基于scada的智能成票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于scada的智能成票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0基于專家系統(tǒng)的調(diào)度操作票系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著區(qū)域供電的快速發(fā)展，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式變得越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)的計(jì)算和發(fā)票系統(tǒng)無(wú)法滿足電網(wǎng)的調(diào)度和發(fā)票操作要求。由于調(diào)度運(yùn)行人員在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)著指揮電網(wǎng)運(yùn)行的任務(wù),因此,必須要熟練和準(zhǔn)確地掌握電網(wǎng)運(yùn)行方式和調(diào)度操作技能?，F(xiàn)有的調(diào)度操作票系統(tǒng)多數(shù)是基于專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的智能生成操作票,人工設(shè)定操作目標(biāo)方式,系統(tǒng)自動(dòng)生成操作步驟序列,長(zhǎng)期使用將導(dǎo)致調(diào)度運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)的退化。專家操作票系統(tǒng)多數(shù)為離線開(kāi)票系統(tǒng),開(kāi)票環(huán)境與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行方式不能對(duì)應(yīng),造成運(yùn)行人員缺少對(duì)電網(wǎng)調(diào)度安全的全面把握?；趯＜蚁到y(tǒng)的調(diào)度操作票系統(tǒng)著重于專家系統(tǒng)的應(yīng)用,致力于實(shí)現(xiàn)操作票生成的智能化,系統(tǒng)配備了豐富的知識(shí)庫(kù),加入了推理算法,實(shí)現(xiàn)給定操作目標(biāo),專家系統(tǒng)自動(dòng)生成操作步驟序列。主要有數(shù)據(jù)庫(kù)操作票系統(tǒng),圖形化界面輔助生成操作票系統(tǒng)和智能推理操作票系統(tǒng)?，F(xiàn)有的系統(tǒng)多數(shù)都是針對(duì)具體的電網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的,通用性有待提高,無(wú)法在地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心進(jìn)行推廣。造成系統(tǒng)無(wú)法推廣的原因有:(1)圖形開(kāi)票時(shí)不能獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式,需要人工設(shè)置電網(wǎng)運(yùn)行方式,即使通過(guò)與SCADA系統(tǒng)之間接口,也造成數(shù)據(jù)同步方式不穩(wěn)定和復(fù)雜多變等問(wèn)題。(2)模型、圖形不能做到方便地與SCADA系統(tǒng)共享,需要新建一套模型和圖形數(shù)據(jù),日常維護(hù)工作量大。(3)模擬預(yù)演生成操作票過(guò)程中缺少精確嚴(yán)密的安全校驗(yàn)。(4)無(wú)法做到在一次系統(tǒng)接線圖上對(duì)二次設(shè)備的智能出票。本文提出了基于SCADA系統(tǒng)進(jìn)行地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度操作票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)以SCADA系統(tǒng)為支撐平臺(tái),與SCADA系統(tǒng)共享一次設(shè)備圖形和模型,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取SCADA系統(tǒng)運(yùn)行方式數(shù)據(jù),解決了操作票系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)之間接口的不穩(wěn)定性;系統(tǒng)以實(shí)際電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榛A(chǔ),調(diào)度運(yùn)行人員針對(duì)電網(wǎng)廠站接線圖,按照正確的操作思路來(lái)模擬預(yù)演操作,根據(jù)模擬操作自動(dòng)生成操作步驟,即點(diǎn)圖開(kāi)票。在模擬成票過(guò)程中,具備精確嚴(yán)密的系統(tǒng)拓?fù)湮宸佬ｒ?yàn)和潮流校驗(yàn),保證生成操作票的安全。通過(guò)智能化接口從調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱DTS系統(tǒng))獲取二次設(shè)備模型,并在規(guī)則庫(kù)中增加二次設(shè)備操作規(guī)則,實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備智能出票。1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1c/s架構(gòu)技術(shù)系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)模式,在開(kāi)發(fā)技術(shù)上采用了CORBA、JAVA、QT等先進(jìn)的軟件技術(shù),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的跨平臺(tái)運(yùn)行。