智能變電站設(shè)備一鍵式順控操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

戴 琳，武 瞳

國網(wǎng)寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100

0 引言

變電站作為電力系統(tǒng)與電網(wǎng)運(yùn)行中的重要設(shè)施，對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量與效率具有較大影響。變電站中包含大量的帶電設(shè)備與保護(hù)裝置，如開關(guān)合閘、一次設(shè)備與二次設(shè)備等，變電站設(shè)備的管控操作直接影響變電站運(yùn)行模式與供應(yīng)模式的發(fā)展[1]。近年來，在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，變電站數(shù)量大幅度增長。隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，大多數(shù)變電站逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑瘡S站模式，其設(shè)備調(diào)度與管控難度也不斷上升[2]?，F(xiàn)階段，我國在智能變電站設(shè)備操作與管理方面的研究逐漸成熟。然而，在智能變電站設(shè)備操作系統(tǒng)方面的研究仍然存在一定不足，主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間較長，無法在用戶請(qǐng)求數(shù)量較多的情況下及時(shí)作出響應(yīng)[3]。智能變電站設(shè)備操作系統(tǒng)研究力度不足，直接降低了電力系統(tǒng)與電網(wǎng)運(yùn)行的效率，增加了設(shè)備的管理成本[4]。一鍵式順控操作能夠有效地改善這一問題，可以通過發(fā)出完整指令，判斷變電站設(shè)備的狀態(tài)信息變化，依據(jù)各項(xiàng)任務(wù)的執(zhí)行順序自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的各條指令，直至指令執(zhí)行完畢?；诖?，文章在傳統(tǒng)設(shè)備操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入一鍵式順控操作理念，設(shè)計(jì)了一種新的智能變電站設(shè)備一鍵式順控操作系統(tǒng)，以期為高效調(diào)度與管控變電站設(shè)備提供一定保障。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的智能變電站設(shè)備一鍵式順控操作系統(tǒng)采用C/S硬件架構(gòu)，具有較高的運(yùn)行效率與質(zhì)量。系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)采用NET平臺(tái)，開發(fā)工具為Visual Studio 2014.NET，數(shù)據(jù)源工具為ADO.NET組件，開發(fā)主機(jī)為Windows 7 Professional 64位PC機(jī)。系統(tǒng)存儲(chǔ)器采用型號(hào)為QSFP-40G-SR4的存儲(chǔ)器，容量為850 Gbps，傳輸速率為42 Gbps（4×10.5 Gbps），數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)容量為4 MB，支持BGP的連接方式，存儲(chǔ)器的接入層與系統(tǒng)的上聯(lián)鏈路口相連，1A-T口與系統(tǒng)接入層設(shè)備相連[5]。系統(tǒng)內(nèi)的接收器采用PIN接收器，其接收靈敏度≤11.1 dBm，接收過載為2.4 dBm。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備采用單相交換設(shè)備，外形為機(jī)架式，其輸出功率容量為2 700 W/3 000 VA，額定輸入電壓為120 V，采用鉛酸蓄電池的兼容電池類型，具有良好的使用性能。為了顯著提高順控操作系統(tǒng)硬件的運(yùn)行質(zhì)量，設(shè)定繼電器的額定工作電壓為14 V，額定動(dòng)作電流為65.5 mA，釋放電壓為DC 1.0 V。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在智能變電站設(shè)備一鍵式順控操作系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)完畢后，再對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)[6]。

2.1 變電站設(shè)備狀態(tài)管理模塊設(shè)計(jì)

智能變電站設(shè)備狀態(tài)管理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的管理與維護(hù)，通過創(chuàng)建系統(tǒng)操作票的方式，分析并處理設(shè)備的各項(xiàng)操作任務(wù)[7]。首先，根據(jù)智能變電站設(shè)備的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)，在設(shè)備狀態(tài)管理模塊中添加設(shè)備狀態(tài)批量管理功能、設(shè)備數(shù)據(jù)導(dǎo)出與刪除功能、封裝設(shè)備類結(jié)構(gòu)功能。定位設(shè)備運(yùn)行功能，設(shè)計(jì)態(tài)管理模塊操作界面的布局，不斷調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作時(shí)后臺(tái)的委托響應(yīng)頻率。采用TCP協(xié)議，設(shè)計(jì)系統(tǒng)客戶端與服務(wù)端的交互接口方式，保證狀態(tài)管理模塊各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間連接的緊密性，保證設(shè)備狀態(tài)管理的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能良好運(yùn)行。定義變電站設(shè)備目標(biāo)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出形式與SQL命令操作功能，添加設(shè)備的各項(xiàng)屬性信息與條件數(shù)據(jù)，為設(shè)備狀態(tài)信息的批量設(shè)置處理提供保障。在變電站設(shè)備信息狀態(tài)管理中，采用邏輯操作的方式，通過對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫與時(shí)序流程，發(fā)送并接收客戶端的操作請(qǐng)求，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)檢索與返回。分析變電站設(shè)備內(nèi)部傳播衰減特性，獲取變電站設(shè)備狀態(tài)管理的具體表征公式：

式中：φi,j為變電站設(shè)備狀態(tài)管理的表征；τ為變電站設(shè)備內(nèi)部傳播衰減系數(shù)；p為設(shè)備運(yùn)行信號(hào)幅值。

通過公式獲取變電站設(shè)備狀態(tài)管理表征結(jié)果，并將其作為固定參數(shù)，添加在設(shè)備狀態(tài)管理模塊中，為態(tài)管理模塊的運(yùn)行提供保障。

2.2 系統(tǒng)交互功能設(shè)計(jì)

智能變電站設(shè)備狀態(tài)管理模塊設(shè)計(jì)完畢后，根據(jù)系統(tǒng)站控層交互服務(wù)獲取設(shè)備的動(dòng)態(tài)變化狀況設(shè)計(jì)系統(tǒng)的交互功能。首先，構(gòu)建系統(tǒng)交互功能運(yùn)行模型，如圖1所示。

如圖1所示，在順控操作系統(tǒng)交互模型中，主要通過站控層與通信子站，依據(jù)UDP協(xié)議設(shè)置系統(tǒng)操作指令，并下發(fā)相應(yīng)的服務(wù)，調(diào)度與配置系統(tǒng)的遙測信號(hào)接收服務(wù)，接收對(duì)應(yīng)的操作結(jié)果測點(diǎn)信號(hào)。啟動(dòng)系統(tǒng)交互服務(wù)功能，創(chuàng)建通信配置文件，根據(jù)通信端口與緩沖區(qū)間的運(yùn)行狀況，設(shè)置系統(tǒng)交互功能網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)，遠(yuǎn)程下發(fā)一鍵式順控操作指令，將智能變電站設(shè)備的測點(diǎn)數(shù)據(jù)保存到系統(tǒng)的緩沖區(qū)域中，為智能變電站設(shè)備的一鍵式順控操作服務(wù)提供數(shù)據(jù)任務(wù)支持。

圖1 順控操作系統(tǒng)交互功能模型

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

智能變電站設(shè)備順控系統(tǒng)交互功能設(shè)計(jì)完畢后，結(jié)合設(shè)備E-R實(shí)體關(guān)系原理，設(shè)計(jì)一鍵式順控操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。按照SQL Server數(shù)據(jù)庫的相關(guān)技術(shù)要求，建立智能變電站設(shè)備順控操作數(shù)據(jù)庫表，描述設(shè)備狀態(tài)條件的相關(guān)信息與數(shù)值，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 智能變電站設(shè)備順控操作數(shù)據(jù)庫表

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需求，對(duì)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、順控操作任務(wù)、項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，為智能變電站設(shè)備順控操作數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)提供保障。

3 系統(tǒng)測試

為了證明設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行系統(tǒng)測試，主要測試系統(tǒng)的性能與安全性。性能測試采用模擬請(qǐng)求的方式，對(duì)順控操作系統(tǒng)的請(qǐng)求處理能力進(jìn)行綜合測試；安全性測試是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的操作權(quán)限、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及運(yùn)行安全等級(jí)進(jìn)行測試。設(shè)置測試用戶數(shù)量，在多個(gè)用戶請(qǐng)求同時(shí)發(fā)起的情況下，利用腳本模擬的方式，模擬用戶向順控操作系統(tǒng)發(fā)起請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中創(chuàng)建用戶登錄站點(diǎn)、變電站設(shè)備運(yùn)行及維修記錄等功能；接下來，采用白盒測試的方式，測試系統(tǒng)的安全性能，測試內(nèi)容與結(jié)果如表2所示。

如表2所示，通過白盒測試的方式，完成順控操作系統(tǒng)安全性能的測試。再在系統(tǒng)客戶端主機(jī)中設(shè)置100個(gè)虛擬測試節(jié)點(diǎn)，每個(gè)測試節(jié)點(diǎn)同時(shí)含有5個(gè)虛擬用戶進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行操作，模擬虛擬用戶并發(fā)的壓力環(huán)境，通過加壓測試的方式，分時(shí)段測試系統(tǒng)的性能。為了使測試結(jié)果更具有說服性，實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比分析的實(shí)驗(yàn)方式，將文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站設(shè)備操作系統(tǒng)[8]進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比兩個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如表3所示。

表2 順控操作系統(tǒng)安全性能測試用例

根據(jù)表3的對(duì)比結(jié)果可知，文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在各個(gè)測試時(shí)段內(nèi)的最大響應(yīng)時(shí)間與平均響應(yīng)時(shí)間均小于傳統(tǒng)系統(tǒng)，表明系統(tǒng)運(yùn)行速度較快，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量虛擬用戶的請(qǐng)求作出響應(yīng)，系統(tǒng)具有較高的可行性。

表3 兩個(gè)變電站設(shè)備操作系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間對(duì)比

4 結(jié)束語

為了解決變電站設(shè)備運(yùn)行操作難度較大的問題，提高設(shè)備操作系統(tǒng)響應(yīng)速度，高效管理變電站設(shè)備運(yùn)行，文章在傳統(tǒng)變電站設(shè)備操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入一鍵式順控操作與智能化管理的理念，對(duì)系統(tǒng)的硬件與軟件作出了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。顯著提升了變電站設(shè)備操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率與響應(yīng)速度，能夠在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)用戶的請(qǐng)求作出響應(yīng)，可以為我國變電站的高效運(yùn)行提供一定保障。