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中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)活動(dòng)專區(qū) 國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院、國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司電力調(diào)度控制中心、國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員王添樂(lè)、李永光、南東亮、劉冉、韓偉，在2021年第9期《電氣技術(shù)》上撰文，基于遠(yuǎn)動(dòng)通信框架，采用模塊化思想，以四遙、圖像及告警信息為對(duì)象，將廠站仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、調(diào)度主站平臺(tái)的功能分成不同的模塊，可直觀體現(xiàn)出自動(dòng)對(duì)點(diǎn)的行為邏輯。其中，每一個(gè)模塊獨(dú)立開(kāi)發(fā)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(kāi)發(fā)難度。在校驗(yàn)檢測(cè)中，本研究采用循環(huán)冗余算法，其與和校驗(yàn)法相比略復(fù)雜，但準(zhǔn)確度更高。由此構(gòu)建出一套智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)快速自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，以保證智能變電站的可靠運(yùn)行。
在智能變電站投運(yùn)前，要核對(duì)變電站設(shè)備實(shí)際發(fā)出的信號(hào)與調(diào)度端接收到的信號(hào)是否一致，找出點(diǎn)表中的錯(cuò)誤，這就是“遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)”。當(dāng)前遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)需要耗費(fèi)大量的人力及時(shí)間。對(duì)點(diǎn)前，需要明確核對(duì)信息并制作點(diǎn)表；對(duì)點(diǎn)時(shí)，主站與變電站調(diào)試人員電話聯(lián)系，人工校對(duì)主站接收數(shù)據(jù)與變電站實(shí)際數(shù)據(jù)，變電站調(diào)試人員還需借助調(diào)試工具，操縱開(kāi)關(guān)、刀開(kāi)關(guān)的分合和對(duì)電壓、電流加量。電話對(duì)點(diǎn)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)點(diǎn)準(zhǔn)確性也難以保障。尤其近幾年新能源廠站快速發(fā)展，每年都有新能源廠站并網(wǎng)的高峰期，電話對(duì)點(diǎn)給調(diào)試人員造成了很大的困擾，因而研發(fā)智能變電站自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)具有重要的意義。目前智能變電站自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的研究仍然處于探索階段。而本研究基于模塊化設(shè)計(jì)，將四遙、告警信號(hào)、圖形信息進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，互不干擾，最終匯總成一套完整的自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，致力于高效、準(zhǔn)確地自動(dòng)對(duì)點(diǎn)。2 自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)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(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)四遙遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)如圖1所示，對(duì)于仿真平臺(tái)的建模，可以借助全站系統(tǒng)配置文件（substation configuration description, SCD）自動(dòng)構(gòu)建一個(gè)滿足測(cè)試所需的網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)環(huán)境，確保變電站配置的可靠性。
圖1 四遙遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)仿真平臺(tái)利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（supervi- sory control and data acquisition, SCADA）系統(tǒng)[8]采集變電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，匯集到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，再通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)裝置將數(shù)據(jù)上送。用一臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬調(diào)度中心，上送的數(shù)據(jù)將在這里被分析匯總及存儲(chǔ)。