C/S架構(gòu)模式可以減少系統(tǒng)對(duì)客戶端機(jī)器的硬件配置要求,減少投資成本,降低系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用?？缙脚_(tái)技術(shù)為系統(tǒng)后續(xù)硬件升級(jí)提供了極大的方便性。1.2維護(hù)工作站和傳統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)基于建設(shè)成本考慮,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器共用SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器;但是為了減少系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)SCADA系統(tǒng)的影響,在地區(qū)電網(wǎng)中一般將操作票服務(wù)器單獨(dú)部署,為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性,將SCADA系統(tǒng)服務(wù)器作為操作票系統(tǒng)服務(wù)器的熱備節(jié)點(diǎn)。維護(hù)工作站和開(kāi)票工作站可以較靈活地選擇硬件配置。系統(tǒng)硬件配置圖如圖1所示。2scad系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全功能準(zhǔn)確而完整的數(shù)據(jù)庫(kù)是圖形智能成票和安全校驗(yàn)分析的基礎(chǔ)。系統(tǒng)采用和SCADA系統(tǒng)共用歷史商用庫(kù),可以方便而安全地從SCADA系統(tǒng)獲取網(wǎng)絡(luò)模型和拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)。SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)一般采用了主備兩臺(tái)服務(wù)器,兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)自動(dòng)完成同步和復(fù)制,這樣可以確保一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障,系統(tǒng)仍然能夠正常工作;利用SCADA系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器的“1+N”功能,進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)安全能力?！?+N”功能就是當(dāng)兩臺(tái)服務(wù)器都發(fā)生故障了,系統(tǒng)在運(yùn)行期間保存的數(shù)據(jù)將自動(dòng)地恢復(fù)到商用數(shù)據(jù)庫(kù)上。這種設(shè)計(jì)充分考慮了各種情況發(fā)生(服務(wù)器主備的切換,故障)歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)性和一致性,從而保證歷史數(shù)據(jù)的正確性和完整性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括一次模型庫(kù)、二次模型庫(kù)、拓?fù)潢P(guān)系庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和操作票庫(kù)。通過(guò)設(shè)置多種數(shù)據(jù)庫(kù)接口可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置、操作票高級(jí)查詢和統(tǒng)計(jì)分析的方便。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),如圖2所示。3操作票的智能生成及安全校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以滿足地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度操作運(yùn)行人員實(shí)際開(kāi)票工作需求為出發(fā)點(diǎn),以最大化操作票的智能生成和安全校驗(yàn)為目標(biāo),同時(shí)方便管理人員進(jìn)行操作票的管理和考核。系統(tǒng)模塊主要分為支撐平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)、配置管理、操作票生成、安全校驗(yàn)、操作票管理及與DTS系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3所示。(1)公共服務(wù)功能模塊系統(tǒng)支撐平臺(tái)采用了SCADA系統(tǒng)平臺(tái),可以直接使用建設(shè)好的SCADA系統(tǒng)平臺(tái)提供的各項(xiàng)公共服務(wù)功能。如模型管理、告警服務(wù)、系統(tǒng)管理等。通過(guò)這些服務(wù),減少系統(tǒng)對(duì)公共服務(wù)需求的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。(2)dts系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)模塊實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)從SCADA系統(tǒng)獲取一次設(shè)備模型數(shù)據(jù),同時(shí)通過(guò)接口從DTS系統(tǒng)獲取二次設(shè)備模型數(shù)據(jù),為操作票生成提供了各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。