進(jìn)行對比分析，輸出結(jié)果如表1所示，與程序修改情況相符。

表1 程序差異信息

3.2 定值提取功能應(yīng)用

通過提取6套直流極保護(hù)定值，驗(yàn)證智能校核軟件的定值提取功能是否可用。運(yùn)維人員將極保護(hù)所在文件夾導(dǎo)入，并導(dǎo)入預(yù)先按需求設(shè)置好的配置文件，點(diǎn)擊提取定值后，軟件能夠正常導(dǎo)出相關(guān)保護(hù)定值，與換流站的定值單定值一致，如圖4所示。

圖4 智能校核軟件定值提取功能

此外，由于該配置文件可以靈活編輯，故運(yùn)維人員可查詢圖形界面，按照個(gè)人需求進(jìn)行個(gè)性化定制，快速導(dǎo)出其他需求的定值信息。

4 結(jié)語

本文介紹了一套適用于許繼路線的高壓直流控保程序的智能校核軟件的設(shè)計(jì)，利用提取工程文件源代碼，并對源代碼進(jìn)行定性定量分析，實(shí)現(xiàn)兩段程序的快速比對和定值提取功能，可有效防止程序誤修改的問題，極大地減輕現(xiàn)場運(yùn)維工作量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某換流站的14套保護(hù)定值核對工作，需耗費(fèi)約10人·時(shí)的工作量，采用該智能軟件可實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)出定值，一鍵比對定值，可節(jié)省9人·時(shí)的人力成本，起到降本增效的作用，提高高壓直流輸電工程的運(yùn)維能力和數(shù)字化水平。