最終，利用自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)自動(dòng)校對(duì)主站及變電站的點(diǎn)表，并將結(jié)果反饋到調(diào)度主站。1）仿真平臺(tái)構(gòu)成及工作過(guò)程四遙仿真平臺(tái)如圖2所示，仿真平臺(tái)由三部分構(gòu)成：①通信模塊，負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)動(dòng)裝置建立TCP/IP連接；②報(bào)文處理模塊，負(fù)責(zé)獲取、儲(chǔ)存變電站信息并且分析處理；③人機(jī)交互界面，負(fù)責(zé)顯示報(bào)文信息，方便更好的篩選。對(duì)點(diǎn)工作開(kāi)展時(shí)，先是由制造報(bào)文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）報(bào)文獲取模塊接收變電站站控層的實(shí)時(shí)信息，再由MMS報(bào)文存儲(chǔ)模塊與解析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的備份及分類解析，將解析后的結(jié)果展示在人機(jī)交互界面上，對(duì)于變電站有效信息，通過(guò)通信模塊與遠(yuǎn)動(dòng)裝置建立的TCP/IP協(xié)議，發(fā)送至主站，完成上送。
當(dāng)提取出關(guān)于變電站設(shè)備信息的有效報(bào)文后，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生站端點(diǎn)表進(jìn)行點(diǎn)號(hào)映射，并傳送至自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)，遙信點(diǎn)表生成過(guò)程如圖3所示，值為綠燈表示開(kāi)關(guān)分位，值為紅燈表示開(kāi)關(guān)合位。
2）模擬調(diào)度主站構(gòu)成及工作過(guò)程四遙模擬調(diào)度主站如圖4所示，模擬調(diào)度主站也是由三部分構(gòu)成：通信模塊、報(bào)文處理模塊及人機(jī)交互模塊。通信模塊與遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)建立TCP連接，獲取遠(yuǎn)動(dòng)裝置上送的數(shù)據(jù)信息。報(bào)文處理模塊中，IEC報(bào)文發(fā)送模塊用于主站對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)裝置發(fā)送對(duì)時(shí)、總召、遙控等命令；IEC報(bào)文接收模塊是接收遠(yuǎn)動(dòng)裝置上送的IEC報(bào)文；IEC報(bào)文存儲(chǔ)模塊是將報(bào)文存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；IEC報(bào)文解析模塊是對(duì)報(bào)文進(jìn)行重組分類，提取關(guān)于變電站設(shè)備狀態(tài)的有效信息，顯示在人機(jī)交互界面。
調(diào)度主站的工作過(guò)程參考圖4邏輯關(guān)系。首先在主站與遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間建立TCP連接，保證主站與遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)通信正常；發(fā)送模塊向遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)發(fā)送啟動(dòng)命令，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)再向主站發(fā)送確認(rèn)啟動(dòng)的反饋；發(fā)送模塊再向遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)發(fā)送總召請(qǐng)求，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)上傳遙信遙測(cè)信息；再經(jīng)過(guò)IEC報(bào)文解析模塊進(jìn)行篩選，提取出有效信息。IEC報(bào)文中發(fā)送的數(shù)據(jù)包含變電站所有單點(diǎn)信息，進(jìn)行解析后，提取其中的點(diǎn)號(hào)和值，并點(diǎn)號(hào)映射，形成主站對(duì)點(diǎn)表，發(fā)送至自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)。3）自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)變電站及主站將生成的點(diǎn)表與值輸入到自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)，平臺(tái)經(jīng)過(guò)校驗(yàn)算法判斷各個(gè)單點(diǎn)是否一致，再將判斷結(jié)果反饋至主站，新疆750kV五彩灣變電站自動(dòng)對(duì)點(diǎn)反饋情況如圖5所示，當(dāng)上送的信息與變電站實(shí)際信息一致時(shí)，表示驗(yàn)收通過(guò)，反之，則驗(yàn)收不通過(guò)。
圖5 新疆750kV五彩灣變電站自動(dòng)對(duì)點(diǎn)反饋情況2.2 圖形及告警信號(hào)遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)圖形及告警信號(hào)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)如圖6所示，其與四遙系統(tǒng)相似，僅在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的通信協(xié)議和裝置略有差別，包含仿真平臺(tái)、調(diào)度主站、網(wǎng)關(guān)裝置及自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)。
圖6 圖形及告警信號(hào)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)1）告警模擬調(diào)度主站平臺(tái)構(gòu)成及工作過(guò)程告警仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)和工作流程與四遙一致，獲取MMS告警報(bào)文，將含有有效信息的MMS報(bào)文上送至網(wǎng)關(guān)機(jī)。對(duì)于其調(diào)度主站，告警系統(tǒng)模擬調(diào)度主站平臺(tái)如圖7所示。通信模塊建立告警網(wǎng)關(guān)機(jī)和調(diào)度主站的連接；報(bào)文處理模塊用于接收并儲(chǔ)存上送DL 476報(bào)文，再將其分析歸類；人機(jī)交互界面是將提取的有效信息進(jìn)行展示篩選。
圖7 告警系統(tǒng)模擬調(diào)度主站平臺(tái)調(diào)度主站工作過(guò)程如圖7所示。首先網(wǎng)關(guān)機(jī)與主站通過(guò)TCP進(jìn)行連接，在主站的總召下，告警信息以DL 476報(bào)文形式發(fā)送至主站接收模塊，并且對(duì)報(bào)文信息進(jìn)行歸類解析，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)模塊中。解析模塊對(duì)DL 476報(bào)文進(jìn)行解析，提取相關(guān)變電站告警信息，并且將解析后生成的點(diǎn)表傳送至自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，與變電站傳送的告警點(diǎn)表進(jìn)行校驗(yàn)。2）圖形對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)成及工作過(guò)程本研究采用圖計(jì)算方法分析圖形數(shù)據(jù)，建立圖數(shù)據(jù)庫(kù)（屬性圖）。圖中頂點(diǎn)（V）表示對(duì)象，邊（E）表示頂點(diǎn)之間的關(guān)系。工程中常用的圖數(shù)據(jù)庫(kù)Huge Graph用CPU作為計(jì)算資源時(shí)算法相悖，故本研究采用將HugeGraph和圖形處理器GPU相結(jié)合的新圖數(shù)據(jù)管理和計(jì)算系統(tǒng)RockGraph。對(duì)于智能變電站圖形對(duì)點(diǎn)，將變電站中各元件及接線用頂點(diǎn)和邊表述出來(lái)，形成圖形數(shù)據(jù)。將這些圖形數(shù)據(jù)壓縮成MMS報(bào)文，上送至圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)，網(wǎng)關(guān)機(jī)收到主站發(fā)送的上傳圖形數(shù)據(jù)的請(qǐng)求后，通過(guò)DL 476報(bào)文上送G語(yǔ)言圖形數(shù)據(jù)，主站將圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，傳送至自動(dòng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)，將變電站和上送至主站的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，完成自動(dòng)對(duì)點(diǎn)，再將結(jié)果返回主站，如圖6所示。當(dāng)對(duì)點(diǎn)平臺(tái)出現(xiàn)故障，基于圖數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的變電站接線圖還可以通過(guò)G語(yǔ)言自動(dòng)繪制，顯示在主站的人機(jī)交互界面上，不利條件下可以由操作人員進(jìn)行人工比對(duì)。圖形信息仿真平臺(tái)如圖8所示，變電站圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)在線事務(wù)處理（on-line transaction processing, OLTP）及在線分析計(jì)算（on-line analytical processing, OLAP）傳至圖數(shù)據(jù)庫(kù)。其中OLTP主要是對(duì)所儲(chǔ)存的實(shí)體、實(shí)體屬性及它們之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行改動(dòng)，當(dāng)變電站結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)OLTP便可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的改動(dòng)，省去了大量人工改圖的時(shí)間。OLAP是對(duì)圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，目前基本采用佩奇排序（PageRank）算法。對(duì)于圖形對(duì)點(diǎn)，不需要計(jì)算網(wǎng)絡(luò)潮流等，只需將圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行解析儲(chǔ)存，形成變電站接線數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)送至通信模塊，余下操作與四遙仿真平臺(tái)工作過(guò)程相同。
圖形信息調(diào)度主站如圖9所示，主站通過(guò)通信模塊接收到DL 476報(bào)文，向圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)請(qǐng)求G語(yǔ)言圖形數(shù)據(jù)，圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖分析計(jì)算，最終形成圖形呈現(xiàn)在人機(jī)交互界面上，并將解析后的圖形數(shù)據(jù)傳送至自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，完成圖形對(duì)點(diǎn)任務(wù)。
3 自動(dòng)對(duì)點(diǎn)算法目前在校驗(yàn)檢測(cè)中，常用的算法有奇偶校驗(yàn)法、和校驗(yàn)法（CheckSum）和循環(huán)冗余檢驗(yàn)法（cyclic redundancy check, CRC）。奇偶校驗(yàn)法比較簡(jiǎn)單，但存在檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，只有當(dāng)錯(cuò)誤個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，才能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)；為偶數(shù)時(shí)，錯(cuò)誤相互抵消無(wú)法識(shí)別。和校驗(yàn)法應(yīng)用較廣，但它仍有缺陷，當(dāng)數(shù)據(jù)編碼中一位1→0，另一位0→1時(shí)，則無(wú)法檢測(cè)識(shí)別。所以，本文采用更為精確的循環(huán)冗余檢驗(yàn)法。輸入端輸入數(shù)據(jù)是由K位信息碼及R位校驗(yàn)碼構(gòu)成，數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度為N。因此，這種編碼也叫(N，K)碼，單點(diǎn)值信息碼組成如圖10所示。數(shù)據(jù)編碼中，每一個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)有一個(gè)多項(xiàng)式與之對(duì)應(yīng)。CRC生成多項(xiàng)式由規(guī)范給定的G(x)表示；原始數(shù)據(jù)多項(xiàng)式 C(x)與K對(duì)應(yīng)；R(x)多項(xiàng)式代表校驗(yàn)碼，與R對(duì)應(yīng)。開(kāi)始校驗(yàn)碼還未計(jì)算出來(lái)時(shí)，校驗(yàn)碼補(bǔ)0，進(jìn)行模2除法，其中R是G(x)位數(shù)減1。N位數(shù)據(jù)作為被除數(shù)，G(x)編碼作為除數(shù)，N首位為1，則商為1；余數(shù)首位為1，則除數(shù)為G(x)，余數(shù)首位為0，則除數(shù)為0。這個(gè)“除”不是數(shù)學(xué)意義上的除法，而是邏輯運(yùn)算中的異或。最終，當(dāng)余數(shù)個(gè)數(shù)少于G(x)個(gè)數(shù)時(shí)，則為CRC校驗(yàn)碼，不足R位補(bǔ)0。
最終，發(fā)送方輸入包含CRC校驗(yàn)的信息碼，接收方對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的計(jì)算，應(yīng)得到相同的結(jié)果。反之，則發(fā)送過(guò)程有誤，應(yīng)重新發(fā)送。對(duì)于智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)對(duì)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外研究比較少，仍有很大的進(jìn)步空間。本研究主要是在遠(yuǎn)動(dòng)通信的基礎(chǔ)上，采用模塊化方式，設(shè)計(jì)了一套較為完整的對(duì)點(diǎn)方案，得到如下結(jié)論：1）與傳統(tǒng)的人工對(duì)點(diǎn)相比，自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)通信傳輸裝置對(duì)點(diǎn)，大大降低了對(duì)點(diǎn)代價(jià)，還提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。2）對(duì)于變電站接線圖，采用了圖形計(jì)算的方法進(jìn)行分析，對(duì)點(diǎn)只需要將變電站圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動(dòng)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，不再需要人工進(jìn)行比對(duì)。3）對(duì)于對(duì)點(diǎn)算法，則采用了循環(huán)冗余算法（CRC），它的校驗(yàn)精度比和校驗(yàn)法等要高很多，更能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，惟一的不足是算法略微?fù)雜。本文編自2021年第9期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于智能變電站遠(yuǎn)動(dòng)通信的自動(dòng)對(duì)點(diǎn)調(diào)試系統(tǒng)”，作者為王添樂(lè)、李永光 等。
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