(3)操作票流程定制的設(shè)計(jì)配置管理主要提供表單定制、流程定制、權(quán)限定制和規(guī)則庫(kù)定制。表單定制實(shí)現(xiàn)用戶自由定制操作票的表單格式,為操作票系統(tǒng)的通用性提供了條件。流程定制采用了“工作流”技術(shù)提供專用的操作票表單業(yè)務(wù)流程管理工具,管理員可以對(duì)操作票流程的組成環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)的負(fù)責(zé)角色、以及各環(huán)節(jié)之間的流轉(zhuǎn),進(jìn)行所見(jiàn)即所得的編輯修改及其掌控。通過(guò)流程定制可以實(shí)現(xiàn)操作票靈活高效的流轉(zhuǎn),為實(shí)現(xiàn)操作票的無(wú)紙化作業(yè)提供了基礎(chǔ)。權(quán)限定制主要有功能權(quán)限、數(shù)據(jù)權(quán)限、流程權(quán)限。功能權(quán)限是配置角色在流程環(huán)節(jié)對(duì)操作票管理中具體功能菜單項(xiàng)的可見(jiàn)性,保證各角色在各流程環(huán)節(jié)得到正確的功能菜單。數(shù)據(jù)權(quán)限是配置各角色對(duì)操作票表單中各個(gè)字段在流程環(huán)節(jié)的讀、寫(xiě)和處理權(quán)限。流程權(quán)限是配置操作票流程的訪問(wèn)控制權(quán)。規(guī)則庫(kù)是描述圖票一體化的基本框架,支持操作票的出票、成票以及解釋等過(guò)程。規(guī)則庫(kù)定制有操作術(shù)語(yǔ)定義、一次規(guī)則和二次規(guī)則定義、規(guī)則框架定義。(4)次出票規(guī)則的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)提供四種操作票生成方式:點(diǎn)圖成票、典型票生成、歷史票生成、離線寫(xiě)票。點(diǎn)圖成票是系統(tǒng)區(qū)別于其它操作票系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一,以下將著重介紹點(diǎn)圖成票的實(shí)現(xiàn)原理。系統(tǒng)點(diǎn)圖成票不但提供了一次設(shè)備成票,而且提供了二次設(shè)備的成票,真正地實(shí)現(xiàn)了操作票智能生成。傳統(tǒng)的操作票系統(tǒng)一般僅提供一次設(shè)備點(diǎn)圖成票,無(wú)法做到二次設(shè)備點(diǎn)圖成票。這是因?yàn)樵诓僮髌毕到y(tǒng)中缺少二次設(shè)備模型,并且無(wú)法做到將二次出票規(guī)則與一次設(shè)備關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)通過(guò)與DTS的接口和規(guī)則框架為二次設(shè)備的點(diǎn)圖成票的實(shí)現(xiàn)提供了條件。由于系統(tǒng)是基于SCADA系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的,所以為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)之間的可靠隔離,系統(tǒng)在圖形開(kāi)票環(huán)境下利用模型同步和數(shù)據(jù)同步兩種操作方式保證了模型和運(yùn)行方式數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步,從而保證了SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。模型同步是當(dāng)SCADA系統(tǒng)模型發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)通過(guò)觸發(fā)自動(dòng)同步獲取。數(shù)據(jù)同步是將電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式在開(kāi)票時(shí)通過(guò)觸發(fā)同步到圖形開(kāi)票環(huán)境下,在系統(tǒng)新建操作票時(shí)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)同步,以保證開(kāi)票環(huán)境的真實(shí)性。通過(guò)對(duì)模型同步和數(shù)據(jù)同步技術(shù)的研究,系統(tǒng)支持多份數(shù)據(jù)斷面,達(dá)到了多人同時(shí)開(kāi)票之間互不影響。地區(qū)電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)都已有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ?并具備設(shè)備狀態(tài)的認(rèn)知能力。系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上定義了一次設(shè)備的所有基本單元操作,即拉合開(kāi)關(guān)、拉合刀閘、拉合接地刀閘。調(diào)度所有的操作都是上述6種操作之一或者組合。將基本單元操作的不同組合操作定義成不同的操作任務(wù)(即調(diào)度綜合操作令)來(lái)實(shí)現(xiàn)生成操作步驟序列,這種操作步驟生成序列過(guò)程就是圖形上模擬預(yù)演的過(guò)程,也就是點(diǎn)圖成票的過(guò)程。圖4給出了一個(gè)開(kāi)關(guān)操作任務(wù)在圖形上模擬預(yù)演過(guò)程,系統(tǒng)在完成這個(gè)模擬過(guò)程后,自動(dòng)將操作步驟序列寫(xiě)入到操作票票面上,從而完成點(diǎn)圖成票。