基于智能变电站远动通信的自动对点调试系统

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国网新疆电力有限公司电力科学研究院、国网新疆电力有限公司电力调度控制中心、国网河南省电力公司电力科学研究院的研究人员王添乐、李永光、南东亮、刘冉、韩伟，在2021年第9期《电气技术》上撰文，基于远动通信框架，采用模块化思想，以四遥、图像及告警信息为对象，将厂站仿真实验平台、调度主站平台的功能分成不同的模块，可直观体现出自动对点的行为逻辑。其中，每一个模块独立开发且互不干扰，相互之间具有可借鉴性，在很大程度上降低了开发难度。在校验检测中，本研究采用循环冗余算法，其与和校验法相比略复杂，但准确度更高。由此构建出一套智能变电站远动快速自动对点系统，以保证智能变电站的可靠运行。

在智能变电站投运前，要核对变电站设备实际发出的信号与调度端接收到的信号是否一致，找出点表中的错误，这就是“远动对点”。

当前远动对点需要耗费大量的人力及时间。对点前，需要明确核对信息并制作点表；对点时，主站与变电站调试人员电话联系，人工校对主站接收数据与变电站实际数据，变电站调试人员还需借助调试工具，操纵开关、刀开关的分合和对电压、电流加量。电话对点不仅费时费力，对点准确性也难以保障。尤其近几年新能源厂站快速发展，每年都有新能源厂站并网的高峰期，电话对点给调试人员造成了很大的困扰，因而研发智能变电站自动对点系统具有重要的意义。

1  研究现状

目前智能变电站自动对点系统的研究仍然处于探索阶段。而本研究基于模块化设计，将四遥、告警信号、图形信息进行独立设计，互不干扰，最终汇总成一套完整的自动对点系统，致力于高效、准确地自动对点。

2  自动对点系统

对点信息分为两类，一类是四遥，另一类是图形及告警。

2.1  四遥远动对点系统

四遥远动对点系统如图1所示，对于仿真平台的建模，可以借助全站系统配置文件（substation configuration description, SCD）自动构建一个满足测试所需的网络及数据环境，确保变电站配置的可靠性。

图1  四遥远动对点系统

仿真平台利用数据采集与监视控制（supervi- sory control and data acquisition, SCADA）系统[8]采集变电站实时数据，汇集到一台计算机上，再通过远动装置将数据上送。用一台计算机模拟调度中心，上送的数据将在这里被分析汇总及存储。最终，利用自动对点平台自动校对主站及变电站的点表，并将结果反馈到调度主站。

1）仿真平台构成及工作过程

四遥仿真平台如图2所示，仿真平台由三部分构成：①通信模块，负责与远动装置建立TCP/IP连接；②报文处理模块，负责获取、储存变电站信息并且分析处理；③人机交互界面，负责显示报文信息，方便更好的筛选。

对点工作开展时，先是由制造报文规范（manufacturing message specification, MMS）报文获取模块接收变电站站控层的实时信息，再由MMS报文存储模块与解析模块进行数据的备份及分类解析，将解析后的结果展示在人机交互界面上，对于变电站有效信息，通过通信模块与远动装置建立的TCP/IP协议，发送至主站，完成上送。

图2  四遥仿真平台

当提取出关于变电站设备信息的有效报文后，同时会产生站端点表进行点号映射，并传送至自动对点平台，遥信点表生成过程如图3所示，值为绿灯表示开关分位，值为红灯表示开关合位。

图3  遥信点表生成过程

2）模拟调度主站构成及工作过程

四遥模拟调度主站如图4所示，模拟调度主站也是由三部分构成：通信模块、报文处理模块及人机交互模块。通信模块与远动机建立TCP连接，获取远动装置上送的数据信息。报文处理模块中，IEC报文发送模块用于主站对远动装置发送对时、总召、遥控等命令；IEC报文接收模块是接收远动装置上送的IEC报文；IEC报文存储模块是将报文存储到数据库中；IEC报文解析模块是对报文进行重组分类，提取关于变电站设备状态的有效信息，显示在人机交互界面。

图4  四遥模拟调度主站

调度主站的工作过程参考图4逻辑关系。首先在主站与远动机之间建立TCP连接，保证主站与远动机之间网络通信正常；发送模块向远动机发送启动命令，远动机再向主站发送确认启动的反馈；发送模块再向远动机发送总召请求，远动机上传遥信遥测信息；再经过IEC报文解析模块进行筛选，提取出有效信息。

IEC报文中发送的数据包含变电站所有单点信息，进行解析后，提取其中的点号和值，并点号映射，形成主站对点表，发送至自动对点平台。

3）自动对点平台

变电站及主站将生成的点表与值输入到自动对点平台，平台经过校验算法判断各个单点是否一致，再将判断结果反馈至主站，新疆750kV五彩湾变电站自动对点反馈情况如图5所示，当上送的信息与变电站实际信息一致时，表示验收通过，反之，则验收不通过。

图5  新疆750kV五彩湾变电站自动对点反馈情况

2.2  图形及告警信号远动对点系统

图形及告警信号对点系统如图6所示，其与四遥系统相似，仅在实现过程中的通信协议和装置略有差别，包含仿真平台、调度主站、网关装置及自动对点平台。

图6  图形及告警信号对点系统

1）告警模拟调度主站平台构成及工作过程

告警仿真平台结构和工作流程与四遥一致，获取MMS告警报文，将含有有效信息的MMS报文上送至网关机。对于其调度主站，告警系统模拟调度主站平台如图7所示。通信模块建立告警网关机和调度主站的连接；报文处理模块用于接收并储存上送DL 476报文，再将其分析归类；人机交互界面是将提取的有效信息进行展示筛选。

图7  告警系统模拟调度主站平台

调度主站工作过程如图7所示。首先网关机与主站通过TCP进行连接，在主站的总召下，告警信息以DL 476报文形式发送至主站接收模块，并且对报文信息进行归类解析，储存在存储模块中。解析模块对DL 476报文进行解析，提取相关变电站告警信息，并且将解析后生成的点表传送至自动对点系统，与变电站传送的告警点表进行校验。

2）图形对点系统构成及工作过程

本研究采用图计算方法分析图形数据，建立图数据库（属性图）。图中顶点（V）表示对象，边（E）表示顶点之间的关系。工程中常用的图数据库Huge Graph用CPU作为计算资源时算法相悖，故本研究采用将HugeGraph和图形处理器GPU相结合的新图数据管理和计算系统RockGraph。

对于智能变电站图形对点，将变电站中各元件及接线用顶点和边表述出来，形成图形数据。将这些图形数据压缩成MMS报文，上送至图形网关机，网关机收到主站发送的上传图形数据的请求后，通过DL 476报文上送G语言图形数据，主站将图形数据进行解析，传送至自动对点平台，将变电站和上送至主站的图形数据进行比对，完成自动对点，再将结果返回主站，如图6所示。

当对点平台出现故障，基于图数据库设计的变电站接线图还可以通过G语言自动绘制，显示在主站的人机交互界面上，不利条件下可以由操作人员进行人工比对。

（1）仿真平台

图形信息仿真平台如图8所示，变电站图形数据经过在线事务处理（on-line transaction processing, OLTP）及在线分析计算（on-line analytical processing, OLAP）传至图数据库。其中OLTP主要是对所储存的实体、实体属性及它们之间的关联进行改动，当变电站结构发生变化时，通过OLTP便可以进行数据的改动，省去了大量人工改图的时间。

OLAP是对图数据库中的数据进行分析计算，目前基本采用佩奇排序（PageRank）算法。对于图形对点，不需要计算网络潮流等，只需将图形数据进行解析储存，形成变电站接线数据库，发送至通信模块，余下操作与四遥仿真平台工作过程相同。

图8  图形信息仿真平台

（2）图形模拟调度主站

图形信息调度主站如图9所示，主站通过通信模块接收到DL 476报文，向图形网关机请求G语言图形数据，图形数据经过图分析计算，最终形成图形呈现在人机交互界面上，并将解析后的图形数据传送至自动对点系统，完成图形对点任务。

图9  图形信息调度主站

3  自动对点算法

目前在校验检测中，常用的算法有奇偶校验法、和校验法（CheckSum）和循环冗余检验法（cyclic redundancy check, CRC）。奇偶校验法比较简单，但存在检测风险，只有当错误个数为奇数时，才能检测发现；为偶数时，错误相互抵消无法识别。和校验法应用较广，但它仍有缺陷，当数据编码中一位1→0，另一位0→1时，则无法检测识别。所以，本文采用更为精确的循环冗余检验法。

输入端输入数据是由K位信息码及R位校验码构成，数据总长度为N。因此，这种编码也叫(N，K)码，单点值信息码组成如图10所示。数据编码中，每一个数据都会有一个多项式与之对应。CRC生成多项式由规范给定的G(x)表示；原始数据多项式  C(x)与K对应；R(x)多项式代表校验码，与R对应。

开始校验码还未计算出来时，校验码补0，进行模2除法，其中R是G(x)位数减1。N位数据作为被除数，G(x)编码作为除数，N首位为1，则商为1；余数首位为1，则除数为G(x)，余数首位为0，则除数为0。这个“除”不是数学意义上的除法，而是逻辑运算中的异或。最终，当余数个数少于G(x)个数时，则为CRC校验码，不足R位补0。

图10  单点值信息码组成

最终，发送方输入包含CRC校验的信息码，接收方对同一数据进行相同的计算，应得到相同的结果。反之，则发送过程有误，应重新发送。

4  结论

对于智能变电站远动自动对点，目前国内外研究比较少，仍有很大的进步空间。本研究主要是在远动通信的基础上，采用模块化方式，设计了一套较为完整的对点方案，得到如下结论：

1）与传统的人工对点相比，自动对点系统使用计算机等网络通信传输装置对点，大大降低了对点代价，还提高了数据传输的准确性。

2）对于变电站接线图，采用了图形计算的方法进行分析，对点只需要将变电站图形数据导入自动对点系统，不再需要人工进行比对。

3）对于对点算法，则采用了循环冗余算法（CRC），它的校验精度比和校验法等要高很多，更能保证数据传输的可靠性，惟一的不足是算法略微复杂。

本文编自2021年第9期《电气技术》，论文标题为“基于智能变电站远动通信的自动对点调试系统”，作者为王添乐、李永光 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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