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      國網科技人員發布智能變電站的遠動快速自動對點系統,準確度更高-山東變電站箱變生產廠家

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      國網科技人員發布智能變電站的遠動快速自動對點系統,準確度更高

      文章出處:[db:來源] 人氣:228發表時間:2022-06-02 22:19

      國網新疆電力有限公司電力科學研究院、國網新疆電力有限公司電力調度控制中心、國網河南省電力公司電力科學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》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、調度主站平臺的功能分成不同的模塊,可直觀體現出自動對點的行為邏輯。其中,每一個模塊獨立開發且互不干擾,相互之間具有可借鑒性,在很大程度上降低了開發難度。在校驗檢測中,本研究采用循環冗余算法,其與和校驗法相比略復雜,但準確度更高。由此構建出一套智能變電站遠動快速自動對點系統,以保證智能變電站的可靠運行。



      在智能變電站投運前,要核對變電站設備實際發出的信號與調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,主站與變電站調試人員電話聯系,人工校對主站接收數據與變電站實際數據,變電站調試人員還需借助調試工具,操縱開關、刀開關的分合和對電壓、電流加量。電話對點不僅費時費力,對點準確性也難以保障。尤其近幾年新能源廠站快速發展,每年都有新能源廠站并網的高峰期,電話對點給調試人員造成了很大的困擾,因而研發智能變電站自動對點系統具有重要的意義。


      1 研究現狀

      目前智能變電站自動對點系統的研究仍然處于探索階段。而本研究基于模塊化設計,將四遙、告警信號、圖形信息進行獨立設計,互不干擾,最終匯總成一套完整的自動對點系統,致力于高效、準確地自動對點。


      2 自動對點系統

      對點信息分為兩類,一類是四遙,另一類是圖形及告警。


      2.1 四遙遠動對點系統


      四遙遠動對點系統如圖1所示,對于仿真平臺的建模,可以借助全站系統配置文件(substation configuration description, SCD)自動構建一個滿足測試所需的網絡及數據環境,確保變電站配置的可靠性。



      圖1 四遙遠動對點系統


      仿真平臺利用數據采集與監視控制(supervi- sory control and data acquisition, SCADA)系統采集變電站實時數據,匯集到一臺計算機上,再通過遠動裝置將數據上送。用一臺計算機模擬調度中心,上送的數據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,并將結果反饋到調度主站。


      1)仿真平臺構成及工作過程


      四遙仿真平臺如圖2所示,仿真平臺由三部分構成:①通信模塊,負責與遠動裝置建立TCP/IP連接;②報文處理模塊,負責獲取、儲存變電站信息并且分析處理;③人機交互界面,負責顯示報文信息,方便更好地篩選。


      對點工作開展時,先是由制造報文規范(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據的備份及分類解析,將解析后的結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協議,發送至主站,完成上送。



      圖2 四遙仿真平臺


      當提取出關于變電站設備信息的有效報文后,同時會產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,值為綠燈表示開關分位,值為紅燈表示開關合位。



      圖3 遙信點表生成過程


      2)模擬調度主站構成及工作過程


      四遙模擬調度主站如圖4所示,模擬調度主站也是由三部分構成: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據信息。報文處理模塊中,IEC報文發送模塊用于主站對遠動裝置發送對時、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據庫中;IEC報文解析模塊是對報文進行重組分類,提取關于變電站設備狀態的有效信息,顯示在人機交互界面。



      圖4 四遙模擬調度主站


      調度主站的工作過程參考圖4邏輯關系。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絡通信正常;發送模塊向遠動機發送啟動命令,遠動機再向主站發送確認啟動的反饋;發送模塊再向遠動機發送總召請求,遠動機上傳遙信遙測信息;再經過IEC報文解析模塊進行篩選,提取出有效信息。


      IEC報文中發送的數據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,發送至自動對點平臺。


      3)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,平臺經過校驗算法判斷各個單點是否一致,再將判斷結果反饋至主站,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5 五彩灣變電站自動對點反饋情況


      2.2 圖形及告警信號遠動對點系統


      圖形及告警信號對點系統如圖6所示,其與四遙系統相似,僅在實現過程中的通信協議和裝置略有差別,包含仿真平臺、調度主站、網關裝置及自動對點平臺。



      圖6 圖形及告警信號對點系統


      1)告警模擬調度主站平臺構成及工作過程


      告警仿真平臺結構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報文上送至網關機。對于其調度主站,告警系統模擬調度主站平臺如圖7所示。通信模塊建立告警網關機和調度主站的連接;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 告警系統模擬調度主站平臺


