基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成調(diào)試方法

季小龍 張坤杰 史偉偉

（北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司 北京市 100193）

1 前言

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度與變電站監(jiān)控當(dāng)中進(jìn)行了一體化設(shè)置，可以與電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)行操作站以及監(jiān)控中心等各個(gè)部分對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行精細(xì)化管理。在智能電網(wǎng)調(diào)度一體化管理當(dāng)中，調(diào)控中心全權(quán)負(fù)責(zé)電網(wǎng)調(diào)度以及變電站的監(jiān)控，使變電站運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程監(jiān)控。研究基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成調(diào)試方法具有重要意義，可以提高調(diào)試工作的效率。

2 模擬子站概述

2.1 模擬子站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行模擬子站的設(shè)計(jì)時(shí)需要以功能測(cè)試以及集成調(diào)試為主，要以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫虛擬裝置仿真軟件為基礎(chǔ)，對(duì)變電站當(dāng)中的二次設(shè)備進(jìn)行等效仿真，模擬變電站所有設(shè)備的數(shù)據(jù)與運(yùn)行信息，對(duì)站端監(jiān)控后臺(tái)以及調(diào)度主站等上層設(shè)備的應(yīng)用功能進(jìn)行測(cè)試與集成調(diào)試，并對(duì)上層設(shè)備發(fā)出的指令進(jìn)行正確響應(yīng)[1]。模擬子站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用了分層分布式設(shè)計(jì)這一原則，主要包括硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、中間件層、統(tǒng)一管理平臺(tái)與應(yīng)用層這五層（如圖1 所示）。

（1）硬件系統(tǒng)是模擬子站的物理設(shè)備，主要包括計(jì)算、存儲(chǔ)、控制、輸入以及輸出等功能。

（2）操作系統(tǒng)可以管理模擬子站系統(tǒng)的硬件資源、軟件資源以及數(shù)據(jù)資源，對(duì)程序的運(yùn)行進(jìn)行有效控制，并提供人機(jī)界面，為其他功能的開發(fā)提供接口與服務(wù)。

（3）中間件層可以為多層次分布式異構(gòu)系統(tǒng)提供全新的體系結(jié)構(gòu)，從而使模擬子站仿真測(cè)試系統(tǒng)具備應(yīng)用組件技術(shù)提供的優(yōu)勢(shì)，例如可互操作以及可異構(gòu)系統(tǒng)等[2]。

（4）統(tǒng)一管理平臺(tái)涉及到的內(nèi)容較多，例如網(wǎng)絡(luò)通信管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)等，這樣就可以對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行容量操作，利用事件發(fā)布機(jī)制與訂閱機(jī)制開展相互通信。

（5）應(yīng)用層包括仿真制平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)工具以及制造報(bào)文規(guī)范服務(wù)端。

其中，仿真制平臺(tái)主要包括人機(jī)畫面、命令處理中心、任務(wù)控制中心以及流程管理中心等部分，人機(jī)畫面可以顯示變電站的運(yùn)行情況、各類裝置的運(yùn)行狀態(tài)、操作記錄、測(cè)試任務(wù)的進(jìn)程；命令處理中心在接收控制命令之后可以對(duì)虛擬裝置進(jìn)行開啟或關(guān)閉；任務(wù)控制中心可以接收手動(dòng)或自動(dòng)測(cè)試任務(wù)，將其整理成控制命令并發(fā)送給命令處理中心；流程管理中心可以監(jiān)視操作情況、仿真測(cè)試記錄并存儲(chǔ)所有的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)庫組態(tài)工具可以可以直接將變電站配置描述文件導(dǎo)入到其中，并在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中構(gòu)建站端設(shè)備運(yùn)行情況才幾點(diǎn)信息與定制測(cè)試服務(wù)。制造報(bào)文規(guī)范服務(wù)端主要是負(fù)責(zé)模擬變電站當(dāng)中的設(shè)備的，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)交換。

2.2 模擬子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

模擬子站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一些獨(dú)特之處。

（1）采用了面向服務(wù)的體系架構(gòu)。從圖2 可以看出，應(yīng)用軟件功能采用了模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)用戶的個(gè)性化需求配置系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，從而構(gòu)建可實(shí)現(xiàn)資源共享、安全可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)的支持系統(tǒng)[3]。

（2）應(yīng)用了中間件技術(shù)。應(yīng)用中間件技術(shù)可以降低底層操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，不需要再各種系統(tǒng)軟件上進(jìn)行重復(fù)工作，且可移植性比較高。

（3）應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議——IEC61850。該標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議在智能變電站自動(dòng)化領(lǐng)域當(dāng)中引入了制造報(bào)文規(guī)范，對(duì)如何利用制造報(bào)文規(guī)范在應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與信息監(jiān)控進(jìn)行了明確規(guī)定，也為相互操作與信息共享提供了技術(shù)體系支持。

3 基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成調(diào)試方法

3.1 集成調(diào)試系統(tǒng)

以模擬子站為基礎(chǔ)的調(diào)度主站集成調(diào)試系統(tǒng)是由多個(gè)部分共同構(gòu)成的，例如模擬子站、調(diào)度主站、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、監(jiān)控后臺(tái)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、信息對(duì)比系統(tǒng)以及連接網(wǎng)絡(luò)等，具體如圖3 所示[4]。

3.2 集成調(diào)試策略

模擬子站可以模擬變電站中各種設(shè)備的數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行狀態(tài)，并通過通信協(xié)議將數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行信息都傳輸?shù)秸径吮O(jiān)控后臺(tái)以及遠(yuǎn)動(dòng)裝置當(dāng)中。其次，調(diào)度主站可以通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置構(gòu)建通信，并通過IEC 104 協(xié)議得到遠(yuǎn)動(dòng)裝置獲得的數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行信息，且可以下達(dá)調(diào)度指令，開展集成調(diào)試工作[5]。信息比對(duì)系統(tǒng)可以與調(diào)度主站以及站端監(jiān)控后臺(tái)連接起來，對(duì)調(diào)度主站以及站端監(jiān)控后臺(tái)的報(bào)文進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)調(diào)度主站的信息與站端運(yùn)行信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)信息進(jìn)行閉環(huán)管理，增強(qiáng)調(diào)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 集成調(diào)試內(nèi)容

在利用模擬子站進(jìn)行調(diào)度主站數(shù)據(jù)庫的集成調(diào)試工作時(shí)，需要明確集成調(diào)試的內(nèi)容，按照順序開展調(diào)試工作。

（1）需要開展遙信功能驗(yàn)證。集成調(diào)試人員需要利用模擬子站對(duì)變電站當(dāng)中各種設(shè)備的狀態(tài)輸出進(jìn)行模擬。同時(shí)，也需要對(duì)調(diào)度主站的告警畫面、顯示畫面、光字牌是否與模擬動(dòng)作相同進(jìn)行核查。

（2）需要進(jìn)行遙測(cè)功能驗(yàn)證。集成調(diào)試人員需要利用模擬子站增加電壓回路與電流回路的遙測(cè)值，判斷調(diào)度主站各個(gè)遙測(cè)量與模擬子站的施加量是否相同，要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置某個(gè)遙測(cè)量的越限值，并在模擬子站當(dāng)中調(diào)整這一遙測(cè)值，從而判斷調(diào)度主站的記錄是否正確。

（3）需要進(jìn)行遙控功能驗(yàn)證。模擬子站會(huì)自動(dòng)響應(yīng)調(diào)度主站遙控選擇和預(yù)設(shè)指令，并向上反饋返校信息，對(duì)調(diào)度主站的遙控執(zhí)行進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)實(shí)現(xiàn)遙控之后會(huì)傳輸遙控對(duì)象的位置狀態(tài)。

（4）需要驗(yàn)證保護(hù)相關(guān)功能。集成調(diào)試人員需要利用模擬子站對(duì)保護(hù)動(dòng)作的情況進(jìn)行模擬，從而判斷調(diào)度主站接受的保護(hù)測(cè)量、遙信以及保護(hù)動(dòng)作等各方面信息是否精確，在對(duì)模擬子站保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行檢查時(shí)，調(diào)度主站會(huì)自主推送告警畫面[6]。

（5）驗(yàn)證查詢與記錄功能。集成調(diào)試人員在利用模擬子站模擬事件時(shí)，需要判斷模擬子站輸出的內(nèi)容和調(diào)度主站數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的告警內(nèi)容是否相同。調(diào)度主站當(dāng)中的可查詢內(nèi)容有很多，例如遙測(cè)越限、遙信變位、節(jié)點(diǎn)工況、設(shè)備工況與SOE 等。而調(diào)度主站也可以在告警處理以及歷史事件當(dāng)中選擇事件、類型以及時(shí)間范圍，明確數(shù)據(jù)庫是否能夠全面展示查詢信息。

