分布式電網(wǎng)二次設(shè)備管控平臺的研究

近年，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)二次設(shè)備的數(shù)量成倍增加，其突發(fā)故障次數(shù)也成規(guī)模增加，給自動化人員的消缺工作帶來極大的壓力[1]。因此，如何及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)二次設(shè)備運(yùn)行的可靠性，由被動應(yīng)急搶修的傳統(tǒng)模式向提前發(fā)現(xiàn)隱患的主動模式轉(zhuǎn)變，對于提高電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)代自動化技術(shù)的發(fā)展，尤其是通信技術(shù)的成熟和計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用，給電網(wǎng)自動化運(yùn)維帶來新的機(jī)遇。通過采用遠(yuǎn)程在線檢測手段[2]，自動化人員可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備局部結(jié)構(gòu)或部件隱患，進(jìn)而開展檢修或管控，從源頭上降低設(shè)備故障的可能性[3]。

1 二次設(shè)備監(jiān)控業(yè)務(wù)需求

目前，電力系統(tǒng)中生產(chǎn)控制大區(qū)的內(nèi)的二次設(shè)備可分為調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備和變電站二次設(shè)備兩部分。蕪湖地區(qū)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)共109個(gè)節(jié)點(diǎn)、約500臺設(shè)備。目前僅由一臺網(wǎng)管機(jī)管理所有的路由器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，節(jié)點(diǎn)拓?fù)湔故?，功能較為單一。需登錄后方可查看該路由器運(yùn)行狀態(tài)，而其它調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備目前處于無管理狀態(tài)。

變電站二次設(shè)備管理僅能監(jiān)控到其自身發(fā)出的"裝置異常"、“裝置告警”、“裝置閉鎖”三種硬接點(diǎn)信號，對裝置的運(yùn)行狀況、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等信息完全不知。隨著二次設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，裝置本身已提供了自身設(shè)備信息數(shù)據(jù)接口，如IEC628150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測控的裝置描述信息，目前尚未接入監(jiān)控范圍。

變電站二次設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸、交換主要依賴于網(wǎng)絡(luò)，智能變電站中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又分為站控層、間隔層、過程層三層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)已成為智能變電站的重要支撐。但目前變電站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)尚無法監(jiān)控，僅當(dāng)發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備失去監(jiān)控時(shí)方可發(fā)現(xiàn)故障。且部分網(wǎng)絡(luò)故障隱秘性較高，極端情況下可能造成大規(guī)模電力事故。

2 實(shí)施方案

2.1總體方案

圖1 二次設(shè)備管控平臺實(shí)施方案

本文設(shè)計(jì)一套新型生產(chǎn)大區(qū)二次設(shè)備管控平臺，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、流量分析等狀態(tài)信息的監(jiān)控。該平臺技術(shù)方案包括變電站側(cè)和主站側(cè)兩部分，結(jié)構(gòu)如圖1所示。各變電站內(nèi)架設(shè)一臺代理服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)控站內(nèi)二次設(shè)備，主站機(jī)房架設(shè)一臺監(jiān)控服務(wù)器負(fù)責(zé)監(jiān)控調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)I區(qū)設(shè)備，同時(shí)接受各變電站代理服務(wù)器上傳的站內(nèi)設(shè)備信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、故障研判、告警通知等高級功能。

平臺監(jiān)控的設(shè)備具體信息如表1所示。其中代理服務(wù)器監(jiān)控變電站內(nèi)站控層交換機(jī)、間隔層交換機(jī)、過程層交換機(jī)、后臺機(jī)、測控裝置、保護(hù)裝置、總控裝置、時(shí)間同步裝置等二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信息。監(jiān)控服務(wù)器則監(jiān)控路由器、縱向加密裝置、防火墻、I區(qū)實(shí)時(shí)交換機(jī)及各代理服務(wù)器的相關(guān)設(shè)備信息。

代理服務(wù)器和監(jiān)控服務(wù)器的監(jiān)控范圍分界點(diǎn)在實(shí)時(shí)交換機(jī)和總控之間，同時(shí)監(jiān)控服務(wù)器將代理服務(wù)器納入監(jiān)控范圍，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)二次設(shè)備全覆蓋。表中交換機(jī)同時(shí)包括調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和變電站中的交換機(jī)，主機(jī)包括變電站內(nèi)的計(jì)算機(jī)，如后臺機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、五防機(jī)等。

表1 二次設(shè)備監(jiān)控信息

主站的監(jiān)控服務(wù)器接入自動化機(jī)房的實(shí)時(shí)交換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)I區(qū)設(shè)備的監(jiān)控，而變電站的代理服務(wù)器接入則分為常規(guī)站和智能站兩種情況，這是由于兩種變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同造成的。

常規(guī)變電站站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為站控層和間隔層，站內(nèi)二次設(shè)備首先接入間隔層交換機(jī)，所有的間隔層交換機(jī)再接入站控層交換機(jī)。因此常規(guī)站代理服務(wù)器僅接入站控層交換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備的監(jiān)控。而智能站分為站控層、間隔層、過程層。

二次設(shè)備位于間隔層和過程層之間。因此代理服務(wù)器需要同時(shí)接入站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)，方可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)二次設(shè)備的監(jiān)控。

2.2分布式架構(gòu)

圖2 二次設(shè)備管控平臺分布式架構(gòu)

二次設(shè)備管控平臺的運(yùn)行采用分布式架構(gòu)，如圖2所示。主站和廠站的管控平臺統(tǒng)一為一套系統(tǒng)，僅運(yùn)行功能不同，分為主站、廠站兩種運(yùn)行模式。當(dāng)代理服務(wù)器偵測到監(jiān)控服務(wù)器從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)解列時(shí)，會自動觸發(fā)監(jiān)控服務(wù)功能，轉(zhuǎn)為主站模式，從而保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。因平臺采用B/S架構(gòu)和短信告警技術(shù)，運(yùn)行在主站模式下的代理服務(wù)器可繼續(xù)發(fā)送告警信息，同時(shí)在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)任一節(jié)點(diǎn)接入工作站通過瀏覽器即可訪問該平臺。

由于管控平臺運(yùn)行在主站模式下需要處理的數(shù)據(jù)較多，對硬件要求較高，同時(shí)考慮到投資成本，因此建議調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)的代理服務(wù)器采用監(jiān)控服務(wù)器配置，接入節(jié)點(diǎn)僅按廠站模式下硬件配置即可。

以蕪湖調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)為例，共有220kV通江變、220kV無為變、220kV繁南變、220kV火龍崗變四個(gè)匯聚點(diǎn)，此四個(gè)變電站應(yīng)配置監(jiān)控服務(wù)器。在地縣一體化調(diào)控模式下，縣公司機(jī)房也相當(dāng)于匯聚點(diǎn)，其代理服務(wù)器模式也應(yīng)配置監(jiān)控服務(wù)器。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1功能架構(gòu)

 圖3  二次設(shè)備管控平臺功能架構(gòu)

平臺采用成熟的MVC三層模式，包括數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、展示層，如圖3所示。數(shù)據(jù)的采集存儲和業(yè)務(wù)程序完全分離，便于系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)。

數(shù)據(jù)層通過SNMP、SSH、TELNET等技術(shù)獲取被監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息，并存儲至數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)按業(yè)務(wù)需求將相關(guān)數(shù)據(jù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，提供各類數(shù)據(jù)與應(yīng)用接口，為數(shù)據(jù)傳輸與應(yīng)用擴(kuò)展奠定基礎(chǔ)。

業(yè)務(wù)層以對象的方式處理數(shù)據(jù)，形成設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行研判分析，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的拓?fù)洹顟B(tài)、性能、資源的監(jiān)測分析。

表現(xiàn)層負(fù)責(zé)系統(tǒng)的人機(jī)交互，將設(shè)備的監(jiān)測情況以圖形、列表的方式展現(xiàn)。并利用業(yè)務(wù)層的分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的智能告警。

3.2Linux操作系統(tǒng)

