摘 要： 事故追憶是配電自動化系統(tǒng)中一項非常重要的功能。通過此功能，可以將保存的事故數(shù)據(jù)進(jìn)行重演，反映出事故前后一段時間電網(wǎng)的實際運(yùn)行狀態(tài)，方便調(diào)度人員分析事故原因，調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行方式。隨著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，對配電自動化主站系統(tǒng)的要求越來越高，需求越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的事故追憶功能已經(jīng)滿足不了客戶的實際需求。本文基于多態(tài)的思想，提出了軟件的架構(gòu)設(shè)計，并介紹了主要模塊的功能。本成果已在多個工程現(xiàn)場得到實際應(yīng)用，將傳統(tǒng)的事故追憶功能提升到一個新的高度。
關(guān)鍵詞： 配電自動化系統(tǒng)；多態(tài)；事故追憶
0 引言
事故追憶是配電自動化系統(tǒng)中一項非常重要的功能。系統(tǒng)檢測到預(yù)定義的事故時，會自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置、保護(hù)動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 這些預(yù)定義的觸發(fā)事件包括設(shè)備狀態(tài)變化、測量值越限、計算值越限、測量值突變、邏輯計算值為真、操作命令等。
通過事故追憶的反演功能，可以將保存的事故數(shù)據(jù)進(jìn)行重演，反映出事故前后一段時間電網(wǎng)的實際運(yùn)行狀態(tài)。調(diào)度人員和運(yùn)維人員可以方便有效地分析事故的原因，調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行方式，避免誤操作引發(fā)大事故，保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。
隨著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，配電自動化主站系統(tǒng)的功能也發(fā)展得越來越強(qiáng)大，新形勢下對其提出的要求也越來越高。在很多項目的應(yīng)用過程中，傳統(tǒng)的事故追憶功能已經(jīng)很難滿足客戶的實際需求。主要存在如下問題：
(1) 電網(wǎng)在進(jìn)行改造升級和二次建設(shè)時，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通常是會發(fā)生改變的，這導(dǎo)致主站系統(tǒng)中對應(yīng)的設(shè)備模型、線路圖也會相應(yīng)發(fā)生變化，比如某條線路上增加了一個開關(guān)。而對以前發(fā)生的某個事故進(jìn)行事故反演時，使用的是當(dāng)前最新的電網(wǎng)模型及圖形，實際上已經(jīng)無法與事故發(fā)生時刻的斷面數(shù)據(jù)相匹配。
(2) 調(diào)度人員在最初始使用主站系統(tǒng)的過程中，對常用和重要的事故追憶功能，肯定希望能進(jìn)行多次練習(xí)，從而熟悉系統(tǒng)操作。這種情況下，如果想通過一個開關(guān)變位事件來觸發(fā)事故追憶，肯定不能真正對現(xiàn)場開關(guān)進(jìn)行遙控操作，因為這種做法會導(dǎo)致停電事故的發(fā)生，并影響到電網(wǎng)的正常運(yùn)行。因此，系統(tǒng)需要提供一個模擬仿真的場景來達(dá)到培訓(xùn)、學(xué)習(xí)的目的。
基于以上需求，本文結(jié)合多態(tài)的思想，開發(fā)出基于多態(tài)的事故追憶模塊，并應(yīng)用于實際工程現(xiàn)場，將傳統(tǒng)的事故追憶功能提升到一個新的高度。
1 架構(gòu)設(shè)計
1.1 基于多態(tài)的設(shè)計思想
多態(tài)也稱為多場景，是針對配電網(wǎng)在不同應(yīng)用階段和應(yīng)用狀態(tài)下的操作控制需要建立的多場景配電網(wǎng)模型，一般可以分為實時態(tài)、歷史態(tài)、研究態(tài)等[2]。
(1) 實時態(tài)：當(dāng)前系統(tǒng)實際運(yùn)行的場景。系統(tǒng)中只能有一個這樣的態(tài)。
(2) 歷史態(tài)：系統(tǒng)在某個歷史時刻創(chuàng)建的場景。根據(jù)實際情況，系統(tǒng)中可以有多個這樣的態(tài)，每個態(tài)都有不同的開始時間和結(jié)束時間。
