基于智能变电站远动通信的自动对点调试系统

王添乐 李永光 南东亮 刘 冉 韩 伟

基于智能变电站远动通信的自动对点调试系统

王添乐1李永光2南东亮1刘 冉2韩 伟3

（1. 国网新疆电力有限公司电力科学研究院，乌鲁木齐 830011； 2. 国网新疆电力有限公司电力调度控制中心，乌鲁木齐 830011； 3. 国网河南省电力公司电力科学研究院，郑州 450052）

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，本文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，本文采用循环冗余算法，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。

智能变电站；自动对点；仿真；校验算法

0 引言

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[1]，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。文献[2]构建了一个自动对点系统，它包含模拟智能变电站运行的仿真系统，从数据的接收、处理和转发三个方面检验变电站与调度之间数据传输的正确性，但未对系统的工程实践加以描述。文献[3-4]侧重对点采样值的传输协议及采样延迟研究，提议用IEC—61850—9—2替代FT3。文献[5]设计了一套完整的远动自动对点系统，包含四遥、告警信号和图形信息，但仍要人工参与图形信息的比对。文献[6]利用事件顺序记录（sequence of event, SOE）的部分时间数据作为上送信息所对应主站调控信息点的地址，由远动装置自动匹配信息和地址，再上送至主站观察时间数据和信息地址是否一致，完成信息校核，更偏重于理论研究。

本文基于模块化设计，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[7]。

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[9]。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[10]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

本文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，故本文采用将HugeGraph和图形处理器GPU相结合的新图数据管理和计算系统RockGraph[11]。

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[12]。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[13]。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位信息码及位校验码构成，数据总长度为。因此，这种编码也叫(，)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()表示；原始数据多项式()与对应；()多项式代表校验码，与对应。开始校验码还未计算出来时，校验码补0，进行模2除法，其中是()位数减1。位数据作为被除数，()编码作为除数，首位为1，则商为1；余数首位为1，则除数为()，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()个数时，则为CRC校验码，不足位补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。本文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。

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Automatic point to point debugging system based on telecontrol communication of smart substation

WANG Tianle1LI Yongguang2NAN Dongliang1LIU Ran2HAN Wei3

(1. State Grid Xinjiang Electric Power Research Institute, Urumqi 830011; 2. Xinjiang Electric Power Dispatching and Communication Center, Urumqi 830011; 3. State Grid He’nan Electric Power Research Institute, Zhengzhou 450052)

Based on the framework of telecontrol communication, this paper adopts the idea of modularization, taking four remotes, graphic and alarm information as objects, and divides the functions of the substation simulation experiment platform and dispatching master station platform into different modules, which can intuitively reflect the logic of automatic point to point behavior. Each module is developed independently and does not interfere with each other. It can be used for reference between each other, which can greatly reduce the difficulty of development. For the check algorithm, this paper adopts the cyclic redundancy check (CRC), which is slightly more complicated than the checksum method, but with higher accuracy. As a result, a set of smart substation telecontrol and fast automatic point to point system is constructed to ensure the reliable operation of smart substations.

smart substation; automatic point to point; simulation; check algorithm

2021-02-01

2021-02-24

王添乐（1998—），男，新疆精河县人，本科，工程师，主要从事电网调度自动化工作。