智能變電站二次設(shè)備軟件版本在線(xiàn)管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

郭利軍 茹東武 衛(wèi) 星 侯俊飛 車(chē) 帥

(許繼電氣股份有限公司 河南 許昌 461000)

0 引 言

國(guó)家電網(wǎng)公司在2019年年中工作會(huì)議中要求推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè),實(shí)現(xiàn)“三型兩網(wǎng)、世界一流”的戰(zhàn)略目標(biāo)。智能變電站作為“兩網(wǎng)”中堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié),承擔(dān)著能源流在電網(wǎng)傳輸中的電壓變換、電能分配、潮流控制等重要作用,其能否安全穩(wěn)定運(yùn)行也決定了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量[1-3]。

為保證智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行,站內(nèi)二次設(shè)備的軟件程序或配置文件會(huì)根據(jù)需要進(jìn)行升級(jí)或更新,如網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變更時(shí)需要更新網(wǎng)絡(luò)配置文件,為提高安全性需要升級(jí)驅(qū)動(dòng)程序等[4]。目前對(duì)二次設(shè)備進(jìn)行程序更新時(shí),沒(méi)有通用專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)來(lái)提供這些服務(wù),需要運(yùn)維人員使用專(zhuān)有工具連接二次設(shè)備,校核軟件版本及校驗(yàn)碼后,再手動(dòng)更新程序。因智能變電站內(nèi)二次設(shè)備種類(lèi)眾多,包括測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、PMU采集器等,不同廠(chǎng)商不同裝置有各自的專(zhuān)有維護(hù)工具。這種通過(guò)人工進(jìn)行軟件管理的方式來(lái)進(jìn)行軟件升級(jí),界面復(fù)雜,操作繁瑣,誤操作的風(fēng)險(xiǎn)很高[5-8]。

因此迫切需要開(kāi)發(fā)一套智能變電站二次設(shè)備軟件在線(xiàn)管控系統(tǒng),完成對(duì)變電站安全I(xiàn)區(qū)接入站控層網(wǎng)絡(luò)的二次設(shè)備進(jìn)行軟件集中在線(xiàn)管理和控制,避免誤操作,以保障變電站二次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 整體思路

二次設(shè)備軟件在線(xiàn)管控系統(tǒng)部署于站控層,通過(guò)站內(nèi)站控層公用網(wǎng)絡(luò)與二次設(shè)備進(jìn)行通信,軟件在線(xiàn)管控的對(duì)象指變電站安全I(xiàn)區(qū)所有接入站控層公用網(wǎng)絡(luò)的二次設(shè)備,包括測(cè)控裝置、PMU采集器、保護(hù)裝置、穩(wěn)控裝置等;管控的軟件類(lèi)型包括驅(qū)動(dòng)程序、功能程序、網(wǎng)絡(luò)配置文件等[9-12],其通信數(shù)據(jù)流向如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)部署位置及數(shù)據(jù)流

變電站二次設(shè)備經(jīng)調(diào)試驗(yàn)收后,將驅(qū)動(dòng)程序、功能程序、網(wǎng)絡(luò)配置文件等簽入到在線(xiàn)管控系統(tǒng)中,后期運(yùn)行維護(hù)時(shí)再執(zhí)行簽出操作,修改后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)裝載到二次設(shè)備中,驗(yàn)收后再次進(jìn)行簽入操作,實(shí)現(xiàn)軟件版本可追溯的全生命周期管控。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)縝密的調(diào)研和需求分析,在線(xiàn)管控系統(tǒng)需要按實(shí)現(xiàn)以下功能才能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用和安全審計(jì)要求,主要包括:新增裝置、裝置軟件簽入及簽出、裝置軟件版本管理、網(wǎng)絡(luò)裝載、軟件版本在線(xiàn)校核及異常告警、告警信息存儲(chǔ)和查詢(xún)、權(quán)限管理、操作信息記錄及檢索等,系統(tǒng)整體框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

完成二次設(shè)備軟件在線(xiàn)管控功能主要實(shí)現(xiàn)以下關(guān)鍵環(huán)節(jié):

1) 智能變電站工程配置軟件生成的程序和文件與在線(xiàn)管控系統(tǒng)的軟件版本存儲(chǔ)路徑相互獨(dú)立。

2) 軟件簽入時(shí),拷貝源文件并創(chuàng)建新的版本;軟件簽出時(shí),直接覆蓋智能變電站工程配置軟件路徑下的相關(guān)文件,智能變電站工程配置軟件應(yīng)能在簽出文件基礎(chǔ)上完成重新編輯工作。

3) 能提取任一版本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)裝載,裝載成功后將相應(yīng)版本置為基準(zhǔn)版本。

4) 使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)所有版本軟件的存儲(chǔ)路徑、版本狀態(tài)、下裝時(shí)間等信息。

5) 在線(xiàn)校核周期性的提取本地基準(zhǔn)版本的版本/CRC信息,在線(xiàn)調(diào)取二次設(shè)備的版本號(hào)/CRC進(jìn)行比對(duì),不一致時(shí)發(fā)出告警信息,告警信息可查詢(xún)。

6) 在同一人機(jī)交互界面上進(jìn)行的各種操作,如簽入、簽出、下裝等,可記錄、可查詢(xún)。

7) 權(quán)限管理應(yīng)支持瀏覽、配置更改、簽入/簽出、網(wǎng)絡(luò)裝載等權(quán)限種類(lèi)。

8) 審計(jì)信息應(yīng)詳細(xì)記錄,應(yīng)包括操作人、操作時(shí)間、操作內(nèi)容等所有關(guān)鍵信息。

2.2 運(yùn)行界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)行主界面設(shè)計(jì)不僅要滿(mǎn)足功能統(tǒng)一、操作簡(jiǎn)便的要求,更要符合易用性、規(guī)范性、合理性要求[13-16],主要由菜單欄、變電站裝置樹(shù)列表、裝置基準(zhǔn)版本及歷史版本信息展示表格、版本校核不一致實(shí)時(shí)告警窗組成。其中,變電站裝置樹(shù)列表s按變電站-電壓等級(jí)-間隔-裝置-軟件類(lèi)型(驅(qū)動(dòng)程序/功能程序/網(wǎng)絡(luò)配置文件)的層次結(jié)構(gòu)組織,系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行界面

各交互頁(yè)面具體規(guī)劃如下:

1) 主界面主要由菜單欄、變電站裝置樹(shù)列表、裝置基準(zhǔn)版本及歷史版本信息展示表格、版本校核不一致實(shí)時(shí)告警窗組成。

2) 菜單欄:包括文件、新增、簽入、簽出、網(wǎng)絡(luò)裝載、版本不一致信息查詢(xún)、操作信息檢索等。

3) 變電站裝置樹(shù)列表:按變電站-電壓等級(jí)-間隔-裝置-軟件類(lèi)型(驅(qū)動(dòng)程序/功能程序/網(wǎng)絡(luò)配置文件)的層次結(jié)構(gòu)組織;左鍵點(diǎn)擊裝置節(jié)點(diǎn)時(shí),右側(cè)表格顯示該裝置所有文件類(lèi)型的基準(zhǔn)版本及歷史版本信息,點(diǎn)擊裝置下文件類(lèi)型節(jié)點(diǎn)時(shí)(如驅(qū)動(dòng)程序),右側(cè)表格顯示相應(yīng)文件類(lèi)型的基準(zhǔn)版本及歷史版本信息,點(diǎn)擊其他節(jié)點(diǎn)時(shí),右側(cè)表格顯示為空。

4) 裝置基準(zhǔn)版本及歷史版本信息展示表格:展示文件名稱(chēng)、文件類(lèi)型、版本、校驗(yàn)碼、當(dāng)前狀態(tài)、最后修改時(shí)間、最后下裝時(shí)間、基準(zhǔn)版本等信息。當(dāng)前狀態(tài)包括正常及簽出兩種狀態(tài),最后修改時(shí)間從文件時(shí)間戳提取,最后下裝時(shí)間為當(dāng)前文件執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)裝載時(shí)的后臺(tái)時(shí)間,基準(zhǔn)版本根據(jù)最后下裝時(shí)間判定,同種文件類(lèi)型下最大下裝時(shí)間的文件即為基準(zhǔn)版本。

5) 版本校核不一致實(shí)時(shí)告警窗:實(shí)時(shí)展示軟件版本在線(xiàn)校核不一致信息,包括裝置名稱(chēng)、文件名稱(chēng)、文件類(lèi)型、告警事件及時(shí)間等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

裝置的驅(qū)動(dòng)程序、功能程序、網(wǎng)絡(luò)配置文件等版本備份在經(jīng)過(guò)工程測(cè)試后,要交付到軟件管控系統(tǒng)中,進(jìn)行集成存儲(chǔ)和管理。對(duì)裝置備份的變更管理采用簽入、簽出機(jī)制,即在進(jìn)行裝置備份的修改變更前進(jìn)行簽出,修改完成后進(jìn)行簽入。簽出后,由簽出人員進(jìn)行備份修改,已經(jīng)簽出的裝置備份,不允許再次簽出,修改完成后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將裝置備份裝載到二次設(shè)備中,在工程驗(yàn)收后,由修改人員完成簽入。同時(shí)啟動(dòng)該裝置的版本在線(xiàn)校核計(jì)算,異常時(shí)告警。

3.1 版本簽入

工程經(jīng)測(cè)試驗(yàn)收后,以裝置為單位將各廠(chǎng)家提交并審核通過(guò)的驅(qū)動(dòng)程序、功能程序、網(wǎng)絡(luò)配置文件添加至軟件在線(xiàn)管控系統(tǒng)。管控系統(tǒng)從裝置程序版本文件中讀取版本號(hào),并計(jì)算文件CRC校驗(yàn)碼,保存新建版本的文件路徑名、文件類(lèi)型、版本號(hào)、校驗(yàn)碼、裝置名稱(chēng)等信息到數(shù)據(jù)庫(kù)軟件版本信息表中,設(shè)置此版本信息為裝置的基準(zhǔn)版本,同時(shí)將裝置備份文件添加到系統(tǒng)版本數(shù)據(jù)庫(kù)中,完成裝置版本簽入,業(yè)務(wù)流程如圖4所示。數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建的軟件版本信息表模型如表1所示。

表1 軟件版本信息表

圖4 簽入功能流程

3.2 版本簽出

從軟件管控系統(tǒng)中選擇裝置當(dāng)前基準(zhǔn)版本或任一歷史版本功能程序、網(wǎng)絡(luò)配置文件,簽出至智能變電站工程配置軟件中,對(duì)于簽出過(guò)程中的同名文件,直接用軟件管控系統(tǒng)中的文件覆蓋智能變電站工程配置軟件路徑中的文件。智能變電站工程配置軟件以簽出版本為基礎(chǔ)完成功能邏輯及網(wǎng)絡(luò)通信部分修改,重新編譯生成新版本的功能程序、網(wǎng)絡(luò)配置文件,等待系統(tǒng)審核后簽入軟件管控系統(tǒng)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)裝載

將選中的裝置軟件和文件,使用TCP/IP協(xié)議通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò)下裝至裝置。軟件和文件網(wǎng)絡(luò)裝載成功后,更新下裝文件的最后下裝時(shí)間信息,并將其基準(zhǔn)版本標(biāo)志設(shè)置為true。為了保證網(wǎng)絡(luò)裝載的可靠、安全、通用,使用TFPS文件傳輸服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn),可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多臺(tái)裝置進(jìn)行功能程序或網(wǎng)絡(luò)配置文件的裝載,網(wǎng)絡(luò)裝載流程如圖5所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)裝載功能流程

3.4 軟件版本在線(xiàn)校核

設(shè)備軟件版本在線(xiàn)校核服務(wù)可周期或手動(dòng)召喚站內(nèi)各設(shè)備版本號(hào)、CRC校核碼,將召喚信息與管控系統(tǒng)內(nèi)基礎(chǔ)版本信息進(jìn)行比對(duì),比對(duì)信息不一致時(shí)輸出版本校核異常告警,提示運(yùn)維人員進(jìn)行版本維護(hù),并生成版本校核數(shù)據(jù)簡(jiǎn)報(bào)存入數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)可追溯,其流程如圖6所示。

圖6 軟件版本在線(xiàn)校核流程

軟件版本在線(xiàn)校核操作步驟如下:

1) 通過(guò)文件傳輸服務(wù),周期或人工召喚二次設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序/功能程序/網(wǎng)絡(luò)配置文件,存入管控系統(tǒng)文件數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2) 解析文件中的版本信息并計(jì)算版本文件CRC16校驗(yàn)碼;CRC16校驗(yàn)算法如下所示:

1 unsigned short calcrc(unsigned char*pbuf,int nlen,int nVal){

2 unsigned long Temp;

3 unsigned long crcCode=nVal;

4 int i,j;

5 for(i=0;i

6 Temp=pBuf[i]<<8;

7 crcCode=crcCode^Temp;

8 for(j=0;j<8;j++){

9 crcCode=crcCode &0xFFFF;

10 crcCode=crcCode<<1;

11 if(crccode>0xFFFF){

12 crccode=crccode^0x1021;

13 }

14 }

15 }

16 crcCode=crcCode &0xFFFF;

17 return crcCode;

18 }

3) 根據(jù)設(shè)備索引信息,從管控系統(tǒng)版本數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行該設(shè)備當(dāng)前版本及CRC信息的檢索。

4) 將步驟2)與步驟3)中的版本、CRC信息進(jìn)行比對(duì),有差異時(shí)表示裝置運(yùn)行程序發(fā)生變化,發(fā)送異常告警提示,并生成校核簡(jiǎn)報(bào),無(wú)差異時(shí)直接生成校驗(yàn)簡(jiǎn)報(bào)存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

擴(kuò)展版本校核告警信息內(nèi)容,具體模型如表2所示。

表2 軟件版本校核告警信息模型

3.5 權(quán)限及審計(jì)管理

通過(guò)配置用戶(hù)組及擴(kuò)展權(quán)限位,來(lái)實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理功能,分為用戶(hù)角色管理和用戶(hù)權(quán)限管理兩部分[17-20],具體功能如下:

1) 用戶(hù)角色管理:即用戶(hù)組管理,需配置管理員、維護(hù)人員、操作員和瀏覽人員等角色。

2) 用戶(hù)權(quán)限管理:擴(kuò)展“瀏覽、配置更改、簽入/簽出、網(wǎng)絡(luò)裝載”等權(quán)限位,在執(zhí)行具體操作時(shí)判斷當(dāng)前用戶(hù)是否具有該操作權(quán)限。

用戶(hù)在軟件管控系統(tǒng)進(jìn)行簽入、簽出、取消簽出、配置修改、網(wǎng)絡(luò)裝載等重要操作時(shí),發(fā)出操作記錄告警信息,在告警窗口進(jìn)行實(shí)時(shí)展示,審計(jì)模塊完成記錄操作信息并至歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中,以供審計(jì)專(zhuān)員檢索,完成審計(jì)功能。

審計(jì)信息具體模型如表3所示。

表3 審計(jì)信息模型

4 在線(xiàn)管控系統(tǒng)的應(yīng)用

目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在某省某220 kV變電站試點(diǎn)工程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)二次設(shè)備程序、配置的全生命周期管理,系統(tǒng)運(yùn)行效果如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行效果圖

圖8 系統(tǒng)應(yīng)用前后站內(nèi)設(shè)備維護(hù)時(shí)間對(duì)比

通過(guò)在線(xiàn)管控系統(tǒng)的應(yīng)用,變電站內(nèi)二次設(shè)備檢修和更換任務(wù)變得更加高效、安全,節(jié)省人力物力,大幅縮短操作時(shí)間,操作時(shí)間可降至原來(lái)的20%以下,同時(shí)規(guī)范了操作流程,可有效減少人工操作出錯(cuò)概率,降低設(shè)備運(yùn)維、檢修期間產(chǎn)生的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

智能變電站二次設(shè)備軟件版本在線(xiàn)管控系統(tǒng)可完成變電站安全I(xiàn)區(qū)接入站控層網(wǎng)絡(luò)的二次設(shè)備軟件版本進(jìn)行集中在線(xiàn)管理和控制,并在220 kV變電站進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)行,該系統(tǒng)能夠更加高效、安全地對(duì)站內(nèi)二次設(shè)備進(jìn)行檢修、更換,可將操作時(shí)間壓縮至原本的20%以下,大大提高了工作效率,規(guī)范了操作流程,有效減少人工操作出錯(cuò)概率,降低設(shè)備運(yùn)維、檢修期間產(chǎn)生的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用對(duì)提高智能變電站的安全運(yùn)行質(zhì)量具有一定的積極意義。