(5)帶網(wǎng)五防的電路設(shè)計(jì)隨著調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展,安全校驗(yàn)在操作票系統(tǒng)中作用越加重要,對(duì)調(diào)度操作進(jìn)行安全校驗(yàn)是防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作的可靠保證。系統(tǒng)在點(diǎn)圖成票中引入了系統(tǒng)拓?fù)湮宸佬ｒ?yàn)和潮流校驗(yàn)雙重校驗(yàn)機(jī)制,從最大程度上保證智能生成操作票的安全。1)系統(tǒng)拓?fù)湮宸佬ｒ?yàn)傳統(tǒng)的“五防”是指防止電力系統(tǒng)倒閘操作中經(jīng)常發(fā)生的五種誤操作事故,即誤分合開(kāi)關(guān)、帶負(fù)荷拉合隔離開(kāi)關(guān)、帶地刀合隔離開(kāi)關(guān)、帶電合地刀(掛接地線)以及誤入帶電間隔,這種五防主要應(yīng)用于變電站的防誤操作,鮮有用于調(diào)度防誤操作。本系統(tǒng)將圖形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系庫(kù)和知識(shí)庫(kù)結(jié)合起來(lái),抽象了“五防”要求設(shè)備之間的基本邏輯閉鎖關(guān)系,并將這種邏輯關(guān)系應(yīng)用于全網(wǎng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)拓?fù)湮宸佬ｒ?yàn)。區(qū)別于傳統(tǒng)五防,系統(tǒng)拓?fù)湮宸酪匀W(wǎng)設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?處理信息量大。與傳統(tǒng)五防比較的優(yōu)點(diǎn)有:(1)設(shè)備之間閉鎖邏輯關(guān)系的免維護(hù)。傳統(tǒng)五防需要人工定義每一個(gè)設(shè)備和其他設(shè)備之間的操作閉鎖關(guān)系。系統(tǒng)拓?fù)湮宸雷詣?dòng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)判斷閉鎖關(guān)系。(2)系統(tǒng)拓?fù)湮宸劳黄屏藗鹘y(tǒng)五防的站內(nèi)防誤界限,從全網(wǎng)角度對(duì)操作進(jìn)行防誤校驗(yàn)和危險(xiǎn)點(diǎn)分析,幫助運(yùn)行人員把好安全關(guān)。2)潮流校驗(yàn)準(zhǔn)確地掌握潮流的變化對(duì)調(diào)度操作安全特別重要。系統(tǒng)在拓?fù)湮宸佬ｒ?yàn)的基礎(chǔ)上增加潮流校驗(yàn),從而進(jìn)一步地保證調(diào)度操作的安全。潮流校驗(yàn)主要是針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式改變時(shí),判斷當(dāng)前操作是否導(dǎo)致線路過(guò)載、電壓越限、母線失電甚至潮流方向的改變等。如果操作有越限,系統(tǒng)給出計(jì)算結(jié)果并發(fā)出警告。在開(kāi)關(guān)操作合環(huán)的時(shí)候,系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)合環(huán)設(shè)備是否帶上負(fù)荷,否則不允許合環(huán)操作;解環(huán)的時(shí)候要確認(rèn)解環(huán)設(shè)備無(wú)潮流,以避免開(kāi)關(guān)的假分合。為了減少潮流計(jì)算次數(shù),系統(tǒng)在潮流計(jì)算啟動(dòng)策略上進(jìn)行了有效處理。只有在五防校驗(yàn)通過(guò)并且有支路投退的時(shí)候,才啟動(dòng)潮流計(jì)算模塊。系統(tǒng)計(jì)算潮流將會(huì)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)變化對(duì)電網(wǎng)的影響啟動(dòng)全網(wǎng)潮流計(jì)算和局部潮流計(jì)算。通過(guò)這種策略處理,提高了潮流校驗(yàn)的效率。(6)票的管理管理系統(tǒng)提供了全面和豐富的操作票管理功能,具體的功能有:票的新建、典型票管理、票的編輯、保存、打印、票的流程管理、票的模擬和校驗(yàn)、票的統(tǒng)計(jì)與查詢等。(7)次設(shè)備點(diǎn)圖智能出票在調(diào)度中心各系統(tǒng)中,一般在DTS系統(tǒng)有維護(hù)完整的二次設(shè)備模型?？紤]到數(shù)據(jù)資源共享,系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)發(fā)接口從DTS系統(tǒng)獲取了二次設(shè)備模型。在接口方式數(shù)據(jù)傳輸上,系統(tǒng)采取了定期和不定期兩種方式。當(dāng)DTS系統(tǒng)中二次模型有變化時(shí),操作票系統(tǒng)會(huì)收到變化消息,確定是否更新。為了提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性,系統(tǒng)需要使用手動(dòng)方式?jīng)Q定是否同步變化模型。從DTS系統(tǒng)中獲取二次設(shè)備模型后,通過(guò)定義二次設(shè)備規(guī)則和規(guī)則框架,實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備點(diǎn)圖智能出票。通過(guò)與DTS系統(tǒng)的配合,在系統(tǒng)中根據(jù)二次設(shè)備的實(shí)際配置,實(shí)現(xiàn)故障解列裝置的二次防誤。即當(dāng)母線停役的操作,如果該母線屬于故障解列裝置所采集電壓的母線,那么操作模擬時(shí)會(huì)告警該操作將引起故障解列保護(hù)動(dòng)作。同樣的原理適用于各類解列裝置。但是一二次設(shè)備之間的閉鎖防誤規(guī)則目前難以實(shí)現(xiàn),需要后續(xù)深入研究。4行方式: