基于IED信息的智能变电站管控可靠性分析

黄庆祥, 王坚, 陈江, 万文承

(武汉供电设计院有限公司, 湖北, 武汉 430000)

0 引言

目前,在许多智能变电站中都需要使用智能电子设备(IED信息),为了确保这些设备能够稳定运行就必须正确搭配这些设备的硬件与软件模块并合理调整各项配置[1-3]。在现场中使用IED信息前应先开展设备入网测试,有效保障设备能够达到实际运行条件,并对整套设备运行状态进行检测分析,从而获得合理的硬件、软件与各项配置参数[4-6]。对IED信息软硬件版本实施管控能够明显提高IED信息系统的稳定性、一致性、安全性并实现可追溯的效果,最终确保整个智能变电站的安全运行[7-9]。当前,对IED信息进行管控的过程包括运行程序的版本编号以及利用校验码(CRC)对数据记录进行校验分析,基本都是通过人工记录的方法来实现。在变电站完全调试后和投运使用前,需要对现场维护人员的IED信息进行记录,同时下载程序的数量和类型,利用设备提供的人机接口记录CRC校验码与系统版本[10-12]。同时要求使用厂商在实际应用过程也选择同样的记录方法,做好现场文件数据的备份并准确记录相关参数[13]。

1 IED信息总体架构

本文构建的IED信息管控系统需同时服务变电站与区域主站的各个应用。其中,IED信息负责站内的运维管理,在主站中,IED信息是对文件备份管理进行统计与分析。从图1可以看到,管控主子站系统的具体架构。其中,SCADA代表数据的采集和监控,EMS属于能量管理系统。主站端系统包括数据库、访问终端、运行管控系统服务器等。将其布置在信息安全Ⅲ区;把变电站管控系统配置在变电站控制平台的应用服务器内(属于信息安全Ⅱ区),利用综合应用服务器与站控层网络来实现对IED信息管控信息与备份文件的访问并完成入库过程。当综合应用服务器接收到整个系统站的IED信息更新之后的版本时,再利用文件传输协议对经过隔离的版本与备份文件由非生产控制区通信网关机传输到主站管控系统,此时进入信息安全Ⅲ区。主站版本系统根据不同的区域、站、电压等级等不同条目构建得到IED信息数据库。

图1 IED信息架构

利用Linux操作系统建立版本控制系统的软件架构,并通过HTML5、Angular2与BootStrap来处理人机接口;选择当前使用最广泛的非关系型MongoDB数据库作为本文的数据库系统;需要使用的应用程序包括C语言、MongoDBDriver与RESTfulAPI。为主站构建了专门的服务器,并配备了独立数据库。在综合应用服务器上布置应用程序和各个子站端数据库。

2 IED信息管控方法

2.1 IED信息管控设计思路

对于文件管控而言,其应用领域主要包括数据备份以及管控各类配置文件。当系统含有众多数量的文件时,需要文件版本对大量内容进行管控,无法准确体现不同文件的相互组合关系。以构件作为依据的管控能够有效克服文件管控方面的缺陷。构件版本属于由构件构成的文件版本集合。当文件版本出现改变、被删除或新增之后都将获得不同的构件版本。构件组成文件需根据目录结构来组织。在构件版本中包含了各项文件内容的编辑、增删等数据。

通过管控系统为变电站各IED信息设计相应的构件,得到的组成文件由图2的版本描述文件和各类软件、硬件与配置备份共同组成。

图2 基于构件的管控方法

版本描述文件记录了与现有设备版本有关的硬件、软件程序与配置信息文件数和文件描述信息。利用版本描述文件来描述备份文件的数据信息,再利用各类智能IED信息根据设备管控备份需求来合理设置管控内容。根据表1可知,智能通信网关机和智能测控设施描述文件给出了具体的管控信息内容。

表1 2种不同类型IED信息版本描述文件比较

通过版本描述文件来确定IED信息管控信息能够有效克服该管控系统对各类厂商IED信息文件不易兼容的难题。利用版本描述文件为各管控系统的IED信息构件建立文件系统和目录。由此得到各个电压等级、设备类型、应用场景和不同厂家IED信息以实际产品特点与应用要求对应的管控备份数据,也可以适当改造变电站现有设备,从而更加灵活地接入管控系统。

在管控系统内,各IED信息都可以被看成是版本库中的一个构件,对IED信息管控范围中的文件进行升级、编辑、新增等操作都可以在版本描述文件内完成,提交管控系统后将生成新的构件版本。由于生成新版本的时候将同时更新备份内容,这使得构件版本号与版本描述文件形成同样的版本号,其余管控备份文件版本需结合实际新增与更改的结果来完成递增。所有IED信息中的构件版本树对应的纵向构件版本树节点按照实际测试得到的成熟运行版本来构建,确保版本编号和描述文件生成相同的版本,具体见图2。其他备份文件应结合工程的新增与更改要求,也可能引起文件数量及其内容的变化,各备份文件版本可以根据自身的更改情况以递增方式得到,对于未更改备份文件,则继续使用之前版本的备份文件,并把现有构件版本的文件删除。

在管控系统中的最核心内容是各IED信息描述文件,该文件主要用于描述厂家的设备特性与各项私有版本,从而为主站管控系统提供更可靠的分析统计功能。

2.2 IED信息管控流程

通过解析SCD文件可以得到管控系统包含的IED信息名称、数量、类型与地址,有效防止因为人为因素使管控系统数据库模型产生错误。但应注意进行实际应用时,对SCD文件进行修改后引起的内容改变将会影响到数据库的模型。这种情况下应利用SCD文件比较方法来实现数据库模型的增量更新目标,确保运行过程中IED信息能够和版本库的IED信息形成相同的信息。

从图3可以看到以版本描述文件为基础的IED信息管控流程。在管控系统中,可以根据变电站SCD文件解析结果得到站内的IED信息类型、数量、名称、地址各项信息,构建不同的IED信息库模型。

图3 管控流程图

完成IED信息的产品阶段性调试验收工作后,应先结合实际调试更新情况对IED信息内的版本描述文件进行修订;之后对管控备份文件进行更新;接着设定IED信息的版本更新状态;管控系统再利用文件服务功能来得到版本。管控系统利用站控层网络得到IED信息的更新数据,从更新后的IED信息中获得实时版本描述和文件备份内容。

对于智能变电站和软件工程使用的管控系统进行比较可以发现这2个系统具有各自不同的侧重点。其中,在软件工程中应用的管控是进行目录的存储与追踪并记录文件编辑历史数据;在智能设备中使用的管控是为了记录处于成熟运行状态下的版本备份数据,因此更加重视版本修改之后形成的备份数据完整性与准确性,但无须注意实际修改期间的具体细节。

3 设备版本描述文件

本文构建的IED信息描述方案把版本描述文件分成了2个不同部分。其中,第一部分是描述管控信息,涉及管控IED信息的各项共性信息,第二部分是对管控信息的描述内容进行扩展,包括IED信息软件、硬件版本与各项内部参数的特征。

3.1 版本

IED信息包含设备信息、模型版本、程序版本、参数版本等。其中,版本号的生成规则是按照实际软件情况来生成,由此获得一个统一的软件版本。校验码的生成规则是使用基础软件来实现综合校验的过程,也可以选择数字签名的方法来完成软件特征信息的校验。

3.2 扩展版本

为了满足IED信息个性化管控的要求,本系统专门设置了IED信息扩展版本的管控信息内容。扩展版本的管控信息以管控信息为基础,加入了多种灵活的管控备份信息,包含了各种配置模型的版本号、软件模块版本、硬件插件版本、参数文件版本等。扩展版本可结合各类设备的特征选择不同的描述方法,从而使各个IED信息管控表现出明显的区别,增加各类不同管控内容的兼容性,增加多种不同的版本为各IED信息提供描述自身的管控备份文件。此类扩展版本包括信息模型、硬件、参数与软件共4种。

3.3 管控系统性能指标

管控系统数据来源武汉供电设计院有限公司各个电力部门的智能电子设备,将管控系统容量设定在5万台IED信息,可以包含50万个文件,各项指标见表2。

表2 管控指标

通过分析表2可以看到在实验室条件下管控系统的IED信息,之后把IED信息软硬件版本和各项配置文件信息在系统库内做好备份。本文管控系统实验数据管控结果达到响应时间在1 s以内,适用于其他的真实场景数据的管控。

4 总结

本文构建的IED信息管控系统需同时服务变电站与区域主站的各个应用。完成IED信息的产品阶段性调试验收工作后,对管控备份文件进行更新,接着设定IED信息的版本更新状态,管控系统再利用文件服务功能来得到版本。本文构建的IED信息描述方案把版本描述文件分成了2个不同部分。其中,第一部分是描述管控信息,涉及管控IED信息的各项共性信息,第二部分是对管控信息的描述内容进行扩展。记录实验室条件下管控系统的IED信息,并对信息版本在系统库中备份。