[摘 要] 代写职称论文介绍一种操作票在线生成系统的设计与实现。该系统通过网络通信方式将变电站现场的设备状态信息和运行信息引入,并通过数据校核,保证了数据的一致性。
[关键词] 操作票 SCADA 在线 变电站
Design and Realization of On-line Formation System of Operation Tickets
[Abstract] This paper introduced the design and realization of on-line formation system of operation tickets. The system can getthe status and operating information of the equipment on site at substations by means of internetwork communication, and it checksthe data to ensure the consistency of the information.
[Keywords] operation ticket; SCADA; on-line; substation
开列正确的操作票是正确倒闸操作的前提,也是变电站及电力系统安全稳定运行的保证。随着我国综合自动化及无人值班变电站的大量投运,传统的手工编制倒闸操作票的方式已不能满足电力系统越来越高的运行需求,微机操作票生成系统应运而生。自20世纪80年代以来,经过研究人员和运行人员的不断努力,国内微机开票系统已经日趋完善,达到了实用化水平。微机开票系统的有效性已为许多运行人员认可。由于目前的微机操作票生成系统大多是在离线方式下工作的,加上变电站运行方式的多样性,系统运行一段时间后,变电站拓扑知识库中各电气设备的状态与现场设备的实际状态可能会出现不一致,开票正确率就会下降。本文介绍的安装于无人值班变电站的集控中心的多站操作票在线自动生成系统可以解决微机开票系统实时性和一致性差的问题。
1 系统结构
1.1 系统硬件结构变电站内部调度局域网由调度服务器、网桥、集线器和若干工作站组成,其中调度服务器上安装Windows2000Server操作系统和SQL Server2000数据库服务器软件,操作票在线生成系统软件安装在该局域网中的一台工作站上。图1为网络连接和系统硬件结构示意。图1 网络连接与系统硬件结构示意图
1.2 系统应用软件结构操作票在线生成系统由4个模块组成:知识库模块、推理机模块、数据库模块和接口模块。系统应用软件结构如图2所示。
1.2.1 知识库模块知识库分规则库和静态设备库。,研究方向电力系统运行与控制。通过鼠标、键盘在图形界面上进行各类操作。画面包括背景图和前景图,背景图主要是显示变电站接线以及对元件的标注说明,前景图用于显示各元件的实时状态、实时信息以及元件的操作状态。前景图中各元件状态的变化和实时数据库对应。另外,画面可以实现等比例无级缩放。在离线工作模式下,运行人员可强制性改变设备状态。
连接调度服务器上的实时数据库ChangeCondition();//匹配实时数据库中的遥信表,定位状态有改变的设备UpdateToYCSB();//将状态有改变的设备的信息更新到本地数据库一次设备(YCSB)表中::PostMessage((HWND)pParam,WM-THREADFINISHED,0,0);//发送一个消息结束本次子线程return0; }catch(-com-error&e)//捕获异常{PrintComError(e);return0; }}2.3 数据安全校核所获取的调度实时数据在刷新到本地动态数据库的一次设备表前必须进行安全校核,安全校核包括正确性校核、可行性校核和操作反馈校核。设一个完整电气操作任务涉及到状态改变的设备数目为n,用k1,k2,…,kn依次代表这n个设备在数据库中表述设备状态的字段的值,现场操作的设备状态二值函数表达式为ST0(k1,k2,…,kn),操作票生成系统中对应的本操作的设备状态二值函数表达式为ST1(k1,k2,…,kn),其中ki取值为“0”和“1”,“0”代表开关断开或刀闸拉开,“1”代表开关合上或刀闸推上。
