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淺談規約分析系統在電力調度中的應用
[ 通信界 / 1王林幫 2蘇志揚 1蚌埠供電公司 2珠海一通公司 / m.sese521.com / 2009/4/8 10:45:54 ]
 
  摘  要:本文通過對調度自動化系統故障處理的需求分析,指出規約分析軟件所要達到的功能,并通過研制產品的現場應用實例,說明推廣和實施規約分析專用軟件的必要性和迫切性。 
  關鍵詞:規約分析 通道監聽 主站模擬 子站模擬
  
 
一、 概述
 
  現代電力調度已經嚴重依賴于調度自動化系統所提供的各種信息。如果某個樞紐變或主力電廠有幾分鐘時間的信息不暢,調度人員就有抓瞎的感覺。因此,調度自動化系統的安全可靠運行,事實上已經關系到電網的安全。如何長期穩定準確地提供調度人員各種電網運行信息,直接關系到電網的安全和經濟效果。調度自動化部門的任務就是:保證電網運行信息的穩定性、實時性、以及邏輯合理性。
  近幾年隨著電力自動化技術、通訊技術及計算機技術的迅猛發展, 大量廠家生產的各種自動化裝置在電力系統中得到廣泛應用,從而使得各種不同類型的裝置系統之間互聯機會變得越來越多。這對電力自動化系統的日常維護和運行管理提出了更高的要求,而作為數據和信息傳遞載體的通訊規約(協議)則是這些自動化設備互聯的基礎,因此熟悉各種通訊規約的傳輸規則,分析了解傳輸報文,對于各個自動化設備制造廠家變得至關重要,也是電力系統的運行維護部門的人員所必需掌握的基本技能。
 
二、當前的問題和困難
 
  要保證上述功能,目前調度自動化系統的現場問題可以分為兩類:一類是設備本身的問題;另一類是運行中發生的問題。
 
1.   規約差異性
 
  目前電網自動化系統的廠站側運行著不同時期安裝的多個廠家的自動化設備如RTU、測控單元、以及保護測控一體化裝置。這些設備已經在系統中運行多年,通常情況下,信息是準確和暢通的,這樣的工況,是否表明這些設備所使用的規約一定沒有差異呢?為此,我們必需首先區分以下概念:
  A)    規約的全集和子集
  B)    規約的兼容性
  C)    規約的互操作性
  D)    規約的差異性
 
A)    規約的全集和子集
  處于成本和工期的考慮,不少廠家的設備雖然號稱標準規約(例如IEC870-5-101),其實只是做了全部命令中的一個子集,他們所說的標準,是指這個子集的命令是符合相關規約條款的,但是并不保證這個子集已經覆蓋了規約所要求的一切功能。有時候一個在現場運行了十年的設備,后來居然發現有些命令它是不能執行的,只是因為當時SAT時,實際運行不涉及這一功能,因而沒有顯露出來。這里的結論是:一個只具有標準規約命令子集的自動化設備,對于自動化系統的實際運行,不一定會表現出障礙。它們在現有要求下可以無障礙地保持正常的運行狀態,這也是自動化設備廠家敢于僅僅完成標準規約子集的原因。甚至有的廠家知道你當前需要這一條命令,立馬就做出這一條,不及其余,一種徹底的工程化解決方案。
B)    規約的兼容性
  上面講到的子集與全集的關系,就是規約兼容性的例子之一。
  還有一些實際格式并不兼容的命令,實際運行中卻表現出兼容性來。比如設備ID號的長字節和短字節,當你的設備臺數不多,一個字節就可以表達時,即使設備側是短字節,主站照收不誤,沒有表現出障礙來。所以,兼容性是比標準格式要求低的一個指標,雖然規約有差異性,現場表現卻是兼容的。
C)    規約的互操作性
  兼容的規約,雖然是差異性規約,卻具有互操作性,上面的長短ID號是例。有些應用中,為了避免修改規約的費時和麻煩,甚至可以通過工程設置的方式,把這個困難繞過去,實現互操作性。比如當報文長度受限時,考慮到修改規約的麻煩,現場工程師把一臺RTU分成幾個邏輯RTU來訪問,這樣只需要改變主站數據庫定義即可,從而實現互操作性。所以,互操作性是比規約兼容性更低一層的要求。
D)    規約的差異性
  當現場工程師十八般武藝用盡也無法實現廠站設備與主站的互操作性時,這個差異就表現為設備的接入障礙了。這時候就不得不驚動廠家,來人現場測試規約,而廠家往往病急治表,改幾條命令,先弄通了再說,過后主客雙方都忙的不亦樂乎,既顧不上也想不起這檔子事了,于是成為永遠的差異保留著。不改變也罷,一有改變的要求,立即表現為故障,雙方人員急赴現場,翻檔案,找原經手人,忙的不亦樂乎,解決的卻是雞毛蒜皮的小CAS。這就是當前設備規約標準化的現狀。2003年國電公司化大力氣牽頭要統一中國自動化設備廠家的101規約版本,其陣勢之浩大,可以感覺到的確是痛了,所以要“痛改前非”,這個“非”是什么?就是非標準化,非兼容性是也。
以上所說,僅涉及設備方面的問題。

