基于Qt的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遙控問題自動分析工具設(shè)計與實現(xiàn)

梁苑

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海，519000）

0 引言

目前大部分配電網(wǎng)終端已滿足“三遙”功能，終端遙控對于配電網(wǎng)運行方式改變、故障隔離和轉(zhuǎn)電等發(fā)揮著巨大作用，增強了調(diào)度人員對電網(wǎng)的調(diào)度能力，極大減輕了現(xiàn)場運行人員的負(fù)擔(dān)，也提高了故障隔離、恢復(fù)供電的效率［1］。但是，在統(tǒng)計分析以往的遙控情況時，我們發(fā)現(xiàn)遙控成功率并不高，調(diào)度員對運行終端的遙控、以及調(diào)試人員對終端進行遙控調(diào)試時，偶爾會出現(xiàn)遙控預(yù)置超時或失敗、執(zhí)行超時或失敗等情況，這時，調(diào)度員和區(qū)局調(diào)試人員沒有相關(guān)條件和精力對遙控問題進行分析，一般均告知自動化人員處理，或者轉(zhuǎn)為現(xiàn)場人員操作。但是，遙控問題的分析過程非常復(fù)雜，需要對終端狀態(tài)、相關(guān)報文等進行逐步排查，分析效率低，這給自動化或現(xiàn)場人員造成了很大的工作負(fù)擔(dān)。

1 工具設(shè)計

1.1 總體目標(biāo)

為解決目前遙控分析問題，可設(shè)計一套在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)上的遙控問題自動分析工具，基于配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站日常處理遙控問題得到的歷史經(jīng)驗形成的規(guī)則，來開展軟件設(shè)計。在分析遙控問題時，能高效、精準(zhǔn)地輔助自動化運維人員完成遙控失敗問題的判斷和審核工作，同時，分析報告能自動生成及存儲，并提供界面和自動推送實時分析結(jié)果，有效解決自動化運維人員處理遙控問題工作耗時費力的問題，以及使調(diào)度人員和相關(guān)調(diào)試人員，主動及時了解遙控不成功的原因。

1.2 終端狀態(tài)自動檢測

對于遙控的分析，首先從終端狀態(tài)開始判斷，需檢測終端是否在線，把手是否在“遠(yuǎn)方”等。在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的前置內(nèi)存庫中，可以直接讀取到終端狀態(tài)數(shù)據(jù)，對終端的在線、運行態(tài)、檢修態(tài)等做出判斷；而在SCADA內(nèi)存庫中，可以讀取到終端把手的遠(yuǎn)方/就地狀態(tài)點數(shù)據(jù)，從而檢測遙控時是否處于遠(yuǎn)方狀態(tài)。

1.3 實時報文自動抓取

隨著配電網(wǎng)終端數(shù)量的增加以及遙控的次數(shù)的增加，遙控情況的統(tǒng)計分析的需求會越來越多，自動根據(jù)報文分析遙控過程成為迫切需要解決的問題。軟件設(shè)計采用共享內(nèi)存的技術(shù)，實現(xiàn)從配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的安全接入?yún)^(qū)或者一區(qū)前置采集設(shè)備上實時抓取報文，為遙控問題分析提供有效實時報文數(shù)據(jù)。

1.4 遙控自動分析和統(tǒng)計

自動分析要求對遙控時間段內(nèi)的實時報文進行分析，自動判斷主站是否正確發(fā)送預(yù)置令、發(fā)送預(yù)置后終端是否回復(fù)、以及終端回復(fù)是否正確等。第一，通過工具設(shè)置的各類時間限值，判斷是否超時；第二是在前置成功下發(fā)預(yù)置、執(zhí)行命令后，增加“成功狀態(tài)返回”作為判斷終端是否正確回復(fù)的判據(jù)；第三，工具會在遙控報文收發(fā)期間，檢測是否有其他突發(fā)報文，例如總召、突變量等打斷遙控過程。自動統(tǒng)計要求工具根據(jù)分析結(jié)果，自動形成遙控問題分析統(tǒng)計報告，并提供界面快速統(tǒng)計一定時段的遙控情況分析，將各種原因自動進行分類、匯總。

2 工具實現(xiàn)

2.1 軟件架構(gòu)

工具基于C++/Qt軟件架構(gòu)，Qt是面向?qū)ο蟮目蚣埽褂锰厥獾拇a生成擴展以及一些宏，具有易擴展性、跨平臺等優(yōu)點，既可以開發(fā)GUI程序，也可開發(fā)非GUI程序、服務(wù)器［2］。本工具使用Qt4架構(gòu)中的Qwidget、QtGui等組件實現(xiàn)遙控分析所需的各個應(yīng)用功能，軟件架構(gòu)圖1所示。

圖1 工具軟件構(gòu)架圖

工具的軟件總體架構(gòu)由四個模塊組成，主要是數(shù)據(jù)獲取模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)結(jié)果存儲模塊，數(shù)據(jù)結(jié)果展示模塊。數(shù)據(jù)獲取模塊是依賴于運行系統(tǒng)提供的接口去實時獲取報文源碼信息以及內(nèi)存庫實時信息，為后續(xù)的分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)處理模塊是根據(jù)一定的規(guī)則和對應(yīng)的算法自動分析；數(shù)據(jù)結(jié)果存儲模塊是把數(shù)據(jù)處理模塊生成的報告寫進數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)結(jié)果展示模塊是基于Qt基本庫來實現(xiàn)實時分析結(jié)果展示。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

