面向巡维中心的变电站驾驶舱统一信息平台设计

2015-12-30陈波李鹏许爱东郭晓斌陈浩敏习伟姚浩徐延明

电网与清洁能源 2015年8期

关键词：驾驶舱统一变电站

陈波，李鹏，许爱东，郭晓斌，陈浩敏，习伟，姚浩，徐延明

（1.南方电网科学研究院，广州 510080；2.北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085）

面向巡维中心的变电站驾驶舱统一信息平台设计

陈波1，李鹏1，许爱东1，郭晓斌1，陈浩敏1，习伟1，姚浩1，徐延明2

（1.南方电网科学研究院，广州 510080；2.北京四方继保自动化股份有限公司，北京 100085）

变电站驾驶舱作为变电站群的信息集成化平台，对提高变电站群巡维效率，提高设备生命周期以及变电站运行与管理精细化具有重要作用。研究了变电站驾驶舱统一信息平台数据架构，基于IEC61970公共信息模型建模方法、统一信息平台与其他专业系统的信息交互技术、数据库技术、开放式平台设计和信息平台分布化与集约化技术。文中所构建统一信息平台保证了变电站基础数据信息的一致性和完整性，为变电站驾驶舱的安全可靠运行提供了数据支撑。

变电站驾驶舱；统一信息平台；IEC61970；多系统交互

智能变电站作为智能电网建设的重要环节，承担着智能电网中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向以及调整电压的重要任务，是智能电网“电力流、信息流、业务流”的汇集焦点。由于当前变电站及变电站群（集控中心和巡维中心）各专业系统独立建设且目标单一，导致现阶段变电站内终端数量过多，数据采集交叉重复，信息共享度差，信息孤岛林立，这些都制约了变电站信息的进一步融合与应用，且数据及信息的重复采集与重复传输处理也造成了资源的浪费[1-3]。

变电站驾驶舱是变电站群运行和维护的一体化技术支撑平台，通过“整合多专业系统、建设统一的信息平台、规范各类业务界面、开展专业间协同作业”，为电网监控、设备监测和运行管理提供一站式的支撑。

变电站驾驶舱以“标准化”和“模块化”为原则，其技术特征是“系统精简、信息规范、界面统一、业务协同”，其实现的载体是“统一信息平台”和“一体化监控系统”。统一信息平台是变电站驾驶舱实现信息标准化和规范化的基础，并为变电站驾驶舱的一体化监控以及高级应用提供统一的数据和信息支撑。

当前，变电站的统一信息平台的研究工作主要有站内信息统一建模方法[4-5]，一体化信息平台结构与功能设计[6]以及信息平台方案实现[7]等。本文提出一种变电站驾驶舱统一信息平台的设计方案，并对统一信息平台中的数据结构与模型、数据通信技术以及平台设计中的高级技术应用进行分析与总结。

1 统一信息平台的数据架构

统一信息平台作为变电站驾驶舱的数据支撑系统，其主要的功能是统一和简化变电站数据源，形成基于统一断面的唯一性、一致性的基础信息，并以统一标准的方式实现变电站内外的信息交互和共享，形成纵向、横向贯通的信息支撑平台[8]。

变电站统一信息平台通过建立系统信息资源体系，通过多种方式进行数据的获取与更新。统一信息平台的数据架构可以划分为：数据采集、数据处理、数据建模、数据服务4大部分，图1给出了统一信息平台的数据结构图。

图1 变电站驾驶舱数据平台Fig.1 Data platform of dashboard of substation

2 统一信息平台数据通信技术

2.1 基于IEC61970扩展模型的统一信息建模

变电站统一信息平台作为电网运行信息、故障和保护动作信息、运行分析信息、设备状态监测信息、电能质量信息、视频信息、环境信息、作业管理信息等8大类信息的载体，需要对变电站各专业系统的数据进行整合与处理，其目标是以统一标准的方式实现站内外信息的交互与共享，为变电站驾驶舱系统的高级应用提供统一的模型与数据支撑。

CIM是一种面向对象的标准化模型，其将电力系统资源描述为对象类，属性以及对象类之间的关系。现实世界实体的类型被定义成“类”，实体的性质被定义成“类的属性”，实体类型之间的关系描述成“类之间的关系”。CIM主要面向电力系统规划、配网、动态计算等领域，但对变电运维所关心的二次设备、故障信息、视频等数据信息并没有具体描述。本文针对变电运维8大类信息，基于IEC61970扩展技术，通过广义量测横向关联的方式统一建模，实现了在原有CIM模型基础上对二次设备、定值信息以及作业相关描述等部分的功能扩充[9-10]。

2.2 数据交互与采集技术

变电站群驾驶舱系统位于主站端，其信息平台需要同其他各系统主站之间实现信息交互，应用多系统数据交互技术是完成变电站驾驶舱统一信息平台的数据采集、传输及处理的基础。

2.2.1 多系统数据交互技术

变电站驾驶舱系统统一信息平台通过运行服务总线实现同南方电网公司其他部门及其业务系统之间的数据交互，统一信息平台从6大主站获得变电站驾驶舱系统运行控制的8大类数据，并通过CIS接口技术实现数据交互共享。

图2表示变电站驾驶舱统一信息平台同其他主站系统之间的数据流图。CIS接口技术是在CIM模型的基础上，基于CORBA（公共对象代理请求体系）的接口规范。同DCOM、EJB等其他分布解决方案相比，CORBA具有平台无关性和语言无关性的优势。CORBA程序可以不加转换地运行于不同硬件架构、不同操作系统的环境中，与WebService相比，CORBA的数据传输性能几乎能高出一个数量级，且CORBA支持回调，能够满足电力系统实时监控的要求。CIS接口技术包括GDA接口、HSDA接口、TSDA接口和GES接口，分别用来提供模型数据访问，如设备台账；实时数据访问，如有功、无功、电流、开关状态、气体浓度的当前取值；历史数据访问，如有功、电压的历史取值和事件数据访问。

2.2.2 综合数据采集技术

统一信息平台通过接入不同数据来源的子系统，对不同的数据进行统一采集与处理，综合数据采集技术主要有数据采集方式，数据处理以及数据采集适配器3大类。

统一信息平台对变电站驾驶舱系统需要的各类数据的采集方式主要有实时采集、定时采集、触发采集和手工采集等4种方式。当统一信息平台数据中心的数据格式与其他主站系统的数据格式不同，或者模型不同时，需要经过数据转换处理，以符合数据中心对数据的要求，根据处理方式的不同，数据处理技术具有数据格式处理，数据值处理等。数据适配器技术可以实现变电站统一信息平台与相关系统数据库之间，数据文件之间，接口之间的数据交互。

2.3 综合数据存储与访问技术

统一信息平台在处理信息方面采用了实时数据库技术、关系数据库技术和非结构化数据库技术。采用实时数据库存储实时类应用数据，包括电网量测数据、环境监测数据等；采用关系数据库存储继电保护分析和运行分析数据，包括故障和保护动作数据、设备状态监测数据以及运维作业管理数据等；采用非结构化数据库存储文件类数据，包括电能质量数据、视频数据等，并为大数据存储和数据挖掘提供基础支撑。

实时数据库作为统一信息平台的基础数据平台，为变电站驾驶舱系统提供电网量测数据、环境监测数据等实时的电网运行信息。

变电站自动化程度的不断提高，各种结构类型的数据接入，使得变电站数据系统越来越复杂。传统的关系型数据库由于其扩展性低，灵活性差以及运行时占用大量系统资源的缺点，制约了变电站信息平台的发展，为此，本文提出一种基于可扩展标记语言（XML）的改进型关系数据库系统。XML是一种简单的数据存储语言，其最大的优点是结构简单，占用资源少，且可实现与多数开发工具的无缝链接。文中采用XML作为数据的外部存储，并利用关系型数据库的方法设计数据存储结构，降低了系统资源的占用率，并大大提高了数据的读写效率和系统的稳定性。

图2 变电站驾驶舱数据流图Fig.2 Data flow diagram of dashboard of substation

3 应用支撑平台

3.1 开放平台设计

变电站驾驶舱统一信息平台是集成多维信息的综合信息化的变电运维系统，在数据通信层面，统一信息平台通过多类型的数据适配器完成各类数据的采集，完成与其他相关主站的数据交互，并通过非结构化数据完成统一信息平台模型数据的存储；在应用层，通过可管理的服务框架支撑可扩展应用的运行和部署。统一信息平台具有开放式的体系架构设计，可实现数据资源开放、业务功能开放和应用扩展等。

