浅谈规约分析系统在电力调度中的应用

浅谈规约分析系统在电力调度中的应用

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浅谈规约分析系统在电力调度中的应用 （ 2009-4-8）

摘  要：本文通过对调度自动化系统故障处理的需求分析，指出规约分析软件所要达到的功能，并通过研制产品的现场应用实例，说明推广和实施规约分析专用软件的必要性和迫切性。  　　关键词：规约分析 通道监听 主站模拟 子站模拟     一、 概述   　　现代电力调度已经严重依赖于调度自动化系统所提供的各种信息。如果某个枢纽变或主力电厂有几分钟时间的信息不畅，调度人员就有抓瞎的感觉。因此，调度自动化系统的安全可靠运行，事实上已经关系到电网的安全。如何长期稳定准确地提供调度人员各种电网运行信息，直接关系到电网的安全和经济效果。调度自动化部门的任务就是：保证电网运行信息的稳定性、实时性、以及逻辑合理性。 　　近几年随着电力自动化技术、通讯技术及计算机技术的迅猛发展, 大量厂家生产的各种自动化装置在电力系统中得到广泛应用，从而使得各种不同类型的装置系统之间互联机会变得越来越多。这对电力自动化系统的日常维护和运行管理提出了更高的要求，而作为数据和信息传递载体的通讯规约（协议）则是这些自动化设备互联的基础，因此熟悉各种通讯规约的传输规则，分析了解传输报文，对于各个自动化设备制造厂家变得至关重要，也是电力系统的运行维护部门的人员所必需掌握的基本技能。   二、当前的问题和困难   　　要保证上述功能，目前调度自动化系统的现场问题可以分为两类：一类是设备本身的问题；另一类是运行中发生的问题。   1.   规约差异性   　　目前电网自动化系统的厂站侧运行着不同时期安装的多个厂家的自动化设备如RTU、测控单元、以及保护测控一体化装置。这些设备已经在系统中运行多年，通常情况下，信息是准确和畅通的，这样的工况，是否表明这些设备所使用的规约一定没有差异呢？为此，我们必需首先区分以下概念： 　　A)    规约的全集和子集 　　B)    规约的兼容性 　　C)    规约的互操作性 　　D)    规约的差异性   A)    规约的全集和子集 　　处于成本和工期的考虑，不少厂家的设备虽然号称标准规约（例如IEC870-5-101），其实只是做了全部命令中的一个子集，他们所说的标准，是指这个子集的命令是符合相关规约条款的，但是并不保证这个子集已经覆盖了规约所要求的一切功能。有时候一个在现场运行了十年的设备，后来居然发现有些命令它是不能执行的，只是因为当时SAT时，实际运行不涉及这一功能，因而没有显露出来。这里的结论是：一个只具有标准规约命令子集的自动化设备，对于自动化系统的实际运行，不一定会表现出障碍。它们在现有要求下可以无障碍地保持正常的运行状态，这也是自动化设备厂家敢于仅仅完成标准规约子集的原因。甚至有的厂家知道你当前需要这一条命令，立马就做出这一条，不及其余，一种彻底的工程化解决方案。 B)    规约的兼容性 　　上面讲到的子集与全集的关系，就是规约兼容性的例子之一。 　　还有一些实际格式并不兼容的命令，实际运行中却表现出兼容性来。比如设备 ID号的长字节和短字节，当你的设备台数不多，一个字节就可以表达时，即使设备侧是短字节，主站照收不误，没有表现出障碍来。所以，兼容性是比标准格式要求低的一个指标，虽然规约有差异性，现场表现却是兼容的。 C)    规约的互操作性 　　兼容的规约，虽然是差异性规约，却具有互操作性，上面的长短 ID号是例。有些应用中，为了避免修改规约的费时和麻烦，甚至可以通过工程设置的方式，把这个困难绕过去，实现互操作性。比如当报文长度受限时，考虑到修改规约的麻烦，现场工程师把一台RTU分成几个逻辑RTU来访问，这样只需要改变主站数据库定义即可，从而实现互操作性。所以，互操作性是比规约兼容性更低一层的要求。 D)    规约的差异性 　　当现场工程师十八般武艺用尽也无法实现厂站设备与主站的互操作性时，这个差异就表现为设备的接入障碍了。这时候就不得不惊动厂家，来人现场测试规约，而厂家往往病急治表，改几条命令，先弄通了再说，过后主客双方都忙的不亦乐乎，既顾不上也想不起这档子事了，于是成为永远的差异保留着。不改变也罢，一有改变的要求，立即表现为故障，双方人员急赴现场，翻档案，找原经手人，忙的不亦乐乎，解决的却是鸡毛蒜皮的小 CAS。这就是当前设备规约标准化的现状。2003年国电公司化大力气牵头要统一中国自动化设备厂家的101规约版本，其阵势之浩大，可以感觉到的确是痛了，所以要“痛改前非”，这个“非”是什么？就是非标准化，非兼容性是也。 以上所说，仅涉及设备方面的问题。   2.   运行中的问题一   　　有经验的自动化运行维护人员一致认为，通讯故障占到自动化系统故障的大约 80％。 　　当一个厂站的数据收不到时，宏观表现就是“不通”。其实“不通”里面包含着众多复杂的因素。仔细分析信道现象，有下面几种状态： 　　情况 1：通讯正常，上下命令和数据准确收发； 　　情况 2：通讯正常，下行命令正常，上行报文数据为“空”； 　　情况 3：链路畅通，下行命令正常，无上行报文； 　　情况 4：链路不通，上下行报文均不正常。 　　它的实际状态是： 　　情况 1：信道正常，两端命令兼容，有变化数据上传； 　　情况 2：信道正常，两端命令兼容，无变化数据上传，因而报文的数据为“空”； 　　情况 3：信道正常，命令可以下载，但RTU收不到或不认识，无法回答上行报文； 　　情况 4：链路不通，无从判断命令是否兼容、数据是否有变化等等。   3.   运行中的问题二   　　上面所说情况，是在投运初期，或者信道发生变化，或者更换了厂站设备以后的表现。运行中的另一类问题是，通信是正常的，链路、信道、规约兼容性方面都没有问题，相当于在上述情况 1之下，有错误数据产生：遥信方面大都表现为误遥信或误报警；遥测方面为大数据越限或数据归零；遥控遥调方面表现为控制命令下行后，无返回信息，或者有返回信息，但是一次设备不动作，等等。 　　这些问题，没有报文分析手段无法确认问题发生在哪个环节，该由谁到现场去排除，要去到现场的哪个设备（通讯还是自动化设备），责任界面如何分开，事后是否有证据可以支持分析？等等。 三． 适用性产品的研制和功能   　　远动信息是通过远动通道、调度数据网进行传送的，远动信息传输的可靠性已成为电网调度自动化系统稳定、准确、可靠运行的重要保证。由于远动信息的传输过程环节复杂、传输距离较远、设备种类较多，在任意一个环节上产生了误码，就会造成主站收到的上行信号无法解调，主站下发的命令不能被正常地执行，此类问题频繁出现时，利用现有的手段只能测出信号电平和波形，对于故障点却不能快速准确地定位，致使专业技术人员查找故障原因时往往无从下手，还会造成相关专业部门之间的责任不清。 　　因此，提供一种有效的测试手段，迅速分析远动信息、排除远动信号传输故障显得极其重要，开发远动规约分析系统成为必需的和紧迫的选任务。   基本功能特点   　　由于远动规约分析系统的责任重大，需要很好地解决这些问题，该系统至少应该具备以下功能： 　　1、 通道监听； 　　2、 仿真功能； 　　3、 报文解析。 　　该系统要能被广泛应用，必须适应各种不同的远动规约，能够连接不同的数据通道，如模拟通道、数字通道、网络通道等。 　　经过一年多的研制和近半年的使用，我们取得了一些实际的经验。 　　下面将详细描述远动规约分析系统是如何实现以上功能、以及在调度系统中是如何应用而使工作提高效率的。 功能实现及应用   1、 通道监听。   　　通道监听主要是针对已经建立通信的通道进行监听，是通过并接方式获取通道数据，而且要确保不会对被监听的通道造成任何影响，这样，通道监听的必需前提是：只收不发。 　　远动规约分析系统的监听功能主要表现在以下几个特点：     1 ）安全性。在监听过程中保证不会对通道数据造成影响，由软件设计及硬件的连接两方面来达到目标。串行通道的监听：在接线时就直接把对外发送的线断掉。网络通道的监听：通过带有监听口的交换机进行监听，设置该监听口只能收数据而不能外发数据，在硬件上这个要求是可以实现的。     2 ）稳定性。可以长时间监听通道数据，本系统采用分页技术显示通道报文，满页后自动将历史数据保存到硬盘，只要硬盘有足够大，在不掉电的情况下，该系统可以一直运行。弥补了 SCADA系统不能长时间保存数据的不足。     3 ）实时性。该系统接收到的报文为原始通信报文，本系统不做任何删减处理，保证与后台调度系统得到的数据一致，而且在监听过程中做其它操作也不会影响其实时监听。为通道诊断或故障排查提供实时性依据。     4 ）灵活性。远动规约分析系统除了形成一些特有的事件外，还可以由用户定义各种实用的事件，如遥测越限、遥测跳变等。而且还可以定义各种查询条件，使操作者能够快速的定位至某个事件、某个信息点或某帧报文等。       有了上述特点，该远动规约分析系统至少能够应用于以下几个方面：     1 ）协助调度人员进行故障排查。 　　在调度系统的实际运行过程中，经常会遇到一些不规则的事件，如发生误遥信，遥测越限或遥测跳变等，而这些事件在现时的主站系统中，是无法有效跟踪的，而且由于出现的不规则性，增加了工作人员的难度，甚至是无从下手。 　　远动规约分析系统可以对这些事件进行长时间监听，并实时记录形成相应的事件，工作人员便可以通过该系统进行详细分析，并可通过事件快速定位至原始报文，查找故障发生源。因为保存了长期的历史数据，使工作人员查找故障时有据可查。 2 ）对通道质量进行分析。 　　由于远动规约分析系统得到的数据等同于调度主站得到的数据，那么该系统分析出来的误码基本上是通道的真实情况。在监听过程中，由误码统计或帧简析列表都可以看得出通道的质量，比如高湖变及通城变，都是通过监听分析出其误码率特别高，导致数据丢失或命令执行比较缓慢。       3 ）通过监听通道判断该通道的规约一致性及连通性。 　　在整个调度系统中，由于设备种类比较多，而且各个厂家也不一样，对规约的理解可能也存在一定的差异，就连同一种规约也有各地区不同的执行细则。 微小的差异可能不会导致通信连接不上，但是却会隐藏着其它的缺陷，如长时标与短时标的差异会导致 SOE对时误差偏大。那么，这些微小的差异就可以通过该规约分析系统分析出来，要求设备厂家解决。 　　4 ）应用实例。 　　以高湖变为例，从调度主站可以知道高湖变的开关变位信息上传很慢、 GPS事件时间误差达到1小时。但是根本不知道其产生的原因，通过远动规约分析系统监听，便可以清楚地分析出，慢是因为误码、错码特别多所产生；GPS对时误差1小时是因为子站上传的对时报文为短时标的报文，所以只传送分、秒、毫秒，当主站收到该短时标报文时，就自动以主站的小时数插入到SOE的时标中，本来应该是“11:59:59 999”，但是上送时只送“59:59 999”，而主站收到的时候已经是12点，那么SOE的时标就自然地变成“12:59:59 999”。正好相差一个小时，这就是规约差异性造成的缺陷。 对于通城变，在同一个 RTU的不同通道上做相同的操作而产生不同的反应，在其中一个通道上做遥控操作，很快就有响应，而另一个通道上做则响应得很慢，通过远动规约分析系统监听，可以清楚地发现，响应快的通道其报文正确率很高，而响应得很慢那个通道的报文误码和错码都很多，有了这些依据，再去处理时就能做到有的放矢。   2、 仿真功能。   　　仿真功能在远动规约分析系统中包括两项内容：一是主站模拟，一是子站模拟。 　　主站模拟：通过软件来模拟真实的调度主站，向 RTU请求数据或发送各种命令，并接收和处理RTU上送的数据报文及返校报文等。具备四遥的接收及处理功能，功能基本等同于真实的调度主站。 　　子站模拟：即模拟现场 RTU，能够接收和模拟执行主站下发的命令，可以模拟四遥的各种数据，如遥测点置数、遥信点变位、遥控及遥调的执行和返校等，并将各类模拟出来的变化的实时数据上送给主站。 　　在了解仿真功能的基本特点后，下面描述仿真功能在调度中应用： 　　仿真功能在调度中至少可应用于以下几个方面： 1 ）变电站预验收。 　　事实上，变电站验收是一项非常耗时，而又非常紧急的事情，命令一下达，就必须验收成功，而实际工作表明根本是不可能如此理想的，总会遇到这样或那样的问题，因而延误验收工期。 　　主站模拟功能可以提前将在验收过程中可能会遇到的问题暴露出来，比如子站 RTU的规约与主站的规约是否一致？是否能够正常通信？RTU的系数是否正确设置？子站信息分组是否正确？对遥控遥调的命令是如何返校？等等。 　　凡此种种，如果能在验收前就都已经解决掉的话，验收过程中就只需要抽检一下就可以确保能够正常验收。因为已经有预验收作基础，而且预验收时模拟的主站是完全模拟真实的调度主站。 　　远动规约分析系统在变电站验收中，不仅能够确保验收如期完成，而且也避免了验收过程中对真实调度主站所造成的影响。 2 ）检查调度主站的数据库。 　　每个新站，在投运前都要做好其对应的信息点数据库，和主站二次开发的动态画面等，数据库和动态画面的定义是否正确，需要与子站 RTU通信来检查才能检查是否正确，这是传统的检查方法。 　　模拟子站功能可以打破这种检查方法，只需要将子站的信息点表导入到远动规约分析系统中，模拟的子站就等于真实的子站，在模拟子站上操作等同于在变电站现场操作，大大简化了很多不便的因素，故检查起来也更加快捷有效。 3 ）测试调度主站的性能。 　　在现实工作中，主站的很多性能指标都是需要测试而没有办法测试的，比如遥信雪崩测试，在物理上是没办法达到这种效果的。远动规约分析系统的子站模拟功能，具备了雪崩测试功能，可以对多点同时变位，对整个站的所有点同时雪崩，从而测试主站对报文的处理能力。要测试主站性能也可以通过让遥测点同时随机变化，同样也会产生大量的数据，达到测试主站性能的一个效果。 3、 报文解析。   　　报文解析功能主要是对报文进行详尽到位的解析，以纯中文界面来表示十六进制报文数据。 报文解析功能旨在方便工作人员查阅报文，即使不熟悉或不懂规约，只要通过远动规约分析系统来解析就可以清楚地知道报文是什么内容，相当于一本规约词典。 　　而且报文解析功能贯穿整个系统，包括监听、模拟等，它是可以在线或离线解析，解析过程不会影响报文存取。 　　报文解析结果以树状显示，独立于原始报文，有别于其它规约分析系统的方式，即报文与解析混合到一起。树状显示相对其它显示方式来说就显得更加灵活清晰。   四、 总结   　　以上论述表明，远动规约分析系统在电力调度系统中有着广泛的应用，并能够给调度人员带来效益和方便，如在故障排查、变电站预验收、报文解析等方面。对于简单的规约分析来说，远动规约分析系统已经相当完美，但笔者认为，该系统还可以从规约一致性及连通性方面加以改进，由软件自动区分差异并给出差异报告或者建议性报告。 　　远动规约分析系统的规约库所包括的规约已经能够满足现阶段的要求，但是着眼未来，还需要增加 IEC－61850系列规约，做到与时俱进。 合作媒体：中国电力通信网　作者：1王林帮 2苏志扬 1蚌埠供电公司 2珠海一通公司