平臺服務(wù)器系統(tǒng)均采用CentOS7.3，該系統(tǒng)為Linux操作系統(tǒng)，具有較高的安全性，可連續(xù)不間斷運(yùn)行，穩(wěn)定性能高。其次，CentOS系統(tǒng)支持多用戶、多任務(wù)、多線程，允許多個(gè)用戶、多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)響應(yīng)速度快[4]。最后，CentOS系統(tǒng)對硬件要求較低，支持多種平臺。

3.3B/S結(jié)構(gòu)

B/S結(jié)構(gòu)，即Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，是隨著Internet技術(shù)的興起，對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進(jìn)的結(jié)構(gòu)[5]。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)。具有分布性強(qiáng)、維護(hù)方便、開發(fā)簡單且共享性強(qiáng)、總體擁有成本低的特點(diǎn)。平臺采用B/S架構(gòu)，在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通過瀏覽器即可訪問該平臺，拓展了系統(tǒng)適用范圍，使用也比較方便簡單。

3.4SNMP技術(shù)

圖4 SNMP查詢設(shè)備信息流程

SNMP技術(shù)，即簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SimpleNetworkManagementProtocol)[6-8]，是基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)，一種在IP網(wǎng)絡(luò)中管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，具備遠(yuǎn)程采集、管理、接受被管理設(shè)備的功能。

在本平臺中，代理、監(jiān)控服務(wù)器通過SNMP技術(shù)采集表1中所列交換機(jī)、測控裝置等二次設(shè)備的狀態(tài)信息，并將采集的信息寫入數(shù)據(jù)庫，其流程如圖4所示。由于交換機(jī)、路由器對標(biāo)準(zhǔn)MIB庫支持較好，通過SNMP技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)閉端口、設(shè)備軟重啟等功能。

3.5智能告警

圖5 二次設(shè)備管控平臺智能告警模塊

在實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備監(jiān)測的基礎(chǔ)上，平臺提供智能告警模塊，支持靈活的報(bào)警定義，以滿足各種業(yè)務(wù)需求。運(yùn)維人員可以根據(jù)監(jiān)控需要，定義故障事件的告警是否觸發(fā)報(bào)警、發(fā)送給哪個(gè)角色或人員以及發(fā)送的時(shí)間段等。

(1)告警處理：支持靈活的告警條件組合，對相互之間有關(guān)聯(lián)的事件進(jìn)行分析、過濾、合并，給出重要告警，抑制“告警風(fēng)暴”的發(fā)生。精確的判定故障，減少告警的次數(shù)，提高告警的有效性。

(2)告警處理：設(shè)置多種報(bào)警方式，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，不僅以傳統(tǒng)方式畫面推圖通知用戶，還可通過短信、語音、郵件等多種報(bào)警方式全面及時(shí)的通知用戶。

(3)報(bào)警應(yīng)急響應(yīng)：可以預(yù)先定義好報(bào)警聯(lián)動策略，當(dāng)某種類型的故障產(chǎn)生時(shí)，自動的觸發(fā)策略以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動作。這個(gè)動作可以是啟動或停止進(jìn)程、服務(wù)或業(yè)務(wù)程序，還可以是一個(gè)用戶指定的腳本程序，可提供對計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的關(guān)閉、重啟等操作。

4 結(jié)論

本文提出一套新型分布式電網(wǎng)二次設(shè)備管控平臺，該平臺在機(jī)房和變電站部署的監(jiān)控、代理服務(wù)器，采用分布式架構(gòu)、SNMP協(xié)議輪詢采集信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制大區(qū)內(nèi)二次設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測和管控功能。并提供設(shè)備告警的智能化管控功能，通過告警等級、告警合并、告警過濾以及告警關(guān)聯(lián)等多種技術(shù)手段，讓系統(tǒng)的管理從被動變?yōu)橹鲃?，有效預(yù)防故障的發(fā)生。

該平臺的現(xiàn)場應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的全方位、智能化、大數(shù)據(jù)管控，從而及時(shí)解決事故隱患，加強(qiáng)變電站監(jiān)控，提高故障搶修的效率。