3.1.1 数据资源开放平台

统一信息平台以面向模型的数据管理为基础，通过开放的模型数据获取接口来实现模型不同数据源接入，平台通过数据适配器接口实现对现有各类主站系统采用的标准模型的支持，针对不遵循标准接口的数据接入要求，可按照接入适配器规范来完成相应的定制开发。

统一信息平台的数据资源开放性还体现在数据资源平台对上层应用的接口开放，本平台向上提供了一组核心API接口，应用可以通过此接口以面向对象的方式访问平台提供的模型结构及模型数据，该接口屏蔽了模型数据和历史数据的差异，用户可以按需对模型属性数据进行访问。

统一信息平台提供的服务通过标准的模型和数据格式进行信息交互，并由平台对信息的编码分类进行统一管理，保证了基于开放平台的应用在数据规范和访问接口上的一致性。

3.1.2 业务功能开放平台

在应用层面，统一信息平台提供了一组标准的平台功能模块，包括用户管理、日志管理、服务管理等，并采用OSGI（Open Service Gateway Initiative）动态模型开放架构对外支持服务，各应用模块可以按需对这些模块进行功能调用。

统一信息平台不但要在业务逻辑层面进行应用的开放，还在前端界面展示层面进行开放，在基于云模式的前端设计体系下，数据以WEB的方式进行展示，该方式很好地解决了客户端差异、移动设备呈现等，为变电站驾驶舱运维业务奠定了功能基础。

3.2 分布化与集约化技术

3.2.1 含移动终端的广域分布化技术

传统管理模式下，变电站设备运维的管理方式和手段主要依靠运行人员完成，并普遍采用手工，检查记录的工作方式，存在着管理粗放、效率低、成本高的缺点。为此变电站驾驶舱采用了含移动终端的广域分布技术，实行更加合理、高效的设备巡检管理制度和技术手段以提高工作效率和设备健康水平。

变电站驾驶舱采用基于PDA的巡维模式，使用PDA巡检的方式改善传统数据采集、野外巡检、输配电工作的工作效率。基于移动设备的多媒体交互技术，移动设备APP的应用开发技术以及信息推送技术等是后续研究的重点。

3.2.2 系统的集约化实现

变电站一、二次设备繁多，信息复杂且各种信息相对独立，在变电站的生产管理和故障实时处理中，没有标准化、信息化、网络化的辅助科学决策的机制和平台。为此统一信息平台通过集约化技术对各专业信息进行整合与处理，为变电站的运行和管理智能化形成有力支撑。

变电站的集约化主要从设备和业务2个层面进行构建，首先需要对终端、光纤、主机、存储设备、交换设备、传输设备等实体设备进行分类，通过物理资源的特征对这些设备进行归类，之后再按照业务需要的不同，通过对各种业务所涉及到的资源进行汇编，建立具有层次化特征的信息通信资源模型；其次，对现有运维中心的变电站监控信息进行梳理、整合，通过删减冗余信息、合并同类事项、增加重要设备故障预警信息、规范监控信息描述等，对监控信息进行分层和分类，达到既精简了监控信息量，又能满足运维中心运行管理的需要。

变电站驾驶舱系统采用集约化技术，通过系统资源库的管理分析，可快速而全面地展现变电站的整体运行状态、KPI指标，实现告警的故障定位。

4 结语

统一信息平台作为变电站驾驶舱系统数据与信息的技术基础，在变电站智能化、集成化方面具有重要作用。本文在统一信息平台设计中采用基于IEC61970扩展模型对变电站驾驶舱系统运行所需要的主要数据信息进行统一建模，完成数据信息的标准化。采用多系统交互技术完成数据之间传输和交互，实现统一信息平台与相关系统之间数据的无缝对接。利用实时数据库、改进的关系型数据库和非结构化数据库技术实现数据的存储与访问。文中阐述了统一信息平台的开放性功能设计方法，分析了分布化与集约化技术在变电站驾驶舱中的应用。本文所提出的统一信息平台成功的应用于佛山220 kV红星巡维中心变电站驾驶舱系统中，为变电站驾驶舱系统的信息一体化平台建设提供了有益参考。

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（编辑徐花荣）

Design of the Unified Information Platform of Dashboard of Substation for 0&M Centers

CHEN Bo1，LI Peng1，XU Aidong1，GUO Xiaobin1，CHEN Haomