史金偉,楊啟京,肖艷煒,吳 靜,嚴(yán)亞琦,吳 昊
(1.國(guó)電南瑞科技股份有限公司,江蘇 南京 210061;2.浙江省電力公司,浙江杭州 310007)
隨著電力行業(yè)的發(fā)展,智能電網(wǎng)成為電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。電網(wǎng)智能化要求將電力流,信息流,業(yè)務(wù)流進(jìn)行高度的融合。為了提高電網(wǎng)的可靠性,使得電網(wǎng)能夠安全,經(jīng)濟(jì),高效地運(yùn)行,在日常工作中遇到突發(fā)事件時(shí),上級(jí)電力調(diào)度對(duì)下級(jí)調(diào)度單位的系統(tǒng)運(yùn)行狀況需要獲得到直觀、清晰、全面地了解。當(dāng)前上下級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)往往采用不同廠家的系統(tǒng)或是同一廠家不同版本的系統(tǒng),系統(tǒng)間的架構(gòu),平臺(tái)等都不相同。在這種情況下,很難滿足上級(jí)調(diào)度對(duì)下級(jí)調(diào)度的監(jiān)視需求。本文介紹了異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)閱的方法與實(shí)現(xiàn),是在大運(yùn)行體系技術(shù)支撐建設(shè)要求下,以解決在大運(yùn)行體制下上級(jí)瀏覽下級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)(地調(diào)[1]或變電站)數(shù)據(jù)的一種新的數(shù)據(jù)接入方式。它提供了一套完整的上級(jí)調(diào)度對(duì)下級(jí)調(diào)度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)閱的解決方法和實(shí)現(xiàn)方案,對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間特別是異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)調(diào)閱進(jìn)行了有益的探索。
目前,各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)特別是省地間的調(diào)度系統(tǒng)大多采用的是異構(gòu)系統(tǒng)。它們異構(gòu)性主要體現(xiàn)在以下幾方面:(1)平臺(tái)的異構(gòu),即數(shù)據(jù)所依賴的應(yīng)用系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或操作系統(tǒng)的不同。(2)模式的異構(gòu),如數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),組織結(jié)構(gòu)不同。(3)語義的異構(gòu),如數(shù)據(jù)的描述,表達(dá)方式或是內(nèi)容上的不同。以上3個(gè)方面異構(gòu)的特性造成了異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)調(diào)閱的難題。國(guó)內(nèi)當(dāng)前針對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互,主要采用了模型拼接,數(shù)據(jù)接口,遠(yuǎn)方終端等模式實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)調(diào)閱。但對(duì)于模型拼接來說比較適合于上下級(jí)調(diào)度間的深度應(yīng)用,鑒于其對(duì)上下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)模型維護(hù)要求高,操作繁瑣的特點(diǎn),并不適合于調(diào)度間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)視,瀏覽這類頻繁,偶發(fā)性的輕度應(yīng)用。而接口方式則開發(fā)成本很高,特別是針對(duì)不同的異構(gòu)系統(tǒng)都需要開發(fā)特殊的接口程序,這顯然是不能接受的。此外上級(jí)調(diào)度中心通過部署遠(yuǎn)方終端的方式來調(diào)閱下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)的方式,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬有著較高要求,一般來說需要10 M 以上的帶寬。部署遠(yuǎn)方終端方式相當(dāng)于下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的監(jiān)控終端延伸到了上級(jí)調(diào)度中心,因此遠(yuǎn)方終端設(shè)備只能是下級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中同系統(tǒng)的設(shè)備。而實(shí)際中各下級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備型號(hào)種類繁多,因而增加了設(shè)備投資成本和自動(dòng)化的維護(hù)成本。
