基于全息掃描的遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收技術(shù)研究

張文，尹相國，胡柏華，李海，胡佳佳

（1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750011；2.武漢凱默電氣有限公司，湖北 武漢 430223）

0 引言

傳統(tǒng)“四遙”作為電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中的核心數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)源，是電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用的基礎(chǔ)，“四遙”數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞關(guān)系到調(diào)度控制的安全運(yùn)行，“四遙”遠(yuǎn)動功能測試需要對遠(yuǎn)動總控進(jìn)行全面測試[1-4]。按傳統(tǒng)信息聯(lián)調(diào)的模式，主站自動化人員和廠站調(diào)試人員至少需2～3個星期才能完成信號校核工作。調(diào)試人員采用現(xiàn)場觸發(fā)信號、電話核對驗(yàn)收的方式進(jìn)行四遙信息的測試驗(yàn)收，該調(diào)試方式效率低、自動化水平低，且耗費(fèi)大量人力成本，不符合智能變電站自動化測試的智能運(yùn)維理念，因此需要一種新的監(jiān)控信息仿真與校核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電站四遙信息的自動對點(diǎn)，覆蓋過程層數(shù)據(jù)、站控層數(shù)據(jù)、調(diào)度信息網(wǎng)數(shù)據(jù)全數(shù)據(jù)流的聯(lián)調(diào)測試。提高遠(yuǎn)動信息測試效率，提升智能變電站調(diào)試驗(yàn)收的智能化和自動化水平。

1 基于全息掃描的遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收系統(tǒng)

變電站監(jiān)控信息交互涵蓋調(diào)度控制主站、變電站站控層、間隔層及過程層等環(huán)節(jié)，監(jiān)控信息接入調(diào)控主站應(yīng)滿足全回路驗(yàn)證的要求。通過研究基于全息掃描的遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收技術(shù)，設(shè)計(jì)面向IEC61850智能化變電站遠(yuǎn)動四遙信息自適應(yīng)驗(yàn)收裝置，實(shí)現(xiàn)涵蓋過程層信號、站控層信號測試驗(yàn)證及四遙信息自適應(yīng)驗(yàn)收?；谌呙璧倪h(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 基于全息掃描的遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收系統(tǒng)

遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收裝置通過讀取智能變電站的變電站配置描述（substation configuration description，SCD）文件中的虛回路信息模擬過程層裝置發(fā)送通用對象的變電站事件（generic object oriented substation event，GOOSE），并回采站控層制造報文規(guī)范（manufacturing message specification，MMS）和遠(yuǎn)動機(jī)IEC104報文，測試信號從過程層到調(diào)度端的完整上送流程。對于站控層的MMS報文信號，遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收裝置掃描SCD文件中智能電子設(shè)備（intelligent electronic device，IED）的MMS數(shù)據(jù)集中所有信息點(diǎn)，并通過MMS仿真方式依次觸發(fā)上述信息點(diǎn)信號，同時通過IEC104客戶端實(shí)時監(jiān)視通信網(wǎng)關(guān)機(jī)上送的IEC104信號[5-7]。遙信信號通過報文中的事件順序記錄（sequence of event，SOE）時標(biāo)對應(yīng)關(guān)系自動關(guān)聯(lián)，遙測信號通過發(fā)送報文值對應(yīng)關(guān)系自動關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)MMS報文與IEC104報文的關(guān)聯(lián)關(guān)系自動判別，從而獲取MMS參引與調(diào)度點(diǎn)號的對應(yīng)關(guān)系。將測試的對應(yīng)關(guān)系與遠(yuǎn)動配置描述文件（remote configuration description，RCD）進(jìn)行自動核對，實(shí)現(xiàn)智能變電站的自動對點(diǎn)。

2 遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 站控層全息掃描MMS仿真

站控層全息掃描MMS仿真是基于導(dǎo)入的SCD文件選擇待仿真的IED（保護(hù)裝置、測控裝置）數(shù)據(jù)及通信模型，自動構(gòu)建MMS對象，并提供相應(yīng)的MMS服務(wù)、模擬保護(hù)、測控裝置、模擬發(fā)送數(shù)據(jù)集、報告控制塊、日志控制塊等[8-9]。模擬保護(hù)或測控裝置時支持與監(jiān)控后臺、遠(yuǎn)動機(jī)等建立通信鏈接，以MMS報文向站控層設(shè)備發(fā)送遙測、遙信、告警等數(shù)據(jù)報文，接收站控層設(shè)備的遙控命令并返回相應(yīng)的報文，實(shí)現(xiàn)單個或多個保護(hù)或測控裝置IED的遙信、遙測數(shù)據(jù)的同時發(fā)送等。

采用QXmlreader方式解析讀取SCD文件中相應(yīng)裝置及內(nèi)部信號，由此形成信號庫。信號庫中參數(shù)包含通道名稱、數(shù)據(jù)對象名、數(shù)據(jù)類型、最大值、最小值、步長和單位等分項(xiàng)信息，其具體結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct MMS_CHN

{

int id;

char name[65]; //通道名稱

char ref[65]; //數(shù)據(jù)對象名

unsigned char type;//數(shù)據(jù)類型

char strVal[65];

float maxVal; //最大值

float minVal; //最小值

float stepVal; //步長

char unitStr[32]; //單位

}MMS_CHN，*PMMS_CHN。

站控層全息掃描模塊從各自的信號庫中讀取信號，構(gòu)建信號內(nèi)存庫，完成數(shù)據(jù)初始化，然后起動各自的通信線程。當(dāng)收到客戶端的通信連接后，裝置根據(jù)接收到的命令上送數(shù)據(jù)模型，并接收客戶端的報告使能信號，使能本地相應(yīng)的報告，完成信號上送初始化。

構(gòu)建用于存放命令的共享內(nèi)存，所有裝置可共同訪問該內(nèi)存，形成一個命令總線，命令總線能使各裝置同時接收到各操作命令。一條命令包含了本進(jìn)程ID、對端進(jìn)程ID、命令碼、命令結(jié)果和命令數(shù)據(jù)等分項(xiàng)信息。其具體結(jié)構(gòu)如下所示：

typedef struct_CMD

{

unsigned short localld;//本進(jìn)程id

unsigned short remoteId; //對端進(jìn)程id

unsigned int cmdCode; //命令碼

unsigned char reuslt; //命令結(jié)果

char data[1024]; //命令數(shù)據(jù)

}CMD，*PCMD。

站控層全息掃描從信號庫中提取出所需信號的具體數(shù)值，然后按照MMS信號的格式組成為MMS信號。由于內(nèi)部信號很多，采用數(shù)組檢索速度較慢，因此需要事先建立SCD中內(nèi)部信號變量與MMS報文之間的信號映射表。映射表中各參數(shù)包含通道名稱、數(shù)據(jù)對象名、數(shù)據(jù)類型、最大值、最小值、步長和單位等分項(xiàng)信息，其具體結(jié)構(gòu)與信號庫相同。采用哈希表構(gòu)造該信號映射表，建立快速映射機(jī)制，數(shù)據(jù)發(fā)送時，直接訪問相應(yīng)的信號，快速映射為MMS。

2.2 過程層全息掃描仿真

過程層全息掃描仿真模擬過程層裝置發(fā)送GOOSE和采樣值（sampled value，SV）報文給測控裝置，并回采測控裝置的MMS報文，測試測控裝置GOOSE/SV轉(zhuǎn)MMS報文的功能。測試時，通過搜索SCD文件中的所有過程層設(shè)備，獲取與測控裝置有虛回路關(guān)系的過程層裝置，依據(jù)SCD文件中虛端子連接信息模擬過程層裝置發(fā)送有虛連接關(guān)系的GOOSE/SV報文到測控裝置，實(shí)現(xiàn)過程層信號自動化對點(diǎn)。

測試前，需要將過程層設(shè)備的GOOSE/SV數(shù)據(jù)信息與間隔層設(shè)備的MMS數(shù)據(jù)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)映射。解析SCD文件中設(shè)備之間的虛回路連接關(guān)系和IED數(shù)據(jù)集信息。以設(shè)備虛端子訂閱方信息為基準(zhǔn)解析每個設(shè)備的虛回路接收信息，獲取發(fā)布方端子信息，由發(fā)布方虛端子找到發(fā)布方的數(shù)據(jù)集，根據(jù)數(shù)據(jù)集的引用關(guān)系定位至發(fā)布方設(shè)備的控制塊信息?？刂茐K的格式為IEDLD/LN.name（GSE control&sampled value control），例如：PL2201APGIO/LLNO$GO$gocb1。

站控層通信數(shù)據(jù)集信號關(guān)聯(lián)采用“FCDA”元素在“DataSet”屬性中定義的方式，實(shí)例如下：

“fc”為功能約束，表示數(shù)據(jù)屬性的特性，用于指定服務(wù)，例如MX（測量量）、ST（狀態(tài)量）等。其余元素為該數(shù)據(jù)集成員的唯一性標(biāo)識引用，可用于索引該數(shù)據(jù)集成員的具體數(shù)據(jù)屬性。

IED文件中應(yīng)配置有邏輯節(jié)點(diǎn)GOAlmGGIO，其中配置足夠多的Alm用于GOOSE中斷告警和GOOSE配置版本錯誤告警；通信工況數(shù)據(jù)集中應(yīng)包含裝置GOOSE、SV通信鏈路的告警信息[10]。通過解析測控裝置數(shù)據(jù)集內(nèi)邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號提取，獲取信號描述，同時解析與本側(cè)裝置存在虛連線的過程層設(shè)備發(fā)送虛端子信號描述，將過程層設(shè)備發(fā)送虛端子的信號描述與測控裝置的信號描述進(jìn)行模糊匹配，匹配合格便自動進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)站控層信號與過程層信號的關(guān)聯(lián)映射。

2.3 調(diào)度主站仿真

調(diào)度主站仿真模塊模擬調(diào)度主站接收遠(yuǎn)動網(wǎng)關(guān)機(jī)的104遙信報文、104遙測報文，向遠(yuǎn)動網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)送104遙控報文，并將接收的104報文和站控層仿真模塊發(fā)送的MMS報文進(jìn)行自動匹配。MMS客戶端可以與IED設(shè)備進(jìn)行鏈接，接收顯示MMS報文，并與過程層全息掃描仿真模塊發(fā)送的GOOSE報文進(jìn)行匹配。

調(diào)度主站仿真模塊解析導(dǎo)入的主站監(jiān)控信息表作為對點(diǎn)校核的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場發(fā)送信號，接收并查看104報文的信息，通過時標(biāo)對應(yīng)關(guān)系，自動分析MMS報文與104報文的對應(yīng)關(guān)系是否符合要求，自動判斷監(jiān)控信息點(diǎn)的正確性，從而實(shí)現(xiàn)智能變電站的自動對點(diǎn)。

2.4 智能變電站全信息鏈路展示

智能變電站全信息包含過程層設(shè)備GOOSE/SV信息、站控層設(shè)備GOOSE/SV信息、站控層設(shè)備MMS信息、遠(yuǎn)動四遙信息。通過解析SCD文件設(shè)備虛回路配置、遠(yuǎn)動轉(zhuǎn)發(fā)配置將過程層GOOSE/SV信號、站控層MMS信號、遠(yuǎn)動IEC104信號進(jìn)行信息整合，實(shí)現(xiàn)全信息鏈路展示。全信息鏈路映射過程如圖2所示。

圖2 全信息鏈路映射

（1）解析SCD文件中各過程層設(shè)備和站控層設(shè)備間的虛回路連接關(guān)系，生成虛回路映射表，獲取站控層設(shè)備與過程層設(shè)備的GOOSE/SV描述映射關(guān)系，將過程層設(shè)備的信號對應(yīng)到測控過程層數(shù)據(jù)集中。

（2）解析SCD文件中站控層設(shè)備IEC61850模型，生成每個保護(hù)、測控裝置站控層MMS信號與過程層GOOSE/SV信號的對應(yīng)關(guān)系，將站控層設(shè)備過程層信號對應(yīng)到其MMS數(shù)據(jù)集中。

（3）解析遠(yuǎn)動轉(zhuǎn)發(fā)配置文件，獲取遠(yuǎn)動IEC104轉(zhuǎn)發(fā)四遙信號與保護(hù)、測控裝置的MMS信號轉(zhuǎn)換關(guān)系，將站控層設(shè)備MMS信號對應(yīng)到遠(yuǎn)動點(diǎn)表中。

基于以上步驟提取智能變電站過程層信息、站控層信息和運(yùn)動四遙信息的對應(yīng)關(guān)系，并將此信息對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行信息流整合，展示全信息鏈路信息。通過全息掃描，可自動形成遠(yuǎn)動點(diǎn)號、站控層信息描述、過程層信息描述、信號參引地址等信息的對應(yīng)關(guān)系。

3 驗(yàn)收系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)

為適應(yīng)智能變電站遠(yuǎn)動信息與調(diào)度系統(tǒng)高精度、多元化、高效率完成監(jiān)控信息核對任務(wù)的要求，設(shè)計(jì)一款基于全息掃描的遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收軟件系統(tǒng)，軟件架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)功能采用模塊化設(shè)計(jì)[11-14]，具備HMI人機(jī)交互界面，構(gòu)建面向應(yīng)用、安全可靠、資源共享、易于擴(kuò)展的支持系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用Windows操作系統(tǒng)，開發(fā)語言采用跨平臺開發(fā)包Qt，數(shù)據(jù)庫采用實(shí)時數(shù)據(jù)庫和SQLITE數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用軟件功能劃分為SCD文件解析、站控層全息掃描仿真、過程層全息掃描仿真、調(diào)度主站仿真、遠(yuǎn)動全信息鏈路展示、遠(yuǎn)動自適應(yīng)驗(yàn)收等。

圖3 軟件架構(gòu)

3.2 硬件設(shè)計(jì)

以國產(chǎn)兆芯核心板為核心設(shè)計(jì)遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收裝置硬件系統(tǒng)，裝置硬件架構(gòu)如圖4所示。主要由兆芯核心板、硬盤、顯示屏、觸摸屏、HDMI、VGA、USB、以太網(wǎng)接口、RS-232、鍵盤、指示燈、開關(guān)鍵等構(gòu)成。

圖4 硬件架構(gòu)

裝置包含8個以太網(wǎng)接口，支持同時接入間隔層裝置數(shù)量不少于300個，同時接入網(wǎng)關(guān)機(jī)數(shù)量不少于2個，支持站控層雙網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，模型召喚時間小于5 min，模型對比時間小于1 min，裝置性能滿足實(shí)際現(xiàn)場測試需求。

4 現(xiàn)場測試

在寧夏某變電站使用遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收裝置進(jìn)行了現(xiàn)場測試。現(xiàn)場測試系統(tǒng)如圖5所示，由自適應(yīng)驗(yàn)收裝置模擬間隔層設(shè)備發(fā)送MMS報文、模擬IEC104主站接收104報文與遠(yuǎn)動裝置A、B建立通信鏈路。

圖5 測試環(huán)境

自適應(yīng)驗(yàn)收裝置導(dǎo)入SCD文件、RCD文件、監(jiān)控信息點(diǎn)表，模擬間隔層設(shè)備發(fā)送MMS、模擬IEC104主站接收104報文，模擬發(fā)送SCD文件中的設(shè)備遙信、遙測信息點(diǎn)，接收104信號后自動建立關(guān)聯(lián)映射關(guān)系，并基于RCD文件描述的配置關(guān)系自動判斷掃描出的映射關(guān)系是否正確，根據(jù)實(shí)際配置描述是否存在，以及配置描述是否一致，可以正確地出具所掃描的信號點(diǎn)映射關(guān)系未確認(rèn)、確認(rèn)正確、確認(rèn)錯誤的結(jié)論。

現(xiàn)場閉環(huán)測試結(jié)果表明，自適應(yīng)驗(yàn)收裝置可以快速對遠(yuǎn)動配置進(jìn)行自動測試，全程記錄模擬站內(nèi)裝置發(fā)送的信號和主站接收的信號對應(yīng)關(guān)系，可快速發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)動配置問題。導(dǎo)入RCD文件后，可以自動判斷（包括遙信取反、合成邏輯，遙測系數(shù)邏輯等）遠(yuǎn)動實(shí)際配置與RCD文件是否匹配，生成各調(diào)試階段需要的閉環(huán)調(diào)試報告。

5 結(jié)論

針對目前智能變電站四遙信息的聯(lián)調(diào)驗(yàn)收工作中存在的問題，研究了基于全息掃描技術(shù)的智能變電站遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收技術(shù)，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)動信息自適應(yīng)驗(yàn)收裝置，實(shí)現(xiàn)了多層面、多階段的四遙信息自動核對驗(yàn)收，大大提高四遙信息核對驗(yàn)收的調(diào)試效率，縮短調(diào)試周期。此技術(shù)的推廣應(yīng)用可提高變電站內(nèi)運(yùn)行維護(hù)調(diào)試的工作效率和自動化水平，對推動堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。