基于业务流程管理的智能变电站调试支撑平台研究

徐明宇,王 冰,穆兴华,陈晓光,于海洋,武国良,曲雪莹

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030;2.哈尔滨智能热电设计院,哈尔滨 150090; 3.杭州国电机械设计研究院有限公 司,杭州 310000)



基于业务流程管理的智能变电站调试支撑平台研究

徐明宇1,王 冰2,穆兴华1,陈晓光1,于海洋1,武国良1,曲雪莹3

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030;2.哈尔滨智能热电设计院,哈尔滨 150090; 3.杭州国电机械设计研究院有限公 司,杭州 310000)

针对智能变电站调试出现的问题,提出建设调试支撑平台的观点,阐述了平台建设原理和平台建设思路。同时结合以往调试经验,预估了该平台在实际工作中的使用效果,简化了测试流程,提高了工作效率,确保了测试规范化和自动化。

智能变电站;业务流程管理;调试;平台

当前,智能变电站已进入大规模建设、运行阶段。在建设阶段,项目管理部门缺失对智能变电站二次系统调试过程的有效管控技术手段(例如:任务流程管控;资料统一存储、版本记录;修改变动追踪等),缺乏各参与方业务活动开展、变化过程的量化指标及考核,缺少业务数据、业务活动的质量、时间等维度的约束及分析,对智能变电站整个调试周期和工程质量造成了严重影响。针对这些问题,实现智能变电站二次系统调试过程的有序管理,变动过程的可控、受控,变动数据的搜集、量化,进而保证工程质量，提高建设效率,提升信息化管理能力,以适应大规模建设和安全运行需求就有着极其重要的意义[1]。因此本文提出基于BPM业务流程管理的智能变电站调试支撑平台概念,该平台能够有效解决目前智能变电站调试中暴露出来的过程不受控、管理考核不充分、质量无法保证、难以适应大规模建设和安全运行需求等一系列问题。

1 智能变电站调试要求

基于IEC61850通信协议的智能变电站引起了一、二次设备的变革。尤其是二次设备较之常规变电站二次设备发生了很大变化,造成传统的二次系统调试方案及手段已不能适应智能变电站的具体需求,给变电站建设、运行、检修和维护提出更高的要求,并带来全新的挑战[2]。

IEC61850标准使用的是分层分布结构,将智能变电站自动化系统分为过程层、间隔层和站控层,过程层与间隔层之间建立过程网络通信层,间隔层与站控层之间建立间隔网络通信层,两个网络层级之间及层级内部均采用光纤数字化传输[3]。通信规约按照不同功能的网络块区分为MMS、GOOSE、SV网络。其中间隔层与站控层只是网络接口和通信模型有细微不同,而过程层却变化很大,常规变电站的信号二次回路及控制回路被GOOSE网络传递替代,交流回路也被SV网替代。所以智能变电站测试环境和测试内容与常规变电站比较,则发生了较大的变化,具体的调试内容如表1所示。

与常规变电站相比,从管理角度来看,智能变电站在二次系统调试过程的管理原则依旧适用,即理清调试过程包括哪些阶段,每个阶段包含哪些环节,每个环节的输入和输出,每个环节的工作内容和深度要求。

参考常规变电站的调试经验,智能变电站二次系统的调试可大致分为单体设计、分系统调试、系统联调、全站验收等环节。由于智能变电站新技术的应用,其内在业务活动、业务数据发生了很大变化[4],即二次系统的信息交换载体由过去单纯的设计图纸变成了符合IEC61850标准的SCL语法的ICD、SCD、CID配置文件,每个环节中的工作内容、输入输出及深度要求发生了很大的变化,因此对每个阶段管理的方式方法及手段则提出了新的要求。

1) 调试工作需要依赖于符合标准的ICD文件和SCD文件,上述文件版本应统一管理、版本有序。

2) 调试工作除常规保护逻辑功能验证外,应紧密围绕SCD文件进行SV采样信息试验、GOOSE事件信息试验、信息互通互联试验和设备互操作试验。由于配置文件不具备人工直观的可读性,因此应探索研究利用技术辅助手段自动完成涵盖上述内容的调试全套方案的自动生成。

3) 现场调试阶段二次系统存在多次修改、变动的情形,所以必须有手段实现改动从提出、审核、整改及复核的闭环管理,并可追溯统计。

4)调试完毕后移交的资料中SCD配置文件成为重点,且要保证移交的SCD文件与现场运行的装置配置一致。

智能变电站二次系统调试过程以SCD文件为核心,它基于ICD文件和回路设计生成SCD文件,再到系统联调、现场调试、系统验收等环节对SCD文件进行验证和完善。在此过程中存在多个阶段和不同参与单位,每个阶段需要二次设备制造商、设计院、调试单位、系统集成商等多个角色参与,参与者之间需要进行信息和数据交互,业务活动与业务数据是否按时、准确、标准,和上下游环节均会紧密相连,进而对整个集成过程产生影响,体现出二次系统的调试过程是一个经过多个阶段、由多方参与、共同协作的复杂的制造过程[5]。具有如下特征:

1) 过程涉及多个阶段,每个阶段多个环节,且多方参与。

2) 环节之间的工作开展需要统筹编排,需要支持工作的并行和串行开展。

3) 各环节需要紧密协作,需要进行数据交换与共享。

4) 各业务活动需要相应的技术手段进行支持。

2 调试支撑平台原理

当前智能变电站二次系统调试过程经历多个环节,每个环节由不同的企业承接。从全局角度看,整个调试过程需要有效衔接各环节,保证SCD文件集成高效正确、二次设备逻辑无误,可靠动作,最终保障智能变电站正常投入运行。从某个环节看,承接该环节的企业需要协调内部资源,从而促进该环节业务目标的达成。从工程管理角度看,管理单位需要全面、详细、及时地了解各参与单位在不同环节的执行情况,并能够采取有效措施来约束、影响参与单位的业务活动。可见,智能变电站二次系统调试过程是一个目标鲜明、阶段清晰、企业职责明确且涉及企业之间、企业内部资源协调与调度的业务流程。针对这样一个目标明确、经过多个阶段、由多方参与、共同协作的复杂的制造过程,调试支撑平台将BPM业务流程管理的思想作为解决方案的理论基础[6]。

调试支撑平台利用SSI基础架构为核心的企业应用系统建设平台技术、先进的BPM流程引擎定制化技术构建IEC61850标准的SCL语法的各种配置文件数据库。该平台是一个把站控层和过程层紧紧结合的综合性系统,平台依照读取智能变电站现在的SCD文件内容,自动解析每台被测装置IED站控层对应的系统参数、保护定值、保护压板、保护控制字等的引用变量位置,生成XML全站系统库,供用户在配置IED模板时调用。完成模板配置之后,就可以正确读取被测装置的参数和压板状态,把系统CT、PT自动映射到过程层SV中,过程层的SV、GOOSE配置根据用户模板配置自动完成参数映射,自动检查虚端子连接情况和通道映射。

该平台工作主要依托于ICD和SCD检测工具。ICD检测工具的主要功能是验证各个厂家提交的ICD文件的正确性,包括XML语义合法性校验,根据IEC61850标准及Q/GDW 396《IEC61850工程继电保护应用模型》标准等扩展标准判定ICD文件是否符合。校验过程包括提交ICD文件时自动语义校验和手动进行IEC61850标准的合法性校验,校验发现ICD文件不符合标准则给出相应提示。SCD检测工具的主要功能是对二次系统设计工具生成或其他集成商给出的SCD文件的合法性和有效性进行校验,可以快速检测出SCD文件是否可用,检测内容主要包括通信、IED、模板三部分。

BPM强调以业务流程为中心,关注端到端的业务流转,最大限度地实现技术上的功能集成和管理上的职能集成。其构建过程可总结为:以整合业务能力为基础,以持续监控与改进为原则,以价值增值为目的的循环过程,如图1所示。

图1 BPM建设三要素

鉴于当前智能变电站二次系统集成过程业务及职责界定不清晰、业务考核维度不明确、业务的技术支持手段缺失等一系列问题,提出了全面业务能力整合,即通过业务整合,规定业务能力,并通过三个要素进行衡量、评估,如图2所示。

图2 业务能力

通过对业务能力三要素的引申,参与智能变电站二次系统调试过程的业务单位,其业务活动和业务数据可从三个维度进行考核和约束:按时性、准确性、标准性。

例如,智能变电站单体设备调试活动,该业务处于整个调试过程的前端,它能否按时保质交付设计结果对整个工程周期有着关键的影响。为了达到这个目标,调试单位必须对单体调试阶段下包含的各项子业务的时限、质量提出要求和约束。通过责任的逐层分解,促使相关参与方采取合适手段来完成目标。当然,项目管理单位无需关注单体调试阶段具体子业务的执行情况,只需掌握该阶段的前后端、任务执行的时效性、任务结果的标准性和准确性,从而判断参与单位的工作态度、工作水平,进而采取相应的管理手段进行干预。

围绕业务能力整合展开工作,智能变电站二次系统调试管理工作的解决思路分为四大块内容:

1) 业务分析。分析达成目标所需的业务能力以及提供这些业务能力的组织和机构,同时,针对业务能力确定考核维度,明确考核信息搜集汇总方式。

2) 业务建模。建立跨组织的业务流程模型,建立业务输入输出的业务数据单元模型，将业务能力分配到具体的组织和机构。

3) 平台搭建。构建一套支撑业务流、工作流、数据流运转,并集成专业技术支撑工具的软件系统。它包含作业管理、数据信息管理、工程管理功能、指标统计功能等模块。

4) 工具支撑。紧密结合现场调试作业实际,利用可视化工具、差异化比对工具和一致性检测工具协助调试人员直观、高效地完成调试工作。

3 平台建设思路

3.1 业务分析

业务分析包括业务分解、业务接口定义、数据标准定义。

业务分解:目标导向,基于结果进行自顶向下的分析,基于现有的业务进行自底向上的分析。智能变电站SCD配置文件集成活动,以二次系统正常运转为目标,为智能变电站运行维护可监测、可检测、可维护提供条件为最终目的;针对此目标进行分解,并结合常规变电站的集成方法,提出智能站的业务活动及业务流程。

业务接口定义:基于生产者/消费者模式进行业务接口定义。任何一个业务既是生产者,又是消费者,且业务生产与消费的对象是业务数据单元。

数据标准定义:

1) 关联到业务。任何业务数据单元都由业务产生,并供业务消费,包含到业务数据对象。业务数据单元由业务产生而业务执行时依赖于具体的业务数据对象。

2) 可识别。业务数据单元能够被识别,业务流程运转时,平台需要认识到某个业务产生了什么业务数据单元和哪些业务使用什么业务数据单元。

3) 完整性。业务之间交互的过程中,要保证该业务数据单元是完整的,要么整个业务数据单元被传递给消费者(业务),要么完全没有传递给消费者。

4) 独立性。各业务数据单元之间没有互相依赖,某个业务数据单元传递失败不应该影响已经完成传递的业务数据单元,也不应该影响尚未传输的业务数据单元。

3.2 业务建模

业务建模包含业务流程建模、业务数据单元建模、组织机构建模。

业务流程建模:

1) 区分业务流与工作流。业务的参与者是组织,而具体工作的参与者是人或自动化工具。

2) 关联业务流与工作流。业务流程体现组织之间的业务交互,工作流程是组织内部人员的协同工作过程。一个业务包含一个或多个工作流程,所有的工作流程结束后,该业务也自动完成。

3) 关联业务与业务数据单元。每个业务拥有一个或多个业务数据单元的输入,而输出且仅输出一个业务数据单元。

4) 业务流程模型中的业务与具体的组织无关,业务的参与组织在运行时动态绑定。

5) 依据组织结构,业务流程应该层次化建模,第一层业务流程与组织对应,第二层业务流程与部门对应,以此类推。

业务数据单元建模:调试支撑平台应具备对过程数据进行统一管理的能力,业务数据从类型、空间、时间三个维度进行版本化管理,业务数据版本按类型、空间和时间三个维度标识确定。

1) 按业务节点类型确定类型维度。

2) 按业务数据产生地点确定空间维度,同一类型的数据保证在空间维度标识的唯一性。

3) 按业务过程实例生成时间确定时间维度的标识。

组织机构建模:

1) 支持管理多企业。

2) 区分管理类企业与参与类企业,管理类企业主要从事过程监视、技术决策等管理活动;参与类企业是具体业务的负责方。

3) 区分企业内部角色与工程项目角色,企业内部角色属于企业,由各企业维护,而工程项目角色不属于任何企业。

4) 区分管理类角色与参与类角色,管理类角色主要拥有管理类权限,参与类角色拥有作业类权限。

5) 动态绑定企业与业务、人员与任务,工程项目负责方直接对业务进行管理,间接对企业与人员进行管理与绩效评估。

3.3 平台搭建

通过搭建平台支撑业务流、工作流以及数据流的运转。

3.3.1 调试流程管理

依托流程分工,对智能变电站二次系统调试过程进行合理分工,将各环节工作分配至相关单位,有效理清各环节中不同单位的职责,为整个调试过程的流畅运转创造前提。

以单体调试为例,主要流程简述如下:

1) 根据调试规范,编写现场调试方案和调试报告;

2) 调试人员按照调试方案开展现场调试工作,并记录调试结果;

3) 调试人员负责汇总整理现场调试报告;

4) 调试人员向下一环节移交完整、准确的资料。

分系统调试、系统联调与上述流程类似。通过任务跟踪,可实时追踪进展情况,便于管理单位及时了解工程动态,开展工作。通过作业管理,实现了调试过程中各参与单位作业的规范化、流程化、标准化。上游作业完毕后,自动生成下游作业任务,并辅之以短信、邮件提醒,第一时间将任务信息传递到责任人,大大提高多方协作时管理工作的便利性。同时,数据跟随业务进行自动流转,保证了不同业务活动中数据的准确性、完整性。

依托统计分析,将调试活动各参与单位任务的执行情况,即执行时间、执行质量,按照其准确性、标准性进行考核。平台可按照指定的要求,定期自动或手动形成信息汇总,涵盖调试报告总结、任务执行情况、缺陷汇总等方面,为管理单位提供数据支撑。

依托缺陷追踪,实现智能变电站二次系统验收环节中缺陷的及时发现,被指定的问题责任方可迅速收到问题反馈并解决问题。一方面缩减问题发现到问题处理这个过程的沟通成本;另一方面也有助于积累智能变电站调试过程中遇到的问题,为后续优化业务流程、改进业务规范提供素材。

3.3.2 资料管理

提供智能变电站调试过程中常用资料的统一管理入口。针对确定的变电站工程,提供ICD、SCD配置文件、图纸资料等调试文档的集中管理功能,实现了资料的可控在控,为相关人员的检索、运用提供了便利。

3.4 工具支撑

技术支持工具是智能变电站二次系统调试过程中不可或缺的另一大要素,应遵循如下原则:符合智能变电站调试过程实际某类业务的作业需求,例如智能变电站SCD文件在调试现场存在修改的需求,同时调试人员对于IEC61850标准理解掌握的通常不够深入,不具备直接进行修改的能力,就需要SCD可视化编辑软件能够支持调试环节对于二次系统的修改。对此,平台提供各种高效易用的在线支持工具,除去SCD可视化编辑软件外,还包括配置文件一致性检测工具,通过在线支持工具实现变电站智能设备配置文件在不同应用场景下的检测,调试迭代过程中配置文件差异的快速展示,以有效保证调试效率和调试质量。

4 结 语

在“十二五”阶段,智能变电站已大规模建设、投运。如果按照当前智能变电站的建设实际,二次系统调试过程中各参与单位主体责任不明晰,相互之间推诿扯皮,各环节任务执行情况记录不全面、不及时,造成无法追踪回溯,进一步导致工程管理单位面对问题时缺乏考核数据而不能开展考核,无法要求参与单位切实落实其工作职责,这势必造成智能变电站调试周期增长,调试质量无法保障,且给将来的运行维护留下隐患,以致很难实现智能化建设目标。因此本文提出了智能变电站二次系统调试过程的管理措施及其支持平台建设思路,以解决智能变电站现场调试过程中遇到的一系列问题。这对于实现国内智能变电站的规范化调试具有现实意义,对保证变电站建设质量、电网安全运行和行业技术进步也具有深远意义[7]。

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(责任编辑 张兴业)

Research on debugging support platform for intelligent substation based on BPM

XU Mingyu1, WANG Bing2, MU Xinghua1, CHEN Xiaoguang1, YU Haiyang1, WU Guoliang1,QU Xueying3

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China;2.Harbin Intelligence Thermo-electricity Designing Institute, Harbin 150090, China;3.Hangzhou State Electric Machinery Design and Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)

Aiming at the problems in debugging of intelligent substation, this paper proposed to construct the debugging support platform, expounded its construction principle and thinking, and estimated, on the basis of the debugging experience, the working effects in practice, including the simplification of testing process, the improvement of work efficiency, and the insurance of testing standardization and automation.

intelligent substation;BPM;debugging;platform

2015-11-25。

徐明宇(1983—),男,高级工程师,从事继电保护相关研究。

TM63

A

2095-6843(2016)05-0380-05