 
2.   運行中的問題一
 
  有經驗的自動化運行維護人員一致認為,通訊故障占到自動化系統故障的大約80%。
  當一個廠站的數據收不到時,宏觀表現就是“不通”。其實“不通”里面包含著眾多復雜的因素。仔細分析信道現象,有下面幾種狀態:
  情況1:通訊正常,上下命令和數據準確收發;
  情況2:通訊正常,下行命令正常,上行報文數據為“空”;
  情況3:鏈路暢通,下行命令正常,無上行報文;
  情況4:鏈路不通,上下行報文均不正常。
  它的實際狀態是:
  情況1:信道正常,兩端命令兼容,有變化數據上傳;
  情況2:信道正常,兩端命令兼容,無變化數據上傳,因而報文的數據為“空”;
  情況3:信道正常,命令可以下載,但RTU收不到或不認識,無法回答上行報文;
  情況4:鏈路不通,無從判斷命令是否兼容、數據是否有變化等等。
 
3.   運行中的問題二
 
  上面所說情況,是在投運初期,或者信道發生變化,或者更換了廠站設備以后的表現。運行中的另一類問題是,通信是正常的,鏈路、信道、規約兼容性方面都沒有問題,相當于在上述情況1之下,有錯誤數據產生:遙信方面大都表現為誤遙信或誤報警;遙測方面為大數據越限或數據歸零;遙控遙調方面表現為控制命令下行后,無返回信息,或者有返回信息,但是一次設備不動作,等等。
  這些問題,沒有報文分析手段無法確認問題發生在哪個環節,該由誰到現場去排除,要去到現場的哪個設備(通訊還是自動化設備),責任界面如何分開,事后是否有證據可以支持分析?等等。
三.適用性產品的研制和功能
 
  遠動信息是通過遠動通道、調度數據網進行傳送的,遠動信息傳輸的可靠性已成為電網調度自動化系統穩定、準確、可靠運行的重要保證。由于遠動信息的傳輸過程環節復雜、傳輸距離較遠、設備種類較多,在任意一個環節上產生了誤碼,就會造成主站收到的上行信號無法解調,主站下發的命令不能被正常地執行,此類問題頻繁出現時,利用現有的手段只能測出信號電平和波形,對于故障點卻不能快速準確地定位,致使專業技術人員查找故障原因時往往無從下手,還會造成相關專業部門之間的責任不清。
  因此,提供一種有效的測試手段,迅速分析遠動信息、排除遠動信號傳輸故障顯得極其重要,開發遠動規約分析系統成為必需的和緊迫的選任務。
 
基本功能特點
 
  由于遠動規約分析系統的責任重大,需要很好地解決這些問題,該系統至少應該具備以下功能:
  1、 通道監聽;
  2、 仿真功能;
  3、 報文解析。
  該系統要能被廣泛應用,必須適應各種不同的遠動規約,能夠連接不同的數據通道,如模擬通道、數字通道、網絡通道等。
  經過一年多的研制和近半年的使用,我們取得了一些實際的經驗。
  下面將詳細描述遠動規約分析系統是如何實現以上功能、以及在調度系統中是如何應用而使工作提高效率的。
功能實現及應用
 