在這種情況下提出一種安全,經(jīng)濟(jì),高效解決異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程調(diào)閱方法就顯得尤為必要了。本文介紹的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)閱的方法,不需要增加硬件設(shè)備,屏蔽了系統(tǒng)間的異構(gòu)性,上級(jí)調(diào)度中心可以在任何時(shí)間瀏覽當(dāng)?shù)叵录?jí)站端系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)畫面,對(duì)下級(jí)站端系統(tǒng)運(yùn)行狀況、潮流走向、設(shè)備位置、光字信號(hào)等進(jìn)行直觀了解。上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)并不需要提前做好畫面,做到了隨看隨開的狀態(tài),減輕上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的壓力,有利于大運(yùn)行模式地監(jiān)視。
本文中數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)閱的調(diào)閱方上級(jí)調(diào)度中心與被調(diào)閱方下級(jí)調(diào)度中心分別被定義為客戶端與服務(wù)端。作為服務(wù)端的下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)刷新,數(shù)據(jù)響應(yīng)服務(wù)。上級(jí)調(diào)度中心作為客戶端可對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行召喚,調(diào)閱。遠(yuǎn)程調(diào)閱結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。
圖1 遠(yuǎn)程調(diào)閱結(jié)構(gòu)圖
上級(jí)調(diào)度中心遠(yuǎn)程調(diào)閱中所召喚的數(shù)據(jù)主要包含了2個(gè)方面內(nèi)容,即圖形文件和圖形相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。圖形文件是遠(yuǎn)程調(diào)閱中數(shù)據(jù)信息的主要載體。通過接線圖如廠站圖,潮流圖等可以直觀,全面地反應(yīng)出電網(wǎng)的完整運(yùn)行情況。圖形相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則準(zhǔn)確,實(shí)時(shí)地反應(yīng)了設(shè)備的運(yùn)行和量測(cè)情況。圖形與所展示的數(shù)據(jù)是互為依存的關(guān)系。為屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)間的差異性,在開發(fā)設(shè)計(jì)服務(wù)端與客戶端服務(wù)時(shí),針對(duì)圖形轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)交換分別采用電力系統(tǒng)圖形描述規(guī)范CIM/G 和電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議DL 476-92 進(jìn)行開發(fā)。
圖形數(shù)據(jù)的交互和標(biāo)準(zhǔn)化是異構(gòu)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程調(diào)閱技術(shù)的重要組成部分。當(dāng)前,調(diào)度中心各系統(tǒng)中的圖形(如廠站接線圖)都是由各廠家自己定義的電力設(shè)備圖元,相互之間不能進(jìn)行互操作,因此如何實(shí)現(xiàn)圖形的共享,已成為異構(gòu)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程調(diào)閱的一個(gè)重要問題。
CIM/G 是在IEC 61970-453 基于CIM的圖形交換基礎(chǔ)上,針對(duì)SVG 文本較大且網(wǎng)絡(luò)傳輸較慢這個(gè)問題所發(fā)展起來的專門為電力系統(tǒng)服務(wù)的一種新型高效的圖形描述語言。中國(guó)向IEC 提交CIM/G 智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案已獲準(zhǔn)立項(xiàng)并將轉(zhuǎn)化為IEC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[2,3]。在國(guó)內(nèi)CIM/G 圖形標(biāo)準(zhǔn)也已廣泛應(yīng)用于各大智能調(diào)度支持系統(tǒng)中。因此CIM/G 作為圖形數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)具有廣發(fā)的適應(yīng)性。
CIM/G 包括兩大類,一類是系統(tǒng)公有信息,包括電壓等級(jí)定義、圖元、間隔、菜單等,類似于C 語言的頭文件,交換頻率較低。另一類是某幅具體圖形的描述,采用類似于C 語言中函數(shù)調(diào)用的方式引用頭文件。這樣可以大大降低圖形文件交換的數(shù)據(jù)量。因此以CIM/G 作為數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)具有高效性。
本文中介紹的異構(gòu)系統(tǒng)間的遠(yuǎn)程調(diào)閱技術(shù)為了適應(yīng)工程上的相關(guān)需求,對(duì)于CIM/G 也做了適度的擴(kuò)充定義和意義的延伸。
(1)設(shè)備的電壓等級(jí)著色定義。在交互的CIM/G圖形文件中擴(kuò)充了繪圖元素的電壓等級(jí)定義,對(duì)于圖形文件中動(dòng)態(tài)圖元都有“volType”屬性,該屬性填寫了設(shè)備的電壓等級(jí)名稱,只要改名稱填寫正確,調(diào)閱的系統(tǒng)即可根據(jù)該電壓等級(jí)顯示本系統(tǒng)的顏色。圖形中的連接線根據(jù)所連設(shè)備的電壓等級(jí)著色。
(2)圖形繪圖風(fēng)格的規(guī)范化。遠(yuǎn)程調(diào)閱中圖形數(shù)據(jù)的繪制采用了CIM/G 中對(duì)于基本圖形要素繪制風(fēng)格建議,內(nèi)容包括填充風(fēng)格和畫筆風(fēng)格等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)范,避免了不同系統(tǒng)間因風(fēng)格差異造成的顯示效果差異。
DL 476-92 規(guī)約[4]為電力系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其中定義了電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議,描述了數(shù)據(jù)格式、控制序列及服務(wù)原語。該規(guī)約主要適用于電力系統(tǒng)控制中心之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信,屬于網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約。DL 476-92 規(guī)約除了可以傳輸”遙信、遙測(cè)、遙調(diào)和遙控”四遙數(shù)據(jù)外,還可以方便擴(kuò)展使用ASCII 碼傳輸用戶自定義命令字段,DL 476-92 規(guī)約因此具有良好的可擴(kuò)展性。相對(duì)于其他規(guī)約而言,DL 476-92 規(guī)約結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使得數(shù)據(jù)傳輸安全可靠,傳輸速率快,特別是DL 476-92規(guī)約自身的一些機(jī)制特點(diǎn)。如傳輸數(shù)據(jù)單幀信息量大、序列號(hào)確認(rèn)等,使得目前國(guó)內(nèi)采用DL 476-92規(guī)約通信的系統(tǒng)越來越普遍。基于上述優(yōu)點(diǎn)此本方案中關(guān)于數(shù)據(jù)交換部分采用了DL 476-92規(guī)約進(jìn)行開發(fā)。
主站系統(tǒng)中的人機(jī)(Man-Machine Interface),通過本地圖形網(wǎng)關(guān)[5]和站端系統(tǒng)(下級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng))圖形網(wǎng)關(guān),向站端系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求G 文件命令,在獲取G 文件后根據(jù)該圖中使用的圖元依次請(qǐng)求符合G 規(guī)范的圖元文件(簡(jiǎn)稱G 圖元)后轉(zhuǎn)換成主站系統(tǒng)中私有圖形文件格式,最后主站系統(tǒng)中人機(jī)從G 文件中生成數(shù)據(jù)請(qǐng)求,發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令,站端系統(tǒng)響應(yīng)請(qǐng)求命令并周期上送主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)。站端系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)刷新周期進(jìn)行增量數(shù)據(jù)發(fā)送。遠(yuǎn)程調(diào)閱過程如圖2 所示。
圖2 交互流程圖
主站系統(tǒng)通過擴(kuò)展的DL 476-92 協(xié)議與站端系統(tǒng)交互訪問數(shù)據(jù)[6]。為了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一性,通信交互的簡(jiǎn)便性,定義使用“請(qǐng)求圖形文件”、“請(qǐng)求畫面刷新數(shù)據(jù)”、“停止畫面數(shù)據(jù)刷新”3 種不同命令字段區(qū)分,進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。命令字段如下:
請(qǐng)求圖形文件SOA://ftp(gfilename=G 文件名,update_mode=1,time=文件時(shí)間)
請(qǐng)求刷新數(shù)據(jù)SOA://display(gfilename=G 文件名,period=1)
停止畫面數(shù)據(jù)SOA://stopdata(gfilename=G 文件名)
遠(yuǎn)程調(diào)閱仍然使用標(biāo)準(zhǔn)DL 476-92 規(guī)約中塊類型“變化測(cè)量量實(shí)型塊(BID=8)”和“變化狀態(tài)量塊(BID=9)”傳輸圖形畫面遙測(cè)與遙信數(shù)據(jù)。
使用擴(kuò)充的數(shù)據(jù)類型塊(BID=39)傳輸上級(jí)請(qǐng)求命令字段內(nèi)容和(BID=42)傳輸G 文件屬性數(shù)據(jù)內(nèi)容,以提高遠(yuǎn)程調(diào)閱效率。
在電力系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中,數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞,影響以此為依據(jù)的決策正確性和科學(xué)性,尤其在對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急處理過程中。遠(yuǎn)程調(diào)閱過程中由于上級(jí)調(diào)度所有信息來源只是通過G 文件中對(duì)于下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中設(shè)備的描述,對(duì)于下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)質(zhì)量并不能有全面了解,由于標(biāo)準(zhǔn)DL 476-92 規(guī)約對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量不夠豐富,所以為了能有全面的數(shù)據(jù)質(zhì)量信息,遠(yuǎn)程調(diào)閱技功能擴(kuò)展了標(biāo)準(zhǔn)DL 476-92 規(guī)約,新增了塊類型[7,8]“BID=103”描述遙測(cè)狀態(tài)信息、“BID=104”描述遙信狀態(tài)信息。狀態(tài)信息數(shù)據(jù)格式(數(shù)據(jù)索引表號(hào)為所在畫面的編號(hào))如圖3 所示。
圖3 狀態(tài)信息報(bào)文格式
狀態(tài)信息包含“狀態(tài)信息是否有效”、“閃爍位”、“帶電位”、“采集異常位”、“更新位”、“告警抑制位”、“封鎖位”。遙信狀態(tài)信息除了上述信息,還可表示圖形形狀信息,而遙測(cè)狀態(tài)信息也包含上述信息,還包含“遙測(cè)越限”信息。在遠(yuǎn)程調(diào)閱過程中,有了數(shù)據(jù)狀態(tài)信息的輔助,上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的值班人員可獲得全面、正確的信息,在日常生產(chǎn)運(yùn)行中,應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí),依據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)閱獲取的數(shù)據(jù)作出正確的判斷處理。遠(yuǎn)程調(diào)閱技術(shù)也因此在智能電網(wǎng)調(diào)度中得到更好地應(yīng)用。
數(shù)據(jù)傳輸時(shí),為了避免數(shù)據(jù)包分片,考慮到以太網(wǎng)MTU(最大傳輸單元)的影響,主站系統(tǒng)與站端系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)每幀數(shù)據(jù)包不超過1024 字節(jié)。一般因G文件大小都遠(yuǎn)大于1024 字節(jié),數(shù)據(jù)需進(jìn)行分包處理。
主站系統(tǒng)中本地通信代理通過收發(fā)本地系統(tǒng)人機(jī)的消息,發(fā)送給站端系統(tǒng)不同的命令字段。在與站端系統(tǒng)建立TCP 鏈接后,首先發(fā)送“請(qǐng)求圖形文件”命令,G文件的時(shí)間屬性作為是否上送新的G 文件判據(jù),若站端系統(tǒng)中G 文件的時(shí)間屬性與主站系統(tǒng)的G 文件時(shí)間不一致,則主站系統(tǒng)接收站端系統(tǒng)發(fā)送的G 文件,否則利用本地緩存的G 文件,這在一定程度上節(jié)約的網(wǎng)絡(luò)資源,使得數(shù)據(jù)刷新處理的時(shí)間得到了提高;對(duì)G文件中使用的圖元文件同樣處理。接收完G 文件及G圖元后,進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)化,待圖形畫面在圖形瀏覽器中繪制成功后,發(fā)送站端系統(tǒng)請(qǐng)求刷新數(shù)據(jù)命令字段,圖形瀏覽器根據(jù)G 文件中的G 圖元的id 刷新畫面數(shù)據(jù)。站端系統(tǒng)在上送一次G 文件中的所有數(shù)據(jù)后,周期發(fā)送變化數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包含“變化遙測(cè)”、“變化遙信”、“變化遙測(cè)狀態(tài)”、“變化遙信狀態(tài)”4 種類型。直到收到人機(jī)發(fā)送的“畫面停止數(shù)據(jù)”命令字段或在G 圖形刷新數(shù)據(jù)周期時(shí)間內(nèi)未收到人機(jī)發(fā)送的心跳數(shù)據(jù),則主站系統(tǒng)中人機(jī)將停止畫面刷新數(shù)據(jù),中斷與站端系統(tǒng)的TCP 連接。數(shù)據(jù)流程圖如圖4 所示。
圖4 數(shù)據(jù)流程圖
傳統(tǒng)的EMS 系統(tǒng)中畫面數(shù)據(jù)刷新顯示是按廠站進(jìn)行分類,即設(shè)備按廠站區(qū)分建模,每個(gè)廠站的設(shè)備具有惟一性,不論在某個(gè)廠站所屬的任一幅圖形中。而本文介紹的遠(yuǎn)程調(diào)閱方法圖形數(shù)據(jù)刷新以單個(gè)圖形瀏覽窗口為單位,以單個(gè)圖形中單個(gè)G 圖元作為數(shù)據(jù)傳輸最小單位,如此每幅圖形數(shù)據(jù)的刷新相當(dāng)于傳統(tǒng)EMS系統(tǒng)中的1個(gè)廠站通信時(shí)建立使用的通信通道(TCP方式或者專線通道方式)。由于異構(gòu)系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)閱不依賴雙方建立的已知模型,為了使得上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)區(qū)分與不同下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行通信,通信時(shí)對(duì)“請(qǐng)求圖形文件”、“請(qǐng)求畫面刷新數(shù)據(jù)”、“停止畫面數(shù)據(jù)刷新”3 種不同命令字段中G 文件名進(jìn)行了特殊的定義。G 文件名稱中使用特殊符號(hào)作為分隔符,區(qū)分不同的下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)。如圖形名稱:”ACB_ 一次接線圖.fac.pic.g”,是以”_”作為分隔符,分隔符的使用需要上下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)間統(tǒng)一。
由于實(shí)際使用中,同一瀏覽器窗口需打開多幅圖形,一般每打開一幅圖形就會(huì)有1個(gè)TCP 連接。為了在同一連接中支持多畫面的數(shù)據(jù)傳輸,主站系統(tǒng)在發(fā)送命令時(shí)對(duì)請(qǐng)求畫面進(jìn)行編號(hào),對(duì)不同畫面進(jìn)行編號(hào),畫面編號(hào)和畫面名相關(guān)聯(lián)。編號(hào)從1 開始,在同一連接中打開的畫面編號(hào)不能重復(fù)。同一連接中編號(hào)可以復(fù)用,即編號(hào)為n的畫面關(guān)閉后,再有新畫面打開時(shí)可以復(fù)用n 作為新畫面的編號(hào)。
在實(shí)際使用中,存在圖形或圖元改變,那么為了避免在異構(gòu)系統(tǒng)間遠(yuǎn)程調(diào)閱數(shù)據(jù)時(shí),頻繁地傳輸文件或圖元,利用自定義擴(kuò)展的命令字段中的“文件時(shí)間”描述G 文件是否為最新,方便上級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)下級(jí)系統(tǒng)上送G 文件的時(shí)間屬性,決策是否召喚G 文件。在一定程度上節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源,提高了遠(yuǎn)程調(diào)閱的效率,優(yōu)化了調(diào)閱方案。
目前,通過本文介紹的異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)用方法的系統(tǒng)已在湖北省調(diào),四川成都、眉山,浙江寧波、嘉興等地區(qū)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中得到應(yīng)用,運(yùn)行效果良好。
本文闡述的異構(gòu)系統(tǒng)間的遠(yuǎn)程調(diào)閱技術(shù)適用范圍很廣,它不僅適用于異構(gòu)系統(tǒng),對(duì)于同構(gòu)系統(tǒng)同樣可以采用本方案。本方案經(jīng)過大量系統(tǒng)的工程實(shí)踐,在智能電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中得到很好地應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了省地調(diào)遠(yuǎn)程調(diào)閱變電站以及省調(diào)遠(yuǎn)程調(diào)閱地調(diào)的功能,并收到了良好的效果。遠(yuǎn)程調(diào)閱技術(shù)為電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種新的數(shù)據(jù)接入方式,具有普遍的適用性。
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