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中國電工技術(shù)學(xué)會活動專區(qū) 國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)新疆電力有限公司電力調(diào)度控制中心、國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員王添樂、李永光、南東亮、劉冉、韓偉，在2021年第9期《電氣技術(shù)》上撰文，基于遠動通信框架，采用模塊化思想，以四遙、圖像及告警信息為對象，將廠站仿真實驗平臺、調(diào)度主站平臺的功能分成不同的模塊，可直觀體現(xiàn)出自動對點的行為邏輯。其中，每一個模塊獨立開發(fā)且互不干擾，相互之間具有可借鑒性，在很大程度上降低了開發(fā)難度。在校驗檢測中，本研究采用循環(huán)冗余算法，其與和校驗法相比略復(fù)雜，但準(zhǔn)確度更高。由此構(gòu)建出一套智能變電站遠動快速自動對點系統(tǒng)，以保證智能變電站的可靠運行。
在智能變電站投運前，要核對變電站設(shè)備實際發(fā)出的信號與調(diào)度端接收到的信號是否一致，找出點表中的錯誤，這就是“遠動對點”。當(dāng)前遠動對點需要耗費大量的人力及時間。對點前，需要明確核對信息并制作點表；對點時，主站與變電站調(diào)試人員電話聯(lián)系，人工校對主站接收數(shù)據(jù)與變電站實際數(shù)據(jù)，變電站調(diào)試人員還需借助調(diào)試工具，操縱開關(guān)、刀開關(guān)的分合和對電壓、電流加量。電話對點不僅費時費力，對點準(zhǔn)確性也難以保障。尤其近幾年新能源廠站快速發(fā)展，每年都有新能源廠站并網(wǎng)的高峰期，電話對點給調(diào)試人員造成了很大的困擾，因而研發(fā)智能變電站自動對點系統(tǒng)具有重要的意義。目前智能變電站自動對點系統(tǒng)的研究仍然處于探索階段。而本研究基于模塊化設(shè)計，將四遙、告警信號、圖形信息進行獨立設(shè)計，互不干擾，最終匯總成一套完整的自動對點系統(tǒng)，致力于高效、準(zhǔn)確地自動對點。對點信息分為兩類，一類是四遙，另一類是圖形及告警。四遙遠動對點系統(tǒng)如圖1所示，對于仿真平臺的建模，可以借助全站系統(tǒng)配置文件（substation configuration description, SCD）自動構(gòu)建一個滿足測試所需的網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)環(huán)境，確保變電站配置的可靠性。
仿真平臺利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（supervi- sory control and data acquisition, SCADA）系統(tǒng)[8]采集變電站實時數(shù)據(jù)，匯集到一臺計算機上，再通過遠動裝置將數(shù)據(jù)上送。用一臺計算機模擬調(diào)度中心，上送的數(shù)據(jù)將在這里被分析匯總及存儲。最終，利用自動對點平臺自動校對主站及變電站的點表，并將結(jié)果反饋到調(diào)度主站。四遙仿真平臺如圖2所示，仿真平臺由三部分構(gòu)成：①通信模塊，負責(zé)與遠動裝置建立TCP/IP連接；②報文處理模塊，負責(zé)獲取、儲存變電站信息并且分析處理；③人機交互界面，負責(zé)顯示報文信息，方便更好的篩選。對點工作開展時，先是由制造報文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）報文獲取模塊接收變電站站控層的實時信息，再由MMS報文存儲模塊與解析模塊進行數(shù)據(jù)的備份及分類解析，將解析后的結(jié)果展示在人機交互界面上，對于變電站有效信息，通過通信模塊與遠動裝置建立的TCP/IP協(xié)議，發(fā)送至主站，完成上送。
當(dāng)提取出關(guān)于變電站設(shè)備信息的有效報文后，同時會產(chǎn)生站端點表進行點號映射，并傳送至自動對點平臺，遙信點表生成過程如圖3所示，值為綠燈表示開關(guān)分位，值為紅燈表示開關(guān)合位。
2）模擬調(diào)度主站構(gòu)成及工作過程四遙模擬調(diào)度主站如圖4所示，模擬調(diào)度主站也是由三部分構(gòu)成：通信模塊、報文處理模塊及人機交互模塊。通信模塊與遠動機建立TCP連接，獲取遠動裝置上送的數(shù)據(jù)信息。報文處理模塊中，IEC報文發(fā)送模塊用于主站對遠動裝置發(fā)送對時、總召、遙控等命令；IEC報文接收模塊是接收遠動裝置上送的IEC報文；IEC報文存儲模塊是將報文存儲到數(shù)據(jù)庫中；IEC報文解析模塊是對報文進行重組分類，提取關(guān)于變電站設(shè)備狀態(tài)的有效信息，顯示在人機交互界面。
調(diào)度主站的工作過程參考圖4邏輯關(guān)系。首先在主站與遠動機之間建立TCP連接，保證主站與遠動機之間網(wǎng)絡(luò)通信正常；發(fā)送模塊向遠動機發(fā)送啟動命令，遠動機再向主站發(fā)送確認啟動的反饋；發(fā)送模塊再向遠動機發(fā)送總召請求，遠動機上傳遙信遙測信息；再經(jīng)過IEC報文解析模塊進行篩選，提取出有效信息。IEC報文中發(fā)送的數(shù)據(jù)包含變電站所有單點信息，進行解析后，提取其中的點號和值，并點號映射，形成主站對點表，發(fā)送至自動對點平臺。變電站及主站將生成的點表與值輸入到自動對點平臺，平臺經(jīng)過校驗算法判斷各個單點是否一致，再將判斷結(jié)果反饋至主站，新疆750kV五彩灣變電站自動對點反饋情況如圖5所示，當(dāng)上送的信息與變電站實際信息一致時，表示驗收通過，反之，則驗收不通過。
圖形及告警信號對點系統(tǒng)如圖6所示，其與四遙系統(tǒng)相似，僅在實現(xiàn)過程中的通信協(xié)議和裝置略有差別，包含仿真平臺、調(diào)度主站、網(wǎng)關(guān)裝置及自動對點平臺。
1）告警模擬調(diào)度主站平臺構(gòu)成及工作過程告警仿真平臺結(jié)構(gòu)和工作流程與四遙一致，獲取MMS告警報文，將含有有效信息的MMS報文上送至網(wǎng)關(guān)機。對于其調(diào)度主站，告警系統(tǒng)模擬調(diào)度主站平臺如圖7所示。通信模塊建立告警網(wǎng)關(guān)機和調(diào)度主站的連接；報文處理模塊用于接收并儲存上送DL 476報文，再將其分析歸類；人機交互界面是將提取的有效信息進行展示篩選。
圖7 告警系統(tǒng)模擬調(diào)度主站平臺調(diào)度主站工作過程如圖7所示。首先網(wǎng)關(guān)機與主站通過TCP進行連接，在主站的總召下，告警信息以DL 476報文形式發(fā)送至主站接收模塊，并且對報文信息進行歸類解析，儲存在存儲模塊中。解析模塊對DL 476報文進行解析，提取相關(guān)變電站告警信息，并且將解析后生成的點表傳送至自動對點系統(tǒng)，與變電站傳送的告警點表進行校驗。2）圖形對點系統(tǒng)構(gòu)成及工作過程本研究采用圖計算方法分析圖形數(shù)據(jù)，建立圖數(shù)據(jù)庫（屬性圖）。圖中頂點（V）表示對象，邊（E）表示頂點之間的關(guān)系。工程中常用的圖數(shù)據(jù)庫Huge Graph用CPU作為計算資源時算法相悖，故本研究采用將HugeGraph和圖形處理器GPU相結(jié)合的新圖數(shù)據(jù)管理和計算系統(tǒng)RockGraph。對于智能變電站圖形對點，將變電站中各元件及接線用頂點和邊表述出來，形成圖形數(shù)據(jù)。將這些圖形數(shù)據(jù)壓縮成MMS報文，上送至圖形網(wǎng)關(guān)機，網(wǎng)關(guān)機收到主站發(fā)送的上傳圖形數(shù)據(jù)的請求后，通過DL 476報文上送G語言圖形數(shù)據(jù)，主站將圖形數(shù)據(jù)進行解析，傳送至自動對點平臺，將變電站和上送至主站的圖形數(shù)據(jù)進行比對，完成自動對點，再將結(jié)果返回主站，如圖6所示。當(dāng)對點平臺出現(xiàn)故障，基于圖數(shù)據(jù)庫設(shè)計的變電站接線圖還可以通過G語言自動繪制，顯示在主站的人機交互界面上，不利條件下可以由操作人員進行人工比對。圖形信息仿真平臺如圖8所示，變電站圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過在線事務(wù)處理（on-line transaction processing, OLTP）及在線分析計算（on-line analytical processing, OLAP）傳至圖數(shù)據(jù)庫。其中OLTP主要是對所儲存的實體、實體屬性及它們之間的關(guān)聯(lián)進行改動，當(dāng)變電站結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過OLTP便可以進行數(shù)據(jù)的改動，省去了大量人工改圖的時間。OLAP是對圖數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析計算，目前基本采用佩奇排序（PageRank）算法。對于圖形對點，不需要計算網(wǎng)絡(luò)潮流等，只需將圖形數(shù)據(jù)進行解析儲存，形成變電站接線數(shù)據(jù)庫，發(fā)送至通信模塊，余下操作與四遙仿真平臺工作過程相同。
圖形信息調(diào)度主站如圖9所示，主站通過通信模塊接收到DL 476報文，向圖形網(wǎng)關(guān)機請求G語言圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過圖分析計算，最終形成圖形呈現(xiàn)在人機交互界面上，并將解析后的圖形數(shù)據(jù)傳送至自動對點系統(tǒng)，完成圖形對點任務(wù)。
目前在校驗檢測中，常用的算法有奇偶校驗法、和校驗法（CheckSum）和循環(huán)冗余檢驗法（cyclic redundancy check, CRC）。奇偶校驗法比較簡單，但存在檢測風(fēng)險，只有當(dāng)錯誤個數(shù)為奇數(shù)時，才能檢測發(fā)現(xiàn)；為偶數(shù)時，錯誤相互抵消無法識別。和校驗法應(yīng)用較廣，但它仍有缺陷，當(dāng)數(shù)據(jù)編碼中一位1→0，另一位0→1時，則無法檢測識別。所以，本文采用更為精確的循環(huán)冗余檢驗法。輸入端輸入數(shù)據(jù)是由K位信息碼及R位校驗碼構(gòu)成，數(shù)據(jù)總長度為N。因此，這種編碼也叫(N，K)碼，單點值信息碼組成如圖10所示。數(shù)據(jù)編碼中，每一個數(shù)據(jù)都會有一個多項式與之對應(yīng)。CRC生成多項式由規(guī)范給定的G(x)表示；原始數(shù)據(jù)多項式 C(x)與K對應(yīng)；R(x)多項式代表校驗碼，與R對應(yīng)。開始校驗碼還未計算出來時，校驗碼補0，進行模2除法，其中R是G(x)位數(shù)減1。N位數(shù)據(jù)作為被除數(shù)，G(x)編碼作為除數(shù)，N首位為1，則商為1；余數(shù)首位為1，則除數(shù)為G(x)，余數(shù)首位為0，則除數(shù)為0。這個“除”不是數(shù)學(xué)意義上的除法，而是邏輯運算中的異或。最終，當(dāng)余數(shù)個數(shù)少于G(x)個數(shù)時，則為CRC校驗碼，不足R位補0。
最終，發(fā)送方輸入包含CRC校驗的信息碼，接收方對同一數(shù)據(jù)進行相同的計算，應(yīng)得到相同的結(jié)果。反之，則發(fā)送過程有誤，應(yīng)重新發(fā)送。對于智能變電站遠動自動對點，目前國內(nèi)外研究比較少，仍有很大的進步空間。本研究主要是在遠動通信的基礎(chǔ)上，采用模塊化方式，設(shè)計了一套較為完整的對點方案，得到如下結(jié)論：1）與傳統(tǒng)的人工對點相比，自動對點系統(tǒng)使用計算機等網(wǎng)絡(luò)通信傳輸裝置對點，大大降低了對點代價，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。2）對于變電站接線圖，采用了圖形計算的方法進行分析，對點只需要將變電站圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動對點系統(tǒng)，不再需要人工進行比對。3）對于對點算法，則采用了循環(huán)冗余算法（CRC），它的校驗精度比和校驗法等要高很多，更能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，惟一的不足是算法略微?fù)雜。本文編自2021年第9期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于智能變電站遠動通信的自動對點調(diào)試系統(tǒng)”，作者為王添樂、李永光 等。
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