1、通道監聽。
 
  通道監聽主要是針對已經建立通信的通道進行監聽,是通過并接方式獲取通道數據,而且要確保不會對被監聽的通道造成任何影響,這樣,通道監聽的必需前提是:只收不發。
  遠動規約分析系統的監聽功能主要表現在以下幾個特點:
    1)安全性。在監聽過程中保證不會對通道數據造成影響,由軟件設計及硬件的連接兩方面來達到目標。串行通道的監聽:在接線時就直接把對外發送的線斷掉。網絡通道的監聽:通過帶有監聽口的交換機進行監聽,設置該監聽口只能收數據而不能外發數據,在硬件上這個要求是可以實現的。
    2)穩定性。可以長時間監聽通道數據,本系統采用分頁技術顯示通道報文,滿頁后自動將歷史數據保存到硬盤,只要硬盤有足夠大,在不掉電的情況下,該系統可以一直運行。彌補了SCADA系統不能長時間保存數據的不足。
    3)實時性。該系統接收到的報文為原始通信報文,本系統不做任何刪減處理,保證與后臺調度系統得到的數據一致,而且在監聽過程中做其它操作也不會影響其實時監聽。為通道診斷或故障排查提供實時性依據。
    4)靈活性。遠動規約分析系統除了形成一些特有的事件外,還可以由用戶定義各種實用的事件,如遙測越限、遙測跳變等。而且還可以定義各種查詢條件,使操作者能夠快速的定位至某個事件、某個信息點或某幀報文等。
 
    有了上述特點,該遠動規約分析系統至少能夠應用于以下幾個方面:
    1)協助調度人員進行故障排查。
  在調度系統的實際運行過程中,經常會遇到一些不規則的事件,如發生誤遙信,遙測越限或遙測跳變等,而這些事件在現時的主站系統中,是無法有效跟蹤的,而且由于出現的不規則性,增加了工作人員的難度,甚至是無從下手。
  遠動規約分析系統可以對這些事件進行長時間監聽,并實時記錄形成相應的事件,工作人員便可以通過該系統進行詳細分析,并可通過事件快速定位至原始報文,查找故障發生源。因為保存了長期的歷史數據,使工作人員查找故障時有據可查。
2)對通道質量進行分析。
  由于遠動規約分析系統得到的數據等同于調度主站得到的數據,那么該系統分析出來的誤碼基本上是通道的真實情況。在監聽過程中,由誤碼統計或幀簡析列表都可以看得出通道的質量,比如高湖變及通城變,都是通過監聽分析出其誤碼率特別高,導致數據丟失或命令執行比較緩慢。
 
    3)通過監聽通道判斷該通道的規約一致性及連通性。
  在整個調度系統中,由于設備種類比較多,而且各個廠家也不一樣,對規約的理解可能也存在一定的差異,就連同一種規約也有各地區不同的執行細則。
微小的差異可能不會導致通信連接不上,但是卻會隱藏著其它的缺陷,如長時標與短時標的差異會導致SOE對時誤差偏大。那么,這些微小的差異就可以通過該規約分析系統分析出來,要求設備廠家解決。
  4)應用實例。
  以高湖變為例,從調度主站可以知道高湖變的開關變位信息上傳很慢、GPS事件時間誤差達到1小時。但是根本不知道其產生的原因,通過遠動規約分析系統監聽,便可以清楚地分析出,慢是因為誤碼、錯碼特別多所產生;GPS對時誤差1小時是因為子站上傳的對時報文為短時標的報文,所以只傳送分、秒、毫秒,當主站收到該短時標報文時,就自動以主站的小時數插入到SOE的時標中,本來應該是“11:59:59 999,但是上送時只送“59:59 999,而主站收到的時候已經是12點,那么SOE的時標就自然地變成“12:59:59 999正好相差一個小時,這就是規約差異性造成的缺陷。
對于通城變,在同一個RTU的不同通道上做相同的操作而產生不同的反應,在其中一個通道上做遙控操作,很快就有響應,而另一個通道上做則響應得很慢,通過遠動規約分析系統監聽,可以清楚地發現,響應快的通道其報文正確率很高,而響應得很慢那個通道的報文誤碼和錯碼都很多,有了這些依據,再去處理時就能做到有的放矢。
 
2、仿真功能。
 
  仿真功能在遠動規約分析系統中包括兩項內容:一是主站模擬,一是子站模擬。
  主站模擬:通過軟件來模擬真實的調度主站,向RTU請求數據或發送各種命令,并接收和處理RTU上送的數據報文及返校報文等。具備四遙的接收及處理功能,功能基本等同于真實的調度主站。
  子站模擬:即模擬現場RTU,能夠接收和模擬執行主站下發的命令,可以模擬四遙的各種數據,如遙測點置數、遙信點變位、遙控及遙調的執行和返校等,并將各類模擬出來的變化的實時數據上送給主站。
  在了解仿真功能的基本特點后,下面描述仿真功能在調度中應用:
  仿真功能在調度中至少可應用于以下幾個方面:
1)變電站預驗收。
  事實上,變電站驗收是一項非常耗時,而又非常緊急的事情,命令一下達,就必須驗收成功,而實際工作表明根本是不可能如此理想的,總會遇到這樣或那樣的問題,因而延誤驗收工期。
  主站模擬功能可以提前將在驗收過程中可能會遇到的問題暴露出來,比如子站RTU的規約與主站的規約是否一致?是否能夠正常通信?RTU的系數是否正確設置?子站信息分組是否正確?對遙控遙調的命令是如何返校?等等。
  凡此種種,如果能在驗收前就都已經解決掉的話,驗收過程中就只需要抽檢一下就可以確保能夠正常驗收。因為已經有預驗收作基礎,而且預驗收時模擬的主站是完全模擬真實的調度主站。
  遠動規約分析系統在變電站驗收中,不僅能夠確保驗收如期完成,而且也避免了驗收過程中對真實調度主站所造成的影響。
2)檢查調度主站的數據庫。
  每個新站,在投運前都要做好其對應的信息點數據庫,和主站二次開發的動態畫面等,數據庫和動態畫面的定義是否正確,需要與子站RTU通信來檢查才能檢查是否正確,這是傳統的檢查方法。
  模擬子站功能可以打破這種檢查方法,只需要將子站的信息點表導入到遠動規約分析系統中,模擬的子站就等于真實的子站,在模擬子站上操作等同于在變電站現場操作,大大簡化了很多不便的因素,故檢查起來也更加快捷有效。
3)測試調度主站的性能。
  在現實工作中,主站的很多性能指標都是需要測試而沒有辦法測試的,比如遙信雪崩測試,在物理上是沒辦法達到這種效果的。遠動規約分析系統的子站模擬功能,具備了雪崩測試功能,可以對多點同時變位,對整個站的所有點同時雪崩,從而測試主站對報文的處理能力。要測試主站性能也可以通過讓遙測點同時隨機變化,同樣也會產生大量的數據,達到測試主站性能的一個效果。
3、報文解析。
 
  報文解析功能主要是對報文進行詳盡到位的解析,以純中文界面來表示十六進制報文數據。
報文解析功能旨在方便工作人員查閱報文,即使不熟悉或不懂規約,只要通過遠動規約分析系統來解析就可以清楚地知道報文是什么內容,相當于一本規約詞典。
  而且報文解析功能貫穿整個系統,包括監聽、模擬等,它是可以在線或離線解析,解析過程不會影響報文存取。
  報文解析結果以樹狀顯示,獨立于原始報文,有別于其它規約分析系統的方式,即報文與解析混合到一起。樹狀顯示相對其它顯示方式來說就顯得更加靈活清晰。
 
四、總結
 
  以上論述表明,遠動規約分析系統在電力調度系統中有著廣泛的應用,并能夠給調度人員帶來效益和方便,如在故障排查、變電站預驗收、報文解析等方面。對于簡單的規約分析來說,遠動規約分析系統已經相當完美,但筆者認為,該系統還可以從規約一致性及連通性方面加以改進,由軟件自動區分差異并給出差異報告或者建議性報告。
  遠動規約分析系統的規約庫所包括的規約已經能夠滿足現階段的要求,但是著眼未來,還需要增加IEC-61850系列規約,做到與時俱進。

 

作者:1王林幫 2蘇志揚 1蚌埠供電公司 2珠海一通公司 合作媒體:中國電力通信網 編輯:顧北

 

 

 
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