程控命令交互异常情况建模及其应用

余晓明++张静++李金++于杨++杨继高++戴欣欣

摘 要：基于IEC61850控制模型，提出了数字化变电站命令交互过程异常情况的建模方案。讨论了程序化操作命令交互流程等问题。方案引入了错误类型表示出错原因的种类和错误索引对应错误类型的具体出错原因条目的概念。采用MMS读写服务上送命令出错原因，实现了程序化操作异常情况的规范化建模和控制过程出错原因的描述。工程实践证明，命令交互异常情况的建模方案增强了程控自动执行过程的可控性，减轻了操作人员人为分析、处理异常情况的工作量。

关键词：数字化变电站 IEC61850控制模型 程序化操作 MMS读写服务 出错类型 出错索引

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（b）-0028-02

程序化操作，即操作人员从当地后台或监控中心发出一条操作指令，该指令按照程序预先设定好的控制逻辑去操作多个控制对象，同时进行各种控制和防误闭锁逻辑判断，以确定某个操作任务是否能执行，并实时反馈各种过程信息[1]。采用程序化操作的变电站打破了传统运行操作方式，为实现真正意义上的无人值班进而应对人员缺少和变电站的日益增多的矛盾，提高变电站安全运行水平，开辟了一条全新的出路。

在程序化操作的过程中，由于操作票及操作项的执行过程是自动执行的，采取必要的措施来保证操作的正确性和可控性具有重要意义[3]。现有的程序化操作票执行过程都设计了步骤信息的上送，但步骤信息只是反映了操作票执行的结果，而命令的交互则贯穿整个程序化操作过程，在调票、选择、执行、继续执行、终止执行的每个阶段都需要命令交互，因此很有必要研究对命令交互过程发生的异常和错误情况进行建模。

本文在总结试点变电站运行经验的基础上，并基于IEC61850控制模型，对变电站程序化操作整个过程中可能出现的出错原因进行建模和设计，为监控中心提供详细的程序化操作过程信息，操作人员可通过人机交互界面处理异常情况。本文对命令出错类型和原因的建模方案不局限于程序化操作的应用，亦可推广应用到数字化变电站所有的控制命令。

1 站内通讯协议

IEC61850采用了面向对象的数据模型，使得在整个变电站域内，所有的智能电子设备节点模型中的任意信息点都有其独一无二的层次化标准引用名，通过引用名可以实现所需信息的简单快速查找与定位，为装置间信息交互和装置内部函数调用提供了高效的手段[2]。且IEC61850可承载操作票及操作过程信息，通讯方式快速可靠，可以方便实现间隔层装置之间的通讯。因此IEC61850是目前实现不同厂家程序化操作互联互通的协议的不二选择。

2 IEC61850控制模型

在IEC61850中，控制服务可分为加强型控制和普通型控制两大类。加强型控制需对控制的结果进行校验，以判断执行是否成功；普通控制不需要校验执行结果，控制过程随着执行的结束而结束。加强型控制又分为带预置和不带预置两种，即分为加强型选择控制和加强型直控。普通控制也分为选择型控制和直控[3]。

加强型选择控制方式多用于对执行过程的可靠性要求较高的场合，如断路器及隔离开关遥控、保护软压板投退等。其他一些要求快速执行而不要进行任何校验的场合会选用直控方式，直接对控制对象进行控制，一步执行完毕即控制结束，如保护测控装置的远方复归、变压器有载调压开关档位升降的急停等。本文基于加强型选择控制服务讨论程序化操作。

3 程序化操作流程

实现程序化操作有两种方案：单独采用程序化操作服务器实现的方案（方案1）和采用间隔层设备与程序化操作服务器共同实现的方案（方案2）[4]。目前国内大部分厂家采用方案2，本文基于方案2来讨论程序化操作命令出错情况的建模和处理[5]。

程序化操作对下的命令包括五种：（1）操作票的调取操作。（2）操作票的选择操作。（3）操作票及操作项的执行操作。（4）操作票及操作项的继续执行操作。（5）操作票及操作项的终止执行操作。其中继续执行用在有提示操作项的情况，需等待操作人员进行操作的确认或需要人工参与操作之后，才能继续执行后续操作项。

图1是单装置程序化操作票后台与装置之间的命令交互流程。首先后台下发程控调票命令，装置上送相应操作票的校验码，校验通过后后台下发程控选择命令，装置进行反校，后台收到反校后下发程控执行命令，装置进行执行反校，然后上送执行过程中的步骤信息。

图1给出的仅是命令正常执行情况下的交互流程，命令执行过程可能出现的异常情况并没有在图中体现。为了对程控操作过程命令出错的情况进行统一规范的描述，本文对采用IEC61850通讯的命令出错的原因进行建模，并在操作客户端显示命令出错原因的具体描述，可供操作员在命令交互过程出现异常时进行人为干预。

4 程控命令出错原因建模

命令出错原因仅在命令出错时起作用，因此采用MMS读写服务[6]实现命令出错原因的方式比采用MMS报告方式更符合应用要求。且命令出错原因的上送，完全由客户端发起，当服务器（测控保护装置）对客户端下发的命令回复否定返校时，由客户端向服务器发起命令错误类型和错误索引的读服务，服务器进行响应，监控后台根据装置上送的错误类型和错误索引得到命令出错原因的中文描述，并将其显示于操作界面，告知操作员装置不能执行某一命令或执行某一命令出错的具体原因。其中错误类型表示出错原因的种类，错误索引则是对错误类型的扩展，即对应错误类型的具体出错原因条目。

CID模型文件对命令出错原因的LNode Type和LN（Logic Node）建模设计如图2和图3所示，命令出错原因LNodeType除了包含必备的逻辑节点信息：Mod（模式）、Beh（性能）、Health（健康状态）和NamPlt（铭牌）[7～8]外，还包含了与命令出错原因相关的两个专用功能：错误类型（CMDErrType）和错误索引（CMDErrIdx），这两个DO的公用数据类CDC为INS（整数状态）。endprint

5 程序化操作异常情况建模的应用

程序化操作实际操作时完全依照预先定义序列或者根据该序列自适应形成实际操作序列，以达到“一键操作”的目的。我们将一个程序化操作抽象为操作票，该操作票对应一个状态到另一状态的切换，并包含有先后操作顺序的操作步骤，每步骤包括操作前判断逻辑（执行条件）、操作内容、操作后确认条件（确认操作是否成功），整张操作票还可配置执行中的出错条件表达式。在程序化操作执行过程中这些条件都有可能不满足或出错，而且也有可能在程控执行之前的操作票调取和选择阶段就出现异常情况，为了尽可能详尽的描述每种异常情况，减少操作人员人为排查程序化操作出错原因的工作量，本文对程序化操作的出错原因的出错类型和出错索引进行如下设计。将程序化操作出错类型分为以下几类。

执行条件不满足。

确认条件不满足。

出错条件满足。

操作项执行过程中出错。

命令出错。

等待超时错误，例如等待后台确认操作票执行结果，后台超时响应。

上述出错类型并不是每种都需要扩展出错索引，执行条件不满足、确认条件不满足、出错条件满足、等待超时错误这几种出错类型已经描述得非常具体，操作员从这几种出错类型就可直观的判断出程序化操作的出错原因。下面主要对操作项执行过程中出错和命令出错这两种错误类型的错误索引进行扩展。

操作票的操作序列即操作项，操作票的执行实际上就是操作项的顺序执行，操作项执行过程中出错是程序化操作最为常见的出错类型。下面是对操作项执行过程中出错类型的出错索引的扩展，错误索引可根据实际工程应用需要进行扩充。

装置闭锁。

装置检修。

选择回采值错误。

遥控对象不存在。

未经选择就执行。

执行超时。

当前操作不允许。

控制位置不允许。

选择校验出错。

联锁条件不满足。

程控命令包括调票、选择、取消、执行、继续执行命令等，程控命令出错一般是后台在调票、选择、取消、执行、继续执行命令时，装置校验顺控命令不通过。对程控命令出错索引的扩展如下。

设备态组越限。

源态错误。

目标态错误。

无对应操作票。

源态与当前态不符。

在非执行状态接收到继续执行命令。

在初始状态接收到撤销命令。

在非选择状态接收到执行命令。

步骤号不正确。

设备态发生变化。

指定设备态或遥控通道号与选择命令不对应。

五防不满足条件。

取CRC出错。

6 结语

目前，程序化操作的方案已经比较成熟，在国内变电站自动化系统中也得到了较为广泛的应用，但是对程序化操作过程出现的异常情况或是出错情况的处理甚少提及。针对数字化变电站，本文基于IEC61850控制模型提出程控命令交互异常情况的建模及其应用，并对程控命令出错的原因进行了分类和扩展，引入了错误类型和错误索引的概念。

按照本文提出的命令出错类型和出错索引的建模方案研发的程序化操作系统在实际变电站中已投运，工程实践证明，针对程控命令交互异常情况的建模增强了程控自动执行过程的可控性，实现了程序化操作过程出现异常情况的原因的直观展示，减轻了操作人员人为分析和处理异常情况的工作量。同时，本文提出的命令出错类型和出错索引的建模方案也在数字化变电站其它的控制命令中得到了应用，为数字化变电站所有命令异常和出错情况的处理提供了有效的手段。

参考文献

[1] 王永明，郭碧媛，张丰.分布式变电站程序化操作系统的实现[J].电力系统保护与控制，2010，38（4）：91-94.

[2] 王淑超.程序化操作在IEC61850变电站自动化系统中的应用[J].电力系统自动化，2010，34（8）：111-114.

[3] 罗钦，段斌，肖红光，等.基于IEC61850控制模型的变电站防误操作分析与设计[J].电力系统自动化，2006，30（22）：61-65.

[4] 叶锋，沈峻，杨世骅，等.程序化操作在变电站自动化系统中的实现[J].电力系统自动化，2006，30（21）：90-94.

[5] 张静，李先波，李科，等.基于脚本语言的智能程序化操作方案[J].电力系统自动化，2012，36（6）：112-115.

[6] 徐志超，李晓明.基于IEC61850规约的IED模型动态建模问题研究[J].华东电力，2011，39（7）：1073-1077.

[7] IEC61850-7-3. Communication networks and systems in substations-Part 7-3： Basic communication structure for substation and feeder equipment-Common data classes：2003[S].

[8] 罗四倍，黄润长，崔琪，等.基于IEC61850标准面向对象思想的IEC建模[J].电力系统保护与控制，2009，37（17）：88-92.endprint

5 程序化操作异常情况建模的应用

程序化操作实际操作时完全依照预先定义序列或者根据该序列自适应形成实际操作序列，以达到“一键操作”的目的。我们将一个程序化操作抽象为操作票，该操作票对应一个状态到另一状态的切换，并包含有先后操作顺序的操作步骤，每步骤包括操作前判断逻辑（执行条件）、操作内容、操作后确认条件（确认操作是否成功），整张操作票还可配置执行中的出错条件表达式。在程序化操作执行过程中这些条件都有可能不满足或出错，而且也有可能在程控执行之前的操作票调取和选择阶段就出现异常情况，为了尽可能详尽的描述每种异常情况，减少操作人员人为排查程序化操作出错原因的工作量，本文对程序化操作的出错原因的出错类型和出错索引进行如下设计。将程序化操作出错类型分为以下几类。

执行条件不满足。

确认条件不满足。

出错条件满足。

操作项执行过程中出错。

命令出错。

等待超时错误，例如等待后台确认操作票执行结果，后台超时响应。

上述出错类型并不是每种都需要扩展出错索引，执行条件不满足、确认条件不满足、出错条件满足、等待超时错误这几种出错类型已经描述得非常具体，操作员从这几种出错类型就可直观的判断出程序化操作的出错原因。下面主要对操作项执行过程中出错和命令出错这两种错误类型的错误索引进行扩展。

操作票的操作序列即操作项，操作票的执行实际上就是操作项的顺序执行，操作项执行过程中出错是程序化操作最为常见的出错类型。下面是对操作项执行过程中出错类型的出错索引的扩展，错误索引可根据实际工程应用需要进行扩充。

装置闭锁。

装置检修。

选择回采值错误。

遥控对象不存在。

未经选择就执行。

执行超时。

当前操作不允许。

控制位置不允许。

选择校验出错。

联锁条件不满足。

程控命令包括调票、选择、取消、执行、继续执行命令等，程控命令出错一般是后台在调票、选择、取消、执行、继续执行命令时，装置校验顺控命令不通过。对程控命令出错索引的扩展如下。

设备态组越限。

源态错误。

目标态错误。

无对应操作票。

源态与当前态不符。

在非执行状态接收到继续执行命令。

在初始状态接收到撤销命令。

在非选择状态接收到执行命令。

步骤号不正确。

设备态发生变化。

指定设备态或遥控通道号与选择命令不对应。

五防不满足条件。

取CRC出错。

6 结语

目前，程序化操作的方案已经比较成熟，在国内变电站自动化系统中也得到了较为广泛的应用，但是对程序化操作过程出现的异常情况或是出错情况的处理甚少提及。针对数字化变电站，本文基于IEC61850控制模型提出程控命令交互异常情况的建模及其应用，并对程控命令出错的原因进行了分类和扩展，引入了错误类型和错误索引的概念。

按照本文提出的命令出错类型和出错索引的建模方案研发的程序化操作系统在实际变电站中已投运，工程实践证明，针对程控命令交互异常情况的建模增强了程控自动执行过程的可控性，实现了程序化操作过程出现异常情况的原因的直观展示，减轻了操作人员人为分析和处理异常情况的工作量。同时，本文提出的命令出错类型和出错索引的建模方案也在数字化变电站其它的控制命令中得到了应用，为数字化变电站所有命令异常和出错情况的处理提供了有效的手段。

参考文献

[1] 王永明，郭碧媛，张丰.分布式变电站程序化操作系统的实现[J].电力系统保护与控制，2010，38（4）：91-94.

[2] 王淑超.程序化操作在IEC61850变电站自动化系统中的应用[J].电力系统自动化，2010，34（8）：111-114.

[3] 罗钦，段斌，肖红光，等.基于IEC61850控制模型的变电站防误操作分析与设计[J].电力系统自动化，2006，30（22）：61-65.

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[5] 张静，李先波，李科，等.基于脚本语言的智能程序化操作方案[J].电力系统自动化，2012，36（6）：112-115.

[6] 徐志超，李晓明.基于IEC61850规约的IED模型动态建模问题研究[J].华东电力，2011，39（7）：1073-1077.

[7] IEC61850-7-3. Communication networks and systems in substations-Part 7-3： Basic communication structure for substation and feeder equipment-Common data classes：2003[S].

[8] 罗四倍，黄润长，崔琪，等.基于IEC61850标准面向对象思想的IEC建模[J].电力系统保护与控制，2009，37（17）：88-92.endprint

5 程序化操作异常情况建模的应用

程序化操作实际操作时完全依照预先定义序列或者根据该序列自适应形成实际操作序列，以达到“一键操作”的目的。我们将一个程序化操作抽象为操作票，该操作票对应一个状态到另一状态的切换，并包含有先后操作顺序的操作步骤，每步骤包括操作前判断逻辑（执行条件）、操作内容、操作后确认条件（确认操作是否成功），整张操作票还可配置执行中的出错条件表达式。在程序化操作执行过程中这些条件都有可能不满足或出错，而且也有可能在程控执行之前的操作票调取和选择阶段就出现异常情况，为了尽可能详尽的描述每种异常情况，减少操作人员人为排查程序化操作出错原因的工作量，本文对程序化操作的出错原因的出错类型和出错索引进行如下设计。将程序化操作出错类型分为以下几类。

执行条件不满足。

确认条件不满足。

出错条件满足。

操作项执行过程中出错。

命令出错。

等待超时错误，例如等待后台确认操作票执行结果，后台超时响应。

上述出错类型并不是每种都需要扩展出错索引，执行条件不满足、确认条件不满足、出错条件满足、等待超时错误这几种出错类型已经描述得非常具体，操作员从这几种出错类型就可直观的判断出程序化操作的出错原因。下面主要对操作项执行过程中出错和命令出错这两种错误类型的错误索引进行扩展。

操作票的操作序列即操作项，操作票的执行实际上就是操作项的顺序执行，操作项执行过程中出错是程序化操作最为常见的出错类型。下面是对操作项执行过程中出错类型的出错索引的扩展，错误索引可根据实际工程应用需要进行扩充。

装置闭锁。

装置检修。

选择回采值错误。

遥控对象不存在。

未经选择就执行。

执行超时。

当前操作不允许。

控制位置不允许。

选择校验出错。

联锁条件不满足。

程控命令包括调票、选择、取消、执行、继续执行命令等，程控命令出错一般是后台在调票、选择、取消、执行、继续执行命令时，装置校验顺控命令不通过。对程控命令出错索引的扩展如下。

设备态组越限。

源态错误。

目标态错误。

无对应操作票。

源态与当前态不符。

在非执行状态接收到继续执行命令。

在初始状态接收到撤销命令。

在非选择状态接收到执行命令。

步骤号不正确。

设备态发生变化。

指定设备态或遥控通道号与选择命令不对应。

五防不满足条件。

取CRC出错。

6 结语

目前，程序化操作的方案已经比较成熟，在国内变电站自动化系统中也得到了较为广泛的应用，但是对程序化操作过程出现的异常情况或是出错情况的处理甚少提及。针对数字化变电站，本文基于IEC61850控制模型提出程控命令交互异常情况的建模及其应用，并对程控命令出错的原因进行了分类和扩展，引入了错误类型和错误索引的概念。

按照本文提出的命令出错类型和出错索引的建模方案研发的程序化操作系统在实际变电站中已投运，工程实践证明，针对程控命令交互异常情况的建模增强了程控自动执行过程的可控性，实现了程序化操作过程出现异常情况的原因的直观展示，减轻了操作人员人为分析和处理异常情况的工作量。同时，本文提出的命令出错类型和出错索引的建模方案也在数字化变电站其它的控制命令中得到了应用，为数字化变电站所有命令异常和出错情况的处理提供了有效的手段。

参考文献

[1] 王永明，郭碧媛，张丰.分布式变电站程序化操作系统的实现[J].电力系统保护与控制，2010，38（4）：91-94.

[2] 王淑超.程序化操作在IEC61850变电站自动化系统中的应用[J].电力系统自动化，2010，34（8）：111-114.

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[7] IEC61850-7-3. Communication networks and systems in substations-Part 7-3： Basic communication structure for substation and feeder equipment-Common data classes：2003[S].

[8] 罗四倍，黄润长，崔琪，等.基于IEC61850标准面向对象思想的IEC建模[J].电力系统保护与控制，2009，37（17）：88-92.endprint