      調度主站工作過程如圖7所示。首先網關機與主站通過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,與變電站傳送的告警點表進行校驗。


      2)圖形對點系統構成及工作過程


      本研究采用圖計算方法分析圖形數據,建立圖數據庫(屬性圖)。圖中頂點(V)表示對象,邊(E)表示頂點之間的關系。工程中常用的圖數據庫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相結合的新圖數據管理和計算系統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,形成圖形數據。將這些圖形數據壓縮成MMS報文,上送至圖形網關機,網關機收到主站發送的上傳圖形數據的請求后,通過DL 476報文上送G語言圖形數據,主站將圖形數據進行解析,傳送至自動對點平臺,將變電站和上送至主站的圖形數據進行比對,完成自動對點,再將結果返回主站,如圖6所示。


      當對點平臺出現故障,基于圖數據庫設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。


      (1)仿真平臺


      圖形信息仿真平臺如圖8所示,變電站圖形數據經過在線事務處理(on-line transaction processing, OLTP)及在線分析計算(on-line analytical pro變電站監控cessing, OLAP)傳至圖數據庫。其中OLTP主要是對所儲存的實體、實體屬性及它們之間的關聯進行改動,當變電站結構發生變化時,通過OLTP便可以進行數據的改動,省去了大量人工改圖的時間。


      OLAP是對圖數據庫中的數據進行分析計算,目前基本采用佩奇排序(PageRank)算法。對于圖形對點,不需要計算網絡潮流等,只需將圖形數據進行解析儲存,形成變電站接線數據庫,發送至通信模塊,余下操作與四遙仿真平臺工作過程相同。



      圖8 圖形信息仿真平臺


      (2)圖形模擬調度主站


      圖形信息調度主站如圖9所示,主站通過通信模塊接收到DL 476報文,向圖形網關機請求G語言圖形數據,圖形數據經過圖分析計算,最終形成圖形呈現在人機交互界面上,并將解析后的圖形數據傳送至自動對點系統,完成圖形對點任務。



      圖9 圖形信息調度主站


      ?3 自動對點算法

      目前在校驗檢測中,常用的算法有奇偶校驗法、和校驗法(CheckSum)和循環冗余檢驗法(cyclic redundancy check, CRC)。奇偶校驗法比較簡單,但存在檢測風險,智能化變電站只有當錯誤個數為奇數時,才能檢測發現;為偶數時,錯誤相互抵消而無法識別。和校驗法應用較廣,但它仍有缺陷,當數據編碼中一位1→0,另一位0→1時,則無法檢測識別。所以,本研究采用更為精確的循環冗余檢驗法。


      輸入端輸入數據是由K位信息碼及R位校驗碼構成,數據總長度為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。數據編碼中,每一個數據都會有一個多項式與之對應。CRC生成多項式由規范給定的G(x)表示;原始數據多項式 C(x)與K對應;R(x)多項式代表校驗碼,與R對應。


      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)位數減1。N位數據作為被除數,G(x)編碼作為除數,N首位為1,則商為1;余數首位為1,則除數為G(x),余數首位為0,則除數為0。這個“除”不是數學意義上的除法,而是邏輯運算中的異或。最終,當余數個數少于G(x)個數時,則為CRC校驗碼,不足R位補0。



      圖10 單點值信息碼組成


      最終,發送方輸入包含CRC校驗的信息碼,接收方對同一數據進行相同的計算,應得到相同的結果。反之,則發送過程有誤,應重新發送。


      4 結論?

      對于智能變電站遠動自動對點,目前國內外研究比較少,仍有很大的進步空間。本研究主要是在遠動通信的基礎上,采用模塊化方式,設計了一套較為完整的對點方案,得到如下結論:


      1)與傳統的人工對點相比,自動對點系統使用計算機等網絡通信傳輸裝置對點,大大降低了對點代價,還提高了數據傳輸的準確性。


      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據導入自動對點系統,不再需要人工進行比對。


      3)對于對點算法,則采用了循環冗余算法(CRC),它的校驗精度比和校驗法等要高很多,更能保證數據傳輸的可靠性,惟一的不足是算法略微復雜。


      本文編自2021年第9期《電氣技術》,論文標題為“基于智能變電站遠動通信的自動對點調試系統”,作者為王添樂、李永光 等。


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