基于IED信息的智能變電站管控可靠性分析

黃慶祥, 王堅, 陳江, 萬文承

(武漢供電設計院有限公司, 湖北, 武漢 430000)

0 引言

目前,在許多智能變電站中都需要使用智能電子設備(IED信息),為了確保這些設備能夠穩定運行就必須正確搭配這些設備的硬件與軟件模塊并合理調整各項配置[1-3]。在現場中使用IED信息前應先開展設備入網測試,有效保障設備能夠達到實際運行條件,并對整套設備運行狀態進行檢測分析,從而獲得合理的硬件、軟件與各項配置參數[4-6]。對IED信息軟硬件版本實施管控能夠明顯提高IED信息系統的穩定性、一致性、安全性并實現可追溯的效果,最終確保整個智能變電站的安全運行[7-9]。當前,對IED信息進行管控的過程包括運行程序的版本編號以及利用校驗碼(CRC)對數據記錄進行校驗分析,基本都是通過人工記錄的方法來實現。在變電站完全調試后和投運使用前,需要對現場維護人員的IED信息進行記錄,同時下載程序的數量和類型,利用設備提供的人機接口記錄CRC校驗碼與系統版本[10-12]。同時要求使用廠商在實際應用過程也選擇同樣的記錄方法,做好現場文件數據的備份并準確記錄相關參數[13]。

1 IED信息總體架構

本文構建的IED信息管控系統需同時服務變電站與區域主站的各個應用。其中,IED信息負責站內的運維管理,在主站中,IED信息是對文件備份管理進行統計與分析。從圖1可以看到,管控主子站系統的具體架構。其中,SCADA代表數據的采集和監控,EMS屬于能量管理系統。主站端系統包括數據庫、訪問終端、運行管控系統服務器等。將其布置在信息安全Ⅲ區;把變電站管控系統配置在變電站控制平臺的應用服務器內(屬于信息安全Ⅱ區),利用綜合應用服務器與站控層網絡來實現對IED信息管控信息與備份文件的訪問并完成入庫過程。當綜合應用服務器接收到整個系統站的IED信息更新之后的版本時,再利用文件傳輸協議對經過隔離的版本與備份文件由非生產控制區通信網關機傳輸到主站管控系統,此時進入信息安全Ⅲ區。主站版本系統根據不同的區域、站、電壓等級等不同條目構建得到IED信息數據庫。

圖1 IED信息架構

利用Linux操作系統建立版本控制系統的軟件架構,并通過HTML5、Angular2與BootStrap來處理人機接口;選擇當前使用最廣泛的非關系型MongoDB數據庫作為本文的數據庫系統;需要使用的應用程序包括C語言、MongoDBDriver與RESTfulAPI。為主站構建了專門的服務器,并配備了獨立數據庫。在綜合應用服務器上布置應用程序和各個子站端數據庫。

2 IED信息管控方法

2.1 IED信息管控設計思路

對于文件管控而言,其應用領域主要包括數據備份以及管控各類配置文件。當系統含有眾多數量的文件時,需要文件版本對大量內容進行管控,無法準確體現不同文件的相互組合關系。以構件作為依據的管控能夠有效克服文件管控方面的缺陷。構件版本屬于由構件構成的文件版本集合。當文件版本出現改變、被刪除或新增之后都將獲得不同的構件版本。構件組成文件需根據目錄結構來組織。在構件版本中包含了各項文件內容的編輯、增刪等數據。

通過管控系統為變電站各IED信息設計相應的構件,得到的組成文件由圖2的版本描述文件和各類軟件、硬件與配置備份共同組成。

圖2 基于構件的管控方法

版本描述文件記錄了與現有設備版本有關的硬件、軟件程序與配置信息文件數和文件描述信息。利用版本描述文件來描述備份文件的數據信息,再利用各類智能IED信息根據設備管控備份需求來合理設置管控內容。根據表1可知,智能通信網關機和智能測控設施描述文件給出了具體的管控信息內容。

表1 2種不同類型IED信息版本描述文件比較

通過版本描述文件來確定IED信息管控信息能夠有效克服該管控系統對各類廠商IED信息文件不易兼容的難題。利用版本描述文件為各管控系統的IED信息構件建立文件系統和目錄。由此得到各個電壓等級、設備類型、應用場景和不同廠家IED信息以實際產品特點與應用要求對應的管控備份數據,也可以適當改造變電站現有設備,從而更加靈活地接入管控系統。

在管控系統內,各IED信息都可以被看成是版本庫中的一個構件,對IED信息管控范圍中的文件進行升級、編輯、新增等操作都可以在版本描述文件內完成,提交管控系統后將生成新的構件版本。由于生成新版本的時候將同時更新備份內容,這使得構件版本號與版本描述文件形成同樣的版本號,其余管控備份文件版本需結合實際新增與更改的結果來完成遞增。所有IED信息中的構件版本樹對應的縱向構件版本樹節點按照實際測試得到的成熟運行版本來構建,確保版本編號和描述文件生成相同的版本,具體見圖2。其他備份文件應結合工程的新增與更改要求,也可能引起文件數量及其內容的變化,各備份文件版本可以根據自身的更改情況以遞增方式得到,對于未更改備份文件,則繼續使用之前版本的備份文件,并把現有構件版本的文件刪除。

在管控系統中的最核心內容是各IED信息描述文件,該文件主要用于描述廠家的設備特性與各項私有版本,從而為主站管控系統提供更可靠的分析統計功能。

2.2 IED信息管控流程

通過解析SCD文件可以得到管控系統包含的IED信息名稱、數量、類型與地址,有效防止因為人為因素使管控系統數據庫模型產生錯誤。但應注意進行實際應用時,對SCD文件進行修改后引起的內容改變將會影響到數據庫的模型。這種情況下應利用SCD文件比較方法來實現數據庫模型的增量更新目標,確保運行過程中IED信息能夠和版本庫的IED信息形成相同的信息。

從圖3可以看到以版本描述文件為基礎的IED信息管控流程。在管控系統中,可以根據變電站SCD文件解析結果得到站內的IED信息類型、數量、名稱、地址各項信息,構建不同的IED信息庫模型。

圖3 管控流程圖

完成IED信息的產品階段性調試驗收工作后,應先結合實際調試更新情況對IED信息內的版本描述文件進行修訂;之后對管控備份文件進行更新;接著設定IED信息的版本更新狀態;管控系統再利用文件服務功能來得到版本。管控系統利用站控層網絡得到IED信息的更新數據,從更新后的IED信息中獲得實時版本描述和文件備份內容。

對于智能變電站和軟件工程使用的管控系統進行比較可以發現這2個系統具有各自不同的側重點。其中,在軟件工程中應用的管控是進行目錄的存儲與追蹤并記錄文件編輯歷史數據;在智能設備中使用的管控是為了記錄處于成熟運行狀態下的版本備份數據,因此更加重視版本修改之后形成的備份數據完整性與準確性,但無須注意實際修改期間的具體細節。

3 設備版本描述文件

本文構建的IED信息描述方案把版本描述文件分成了2個不同部分。其中,第一部分是描述管控信息,涉及管控IED信息的各項共性信息,第二部分是對管控信息的描述內容進行擴展,包括IED信息軟件、硬件版本與各項內部參數的特征。

3.1 版本

IED信息包含設備信息、模型版本、程序版本、參數版本等。其中,版本號的生成規則是按照實際軟件情況來生成,由此獲得一個統一的軟件版本。校驗碼的生成規則是使用基礎軟件來實現綜合校驗的過程,也可以選擇數字簽名的方法來完成軟件特征信息的校驗。

3.2 擴展版本

為了滿足IED信息個性化管控的要求,本系統專門設置了IED信息擴展版本的管控信息內容。擴展版本的管控信息以管控信息為基礎,加入了多種靈活的管控備份信息,包含了各種配置模型的版本號、軟件模塊版本、硬件插件版本、參數文件版本等。擴展版本可結合各類設備的特征選擇不同的描述方法,從而使各個IED信息管控表現出明顯的區別,增加各類不同管控內容的兼容性,增加多種不同的版本為各IED信息提供描述自身的管控備份文件。此類擴展版本包括信息模型、硬件、參數與軟件共4種。

3.3 管控系統性能指標

管控系統數據來源武漢供電設計院有限公司各個電力部門的智能電子設備,將管控系統容量設定在5萬臺IED信息,可以包含50萬個文件,各項指標見表2。

表2 管控指標

通過分析表2可以看到在實驗室條件下管控系統的IED信息,之后把IED信息軟硬件版本和各項配置文件信息在系統庫內做好備份。本文管控系統實驗數據管控結果達到響應時間在1 s以內,適用于其他的真實場景數據的管控。

4 總結

本文構建的IED信息管控系統需同時服務變電站與區域主站的各個應用。完成IED信息的產品階段性調試驗收工作后,對管控備份文件進行更新,接著設定IED信息的版本更新狀態,管控系統再利用文件服務功能來得到版本。本文構建的IED信息描述方案把版本描述文件分成了2個不同部分。其中,第一部分是描述管控信息,涉及管控IED信息的各項共性信息,第二部分是對管控信息的描述內容進行擴展。記錄實驗室條件下管控系統的IED信息,并對信息版本在系統庫中備份。