2.3.1 正确性校核是保证网络数据传输正确。例如数据库中表述设备状态的字段的值ki的取值只可能为“0”和“1”,如果该字段出现其他值,则说明数据传输出错;如果获得的标识设备的遥信括号(YXKH)字段(int型)的值在本地数据库一次设备表的相应字段中不能匹配,也说明数据传输出错。系统正确性校核后会给出告警提示,运行人员可以及时进行判断和处理。
2.3.2 可行性校核是保证某设备状态的变化与当前运行方式以及其他设备状态相配合。可行性校核的判断依据是设备的防误操作规则,设备的防误操作规则是依据现场设备的防误操作规程用自然语句进行“与”关系和“或”关系描述,推理一个设备能否被安全操作。一个简单的例子就是如果当前线路处于带电工作状态,而调度的实时数据要求线路上的某地刀闸状态从“拉开”变为“推上”,则可行性校核会自动给出“带电推地刀闸!”的告警提示,并中断该数据刷新到一次设备表。
2.3.3 操作反馈校核是保证每次现场操作的设备和操作票中操作的设备一致。理论上的校核判据式为:ST0(k1,k2,…,kn) ST1(k1,k2,…,kn)=0。具体实现是将每张操作票涉及到状态改变的所有设备放在一个设备链表(CobjectList对象)中,现场操作完成后,系统将远程获取的、进行了改变的现场设备状态和设备链表对照。如果设备数目、设备名称和状态改变情况都一一对应,则本次操作完成,并刷新一次设备表到当前状态;否则系统会发出告警,提示不一致的设备或操作,运行人员可以中断本次刷新,等待下一轮刷新或直接与现场联系验证操作情况。数据安全校核过程中,如果系统告警,实时数据不能刷新到一次设备表中去,则系统会自动从在线工作模式转入离线工作模式。在离线工作模式下,运行人员可通过系统提供的“状态修改”功能,利用鼠标点击方便地在一次主接线图上校准系统设备状态和现场设备状态一致。
3 系统功能分析
3.1 自动开票功能运行人员依次选择“变电站—电压等级—设备—任务”,系统根据推理机搜索到的一次设备库、二次保护库及其相应的拓扑连接库、设备操作规则库等进行推理,快速自动生成一张完整的操作票。
3.2 模拟屏开票功能用户可以通过鼠标点击方便、灵活地在主接线图上交互式开票。系统对每步操作进行防误操作检查以保证开票的正确性。如操作违反了安全操作规程或违背了设备的操作规则库的专家知识,则系统会报警并提示错误原因,同时中断该步操作,运行人员可以重新操作;如果操作正确,可以继续下一步操作。最后系统串联全部单步操作并生成操作票。
3.3 手工编票功能按照系统默认的标准格式手工编写特殊票。
3.4 图形模拟功能操作票模拟操作不仅方便运行人员观察操作执行后的运行方式和设备状态变化情况,还可以对运行人员进行操作培训。依据生成操作票的内容进入图形界面,运行人员通过鼠标操作相应设备,如操作设备与操作票中的内容一致,说明模拟操作正确,则状态发生改变,并可继续操作下一步,否则出现提示报警。除上述一步步的模拟操作外,还有快速模拟操作,即采用程序将操作票的内容从头到尾自动执行一遍。
3.5 图形管理功能实时图形界面主要是用于表示变电站接线方式、元件运行状态和保护投运情况等。操作员可以操作票在线生成系统的设计与实现图2 系统应用软件结构图规则库主要用于描述和存储运行人员开列操作票的专业知识和经验知识以及操作习惯规则。根据实际运行特点,可细分为主变操作规则库、母线操作规则库、线路操作规则库、开关操作规则库、PT操作规则库等。静态设备库包括下列3类:(1)设备参数属性:包括图形设备属性、设备台帐以及通过SCADA接口得到的设备状态;(2)设备连接属性:保存一次设备在主接线图中与相邻设备以及一次设备倒闸操作相关设备的连接关系;(3)设备二次部分属性:保存一次设备在倒闸操作中附带的二次部分。
1.2.2 推理机模块推理机模块是本系统的核心模块,主要有以下功能:(1)连接接口模块和数据库模块以及知识模块;(2)对传递的信息进行判断、搜索、匹配;(3)调用正确的知识库和数据库形成操作票;(4)接受并判断来自SCADA接口的实时信息并刷新数据库。
1.2.3 数据库模块数据库模块包括静态数据库和动态数据库。静态数据库中存放设备的各种静态数据,如坐标、颜色、类型、名称、编号、设备台帐以及一次设备间的连接信息和二次部分信息。动态数据库中的数据在系统运行期间是不断变化的,例如设备状态改变、推理结果以及操作步骤等。1.2.4 接口模块接口模块包括人机接口和SCADA接口。人机接口直接与运行人员打交道,包括权限管理、设备管理界面、一次图绘制界面、状态修改界面、模拟屏开票界面、自动开票界面、操作票显示界面、手工编票界面以及帮助说明等。SCADA接口对应于在线工作模式,保证变电站拓扑知识库中各电气元件的状态与当前的实际状态保持一致。
2 实时数据的获取与校核
2.1 系统与SCADA的接口无人值班变电站都配有RTU(Remote TerminalUnit),电网调度配有SCADA系统,而在线微机开票系统需要的就是SCADA系统通过RTU获取的现场设备(主要有开关和刀闸)的遥信数据。系统与SCADA的接口方式有2种:(1)系统作为SCADA系统的一个工作站,直接接收数据包并解包转化为可识别数据格式,有用数据实时存入本地数据库。优点是快速,无延时;缺点是需要开发解包和数据格式转换功能。(2)系统还可以通过调度局域网间接连接SCADA系统。优点是无须直接解包和数据格式转换,方便数据获取和管理,安全性和可靠性高;缺点是有少量延时。基于供电局现有网络环境和硬件设施,本系统选择了通过调度提供的局域网接口间接获取SCA-DA数据的方式。调度局域网中,只有调度服务器能够通过网桥对SCADA系统进行访问、登录及注册, SCADA网络只能单方向向调度局域网传递信息,而不响应调度局域网上的控制信息。网桥定时从SCADA主站服务器取数据,并向调度局域网的服务器转发。这样调度服务器就保存了和SCADA主站服务器中相同结构的实时数据。在操作票生成系统所在的工作站从调度服务器获得需要的遥信数据(开关和刀闸的实时状态),并刷新动态数据库中开关和刀闸的状态字段,忽略短暂的传输更新时间,系统基本能保证实时性。
2.2 数据复制为了减少网络负担并提高性能,操作票生成系统所在工作站也配置Windows2000Server操作系统以及SQL Server2000数据库。这样,利用数据库的数据复制技术,可将远程数据(调度服务器上的数据)复制到本地服务器(开票工作站)中。操作票生成系统应用程序就可以做到数据本地访问。在本系统中,操作票生成系统主线程调用一个定时远程访问调度数据库并刷新本地数据库的子线程,完成数据复制。在Visual C++程序中,用于刷新的定时器和子线程实现代码如下:void CMainWindowsFrame::OnTimer(UINT nIDEvent)//单位时间调用一次的定时器函数{ AfxBeginThread (ScadaDataProc, GetSafeHwnd ( ),THREAD-PRIORITY-NORMAL);//开启一个子线程ScadaDataProcCFrameWnd::OnTimer(nIDEvent);}UINT ScadaDataProc(LPVOID pParam)///远程访问和数据刷新子线程函数•
3.6 系统维护和管理功能包括工作模式转换、权限管理、设备台帐管理、保护配置、打印历史查询、状态修改历史查询以及帮助说明等。
4 结束语通过与SCADA系统连接,形成的开票、模拟操作、操作校核、电气设备运行监视一体化的实用操作票生成系统,具有较广阔的应用前景。该系统于2002年底在湖北咸宁供电局投运,具有较好的实时性和数据一致性,大大提高了变电站的工作效率和开票的正确率。该系统目前运行正常,满足电力生产需要。
5 参考文献
1 V.Vadari et.al, An On-line Dispatcher Training Simulator Function forReal-Time Analysis and Training, IEEE Transaction on Power Systems,Vol.10,No.4,November,1995.
2 王昭荣,等.基于可视化网络的防误操作系统.全国高校电自专业第14届学术年会,哈尔滨,1998
3 汤磊,等.电网操作票专家系统中的通用认知模型.电力系统自动化,2001(11)
4 卢锦玲,等.基于动态数据交换的地调操作票系统.华北电力大学学报,2002(4)