（6）時(shí)間響應(yīng)與對(duì)時(shí)監(jiān)測(cè)。集成調(diào)試人員需要利用模擬子站模擬站端設(shè)備遙信變位、遙測(cè)數(shù)據(jù)變化，并對(duì)調(diào)度主站發(fā)出的遙控指令進(jìn)行響應(yīng)，判斷調(diào)度主站的模擬量以及狀態(tài)量響應(yīng)時(shí)間與遙控執(zhí)行時(shí)間是否符合實(shí)際情況，且要判斷時(shí)鐘同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的對(duì)時(shí)狀態(tài)是否一致。

（7）需要做好數(shù)據(jù)辨識(shí)工作。調(diào)度主站可以綜合分析對(duì)量測(cè)值以及狀態(tài)量的精確性，從中查出不良數(shù)據(jù)。所以，集成調(diào)試人員應(yīng)當(dāng)利用模擬子站輸送某一個(gè)測(cè)量值，并設(shè)置在這一測(cè)量值的有效范圍之外，判斷調(diào)度主站是否能夠從中識(shí)別出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，也可以通過設(shè)置使該測(cè)量值出現(xiàn)異常情況，之后檢查調(diào)度主站是否能夠從中識(shí)別出來[7]。

（8）驗(yàn)證告警與故障分析功能。集成調(diào)試人員可以利用模擬子站對(duì)變電站設(shè)備的運(yùn)行故障情況進(jìn)行模擬，并通過相應(yīng)的方式讓調(diào)度主站記錄事故告警信息并形成故障分析報(bào)告，之后自動(dòng)存儲(chǔ)與分析數(shù)據(jù)，判斷告警分析結(jié)果和模擬故障類型是否相同。

4 基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成調(diào)試方法的應(yīng)用

為了檢測(cè)基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)調(diào)試方法的可靠性，在某智能變電站接入智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用了基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)調(diào)試方法。

4.1 集成調(diào)試

利用模擬子站對(duì)調(diào)度主站進(jìn)行了集成調(diào)試，即完成模擬子站的參數(shù)配置后，在模擬子站系統(tǒng)當(dāng)中導(dǎo)入SCD，從而在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫當(dāng)中構(gòu)建變電站二次采集點(diǎn)信息，并將調(diào)控信息點(diǎn)表導(dǎo)入其中，從而自動(dòng)進(jìn)行模擬戰(zhàn)端遙測(cè)加量、模擬遙信變位、響應(yīng)調(diào)度主站遙控操作等操作[8]。在調(diào)試之前，調(diào)試人員需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求，明確驗(yàn)收間隔順序以及信號(hào)順序，從而形成驗(yàn)收序列，并以點(diǎn)號(hào)為標(biāo)識(shí)，將驗(yàn)收順序當(dāng)作驗(yàn)收依據(jù)，檢驗(yàn)信息的精確性。

4.2 圖模校驗(yàn)

可以通過拓?fù)鋵?duì)圖模關(guān)系的對(duì)應(yīng)問題進(jìn)行驗(yàn)證，并利用設(shè)備和信號(hào)之間的關(guān)系判斷圖模和信號(hào)關(guān)聯(lián)之間的精確性。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控

模擬子站與調(diào)度主站具備多種功能，例如分析報(bào)文、顯示報(bào)文以及監(jiān)控等，可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，定位輔助問題，并對(duì)多個(gè)通道的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

5 結(jié)語

模擬子站主要是由硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、中間件層、統(tǒng)一管理平臺(tái)以及應(yīng)用層共同構(gòu)成的，采用了面向服務(wù)的體系架構(gòu)、應(yīng)用了中間件技術(shù)且采用了標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議。在應(yīng)用基于模擬子站的智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成調(diào)試方法時(shí)需要進(jìn)行集成調(diào)試、點(diǎn)表對(duì)比、圖模校驗(yàn)、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及效果對(duì)比等工作，從而提高調(diào)度主站調(diào)試的準(zhǔn)確性。