為了實時分析遙控問題，工具通過接口從運行系統(tǒng)獲取到實時的報文源碼和內(nèi)存庫的信息，這樣也有效避免了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遙控問題自動分析工具對在運系統(tǒng)的影響。每一幀報文源碼都有對應(yīng)的時標(biāo)，為后續(xù)的遙控問題分析提供數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)獲取流程圖2所示。

圖2 報文源碼數(shù)據(jù)獲取模塊流程圖

2.3 自動分析

以獲取到的報文源碼和內(nèi)存庫信息為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，工具依據(jù)一定的規(guī)則來進行遙控問題分析，并且，針對不同的規(guī)約，構(gòu)造不同的規(guī)約解析對象，解耦了各個規(guī)約報文數(shù)據(jù)的解析，方便后期新的規(guī)約的拓展。分析的規(guī)則應(yīng)該包括以下內(nèi)容：

(1)終端狀態(tài)（是否在線，狀態(tài)是運行態(tài)、檢修態(tài)或調(diào)試態(tài)等）；(2)上送信號檢測（遙控把手是否處于遠(yuǎn)方狀態(tài)）；(3)報文收發(fā)情況分析：主站是否正確發(fā)送預(yù)置令、發(fā)送預(yù)置后終端是否回復(fù)且回復(fù)正確、主站是否正確發(fā)送執(zhí)行令、發(fā)送執(zhí)行令后終端是否回復(fù)且回復(fù)正確、遙控結(jié)束幀終端是否上送等；(4)在遙控報文收發(fā)期間，是否有其他突發(fā)報文打斷遙控命令（總召打斷、突變狀態(tài)量打斷等）；(5)規(guī)約應(yīng)用層等待上一輪問答結(jié)束，而終端一直不回復(fù)，導(dǎo)致預(yù)置令或者執(zhí)行在這期間一直不下發(fā)，從而超時；(6)遙控的點號超出規(guī)約的范圍，導(dǎo)致預(yù)置和執(zhí)行令一直不下發(fā)。

按照以上分析規(guī)則，工具的自動分析流程圖如圖3所示。

圖3 遙控問題自動分析規(guī)則流程圖

2.4 工具部署

本工具應(yīng)直接嵌入部署在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)上，以便實時利用配網(wǎng)自動化系統(tǒng)上的實時數(shù)據(jù)，并在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)上展示，方便調(diào)度員及其他相關(guān)人員使用。工具部署在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的前置服務(wù)器、一區(qū)管理服務(wù)器、以及一區(qū)工作站上，部署架構(gòu)如圖4。

圖4 工具部署架構(gòu)圖

特別注意的是，在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)上，反向隔離裝置用于低安全區(qū)到高安全區(qū)的數(shù)據(jù)傳輸。本工具部署后，反向隔離裝置需傳輸回復(fù)文件，文件回復(fù)內(nèi)容主要包括報文源碼，報文源碼解析，報文遙控分析結(jié)果，報文開始時間以及結(jié)束時間等，因此需要對反向隔離裝置進行配置。

2.5 結(jié)果展示

工具將遙控問題分析的結(jié)果自動存儲到數(shù)據(jù)庫中，存庫的內(nèi)容有終端標(biāo)識，終端標(biāo)識，終端狀態(tài)，遙控開始時間，遙控結(jié)束時間，遙控報告結(jié)果，報文源碼等，如表1所示。

表1 存庫數(shù)據(jù)模板

Qt4在繪圖性能方面的有卓越表現(xiàn)，使圖形化界面展示高效率且各種交互流暢，因此工具采用過Qt基本庫實現(xiàn)遙控自動分析結(jié)果的界面展示。工具可視化界面可以實時查詢或根據(jù)時間段歷史檢索對應(yīng)的終端的遙控結(jié)果和遙控分析結(jié)果，也可通過供電所、輸入首字母、終端的IP地址等關(guān)鍵信息進行快速定位，調(diào)度員及相關(guān)調(diào)試人員在完成遙控操作后，可立即獲取到本次遙控的分析結(jié)果，也可查詢時間段內(nèi)的遙控情況分析。工具界面實時展示如圖5所示。

圖5 工具實時展示畫面

3 結(jié)語

由于配電網(wǎng)遙控分析涉及數(shù)據(jù)跨安全區(qū)、規(guī)約種類繁多的情況，人工分析耗時長，且對人員技能要求高，排查過程易出現(xiàn)失誤。本文按照配電網(wǎng)遙控問題自動分析的需求，提出基于Qt的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)遙控問題自動分析工具。工具采用接口技術(shù)，對硬件沒有特殊要求，也不會影響在運系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有極大的可移植性、復(fù)制性。工具能自動實時抓取報文，利用算法對實時報文和目前內(nèi)存庫狀態(tài)來自動分析遙控問題，具備結(jié)果歸檔的功能，并支持可視化界面查看展示，分析結(jié)果直觀、可信性高。

該工具能及時分析并反饋在遙控過程中出現(xiàn)的問題，使調(diào)度人員、區(qū)局人員及時了解現(xiàn)場終端實際情況，節(jié)省了自動化人員及現(xiàn)場工作人員對終端遙控問題處理的人工成本，減輕勞動強度和提高工作效率，同時提高了配網(wǎng)終端遙控效率和正確性，促進配網(wǎng)遙控應(yīng)用水平，提升配電設(shè)備健康程度，提高了供電可靠性，在一定程度上降低電網(wǎng)風(fēng)險。