(3) 研究態(tài)：根據(jù)研究需要，系統(tǒng)隨時創(chuàng)建的場景。系統(tǒng)中可以有多個這樣的態(tài)。
系統(tǒng)中需要創(chuàng)建其他場景時，會以當(dāng)前的實時態(tài)為基礎(chǔ)母版，類似于對它做一個鏡像，主要數(shù)據(jù)包括模型和圖形，以及系統(tǒng)參數(shù)等，如圖1所示。
場景創(chuàng)建好后，各場景的數(shù)據(jù)是私有的，以后相互不干擾。應(yīng)用程序也可以在各個態(tài)下運(yùn)行，相互不干擾。
1.2 軟件架構(gòu)
基于多態(tài)的事故追憶功能建立在配電自動化系統(tǒng)的支撐平臺上，支撐平臺為應(yīng)用的設(shè)計開發(fā)和運(yùn)行提供一整套強(qiáng)大、通用的支持和服務(wù)，系統(tǒng)事故追憶的框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.3 業(yè)務(wù)邏輯
事故追憶包含兩大功能：事故數(shù)據(jù)記錄和事故反演。當(dāng)事故發(fā)生時，SCADA服務(wù)器上的事故數(shù)據(jù)采樣服務(wù)收到消息，開始存儲事故前后一段時間的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。存儲以數(shù)據(jù)庫的方式實現(xiàn)。
當(dāng)調(diào)度員在某個場景下，選擇某個特定事故進(jìn)行反演時，系統(tǒng)可以自動判斷出此事故是否屬于該場景。如果不屬于，則進(jìn)行提示；如果屬于，調(diào)度員可以通過觸發(fā)數(shù)據(jù)查詢模塊、畫面顯示和操作工具、實時計算模塊和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠K協(xié)同工作，重現(xiàn)事故發(fā)生前后的真實狀態(tài)。
圖3描述了事故追憶功能中各模塊之間的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系。
2 主要功能模塊介紹
2.1 多態(tài)管理工具
此工具程序運(yùn)行在工作站上，屬于用戶界面程序。為用戶提供以下功能項：
(1) 場景的創(chuàng)建。如前面所述，當(dāng)系統(tǒng)中的電網(wǎng)模型或圖形馬上要發(fā)生改變時，用戶必須創(chuàng)建出一個歷史態(tài)，并設(shè)置其結(jié)束時間為當(dāng)前時間。以后進(jìn)行事故反演時，如果選擇的事故源介于此時間段，則系統(tǒng)會自動提示此事件屬于歷史態(tài)事件，需要在對應(yīng)的歷史場景下進(jìn)行演示，此種機(jī)制充分保證了事故數(shù)據(jù)能與當(dāng)時真實的圖模數(shù)據(jù)相匹配。
(2) 場景的加載。場景創(chuàng)建成功后，需要加載才能開始使用。
(3) 場景的卸載。本次加載的場景使用完畢后，可以進(jìn)行卸載，暫不使用。
(4) 場景的刪除。執(zhí)行刪除操作后，所有屬于此場景的數(shù)據(jù)表、圖形、模型等信息都會被清除，以后也不可以再加載使用。
(5) 查看當(dāng)前已有的場景信息、場景狀態(tài)。
(6) 在多態(tài)下運(yùn)行某個應(yīng)用程序。當(dāng)應(yīng)用程序在實時態(tài)以外的場景下運(yùn)行時，它使用和操作的是本場景私有的數(shù)據(jù)，與實時態(tài)毫無關(guān)系。因此，可通過此機(jī)制實現(xiàn)系統(tǒng)仿真功能。用戶可以在多場景下靈活地試驗遙控、人工置數(shù)、人工封鎖等重要操作，并不會對當(dāng)前的電網(wǎng)有任何影響。同樣道理，用戶可以方便地在多場景下模擬出各類事故，并進(jìn)行事故追憶。
2.2 多態(tài)服務(wù)
此程序運(yùn)行在SCADA服務(wù)器上，為后臺服務(wù)程序。多態(tài)管理工具會將用戶的操作請求以消息的形式發(fā)送給本服務(wù)，由本服務(wù)再去做實際的執(zhí)行，并返回結(jié)果。支持以下功能：(1) 場景的創(chuàng)建；(2) 場景的加載；⑶ 場景的卸載；(4)場景的刪除。
2.3 事故觸發(fā)
事故反演可由預(yù)定義的觸發(fā)事件自動啟動，觸發(fā)事件包括設(shè)備狀態(tài)變化、測量值越限、計算值越限、測量值突變、邏輯計算值為真、操作命令等[1]。事故反演也應(yīng)支持指定時間范圍內(nèi)的人工啟動[1]。各應(yīng)用程序在探測到事故源時，都可以發(fā)布事故追憶事件以觸發(fā)事故追憶功能。
2.4 事故數(shù)據(jù)采樣服務(wù)
本服務(wù)運(yùn)行在SCADA服務(wù)器上，為后臺服務(wù)程序。服務(wù)收到應(yīng)用程序發(fā)送的事件消息或人工啟動消息時，立即開始保存事故前后一段時間（事故前M min，事故后N min）的數(shù)據(jù)，如遙測數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)信息等，并將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。主要功能包括：
(1) 應(yīng)具備多重事故記錄的功能，記錄多重事故時，事故追憶的記錄存儲時間相應(yīng)順延。
(2) 應(yīng)能指定事故前和事故后追憶的時間段。
(3) 支持多態(tài)，事故數(shù)據(jù)最終會保存到對應(yīng)場景的歷史數(shù)據(jù)表里。
2.5 事故追憶演示
此工具程序運(yùn)行在工作站上，屬于用戶界面程序。調(diào)度員通過此工具實現(xiàn)豐富的事故反演功能[3]。主要功能如下：
(1) 提供檢索事故的界面，可查詢某段時間內(nèi)的事故變位、遙信變位、遙測越限、人工啟動等事件。
(2) 播放控制：用戶可以手動通過上一幀/下一幀按鈕單步播放，也可以選擇自動播放。自動播放模式下，能設(shè)定反演的速度（快放或慢放），并能暫停正在進(jìn)行的事故反演。還可以按時間刻度直接定位演示點(diǎn)。
(3) 支持多態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)用戶選擇的事故不屬于當(dāng)前場景時，會給出提示。保證用戶在合適的場景下反演其涵蓋的事故，使事故數(shù)據(jù)與當(dāng)時的電網(wǎng)模型和圖形一致，真實地再現(xiàn)事故前后一段時間的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。
(4) 提供人工啟動采樣的功能。用戶在經(jīng)過必要的權(quán)限校驗后，可以發(fā)布人工啟動采樣事件，作為以后反演的事故源。
3 關(guān)鍵技術(shù)
一個城市的配電自動化系統(tǒng)建設(shè)，逐步會涵蓋很多座變電站、大量饋線和廠站，相應(yīng)的遙測點(diǎn)/遙信點(diǎn)數(shù)量可能會超過百萬。假定發(fā)生某個事故時，系統(tǒng)總是毫無選擇地將所有數(shù)據(jù)全部保存，可以想見，系統(tǒng)運(yùn)行一段時間以后，這些數(shù)據(jù)將會是一個海量級別，會占用數(shù)據(jù)庫大量的物理空間。同時，過多的數(shù)據(jù)會大大影響到數(shù)據(jù)庫的性能。從另一方面來說，事故發(fā)生時，除了關(guān)聯(lián)廠站，其他大部分廠站的運(yùn)行是與此事故無關(guān)的。因此，保存全網(wǎng)數(shù)據(jù)，實在是一個巨大的浪費(fèi)。為此，在實際應(yīng)用中采用了基于配電網(wǎng)模型的事故數(shù)據(jù)選擇方式。
根據(jù)IEC61968/IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，配電網(wǎng)的設(shè)備模型層次如圖4所示。其中，饋線環(huán)并不是實際的設(shè)備模型。
參考上述模型，配電網(wǎng)發(fā)生事故時（暫不考慮變電站內(nèi)事故），可根據(jù)下列機(jī)制來選擇保存事故數(shù)據(jù)：
(1) 根據(jù)事故設(shè)備找出其所屬廠站。如果事故設(shè)備為柱上設(shè)備，則直接找出其所屬饋線；
(2) 找出事故廠站所屬饋線；
(3) 找出饋線所屬的饋線環(huán)；
(4) 反向查找饋線環(huán)包括哪幾條饋線；
(5) 反向查找每條饋線下包括哪些廠站或柱上設(shè)備；
(6) 反向查找每個廠站下包括哪些設(shè)備。
這樣，最終找出的所有設(shè)備則是需要保存量測數(shù)據(jù)的設(shè)備，其他設(shè)備的事故數(shù)據(jù)則可以忽略。流程如圖5所示。
4 結(jié)論
基于多態(tài)的事故追憶功能充分利用了多態(tài)技術(shù)，依托配電自動化主站系統(tǒng)的支撐平臺，實現(xiàn)了較為強(qiáng)大的功能，圓滿解決了傳統(tǒng)事故追憶功能存在的弊端。目前，此功能已在湖北武漢配電自動化主站系統(tǒng)、吉林省吉林市配電自動化主站系統(tǒng)、新疆沙雅配電自動化主站系統(tǒng)等項目中應(yīng)用。其先進(jìn)的設(shè)計理念、良好的實現(xiàn)效果，得到了專家組的高度認(rèn)可和一致好評。
本功能的實現(xiàn)，滿足了新形勢下配電自動化的建設(shè)要求，一定程度上提升了配電自動化水平和實用化程度。
參考文獻(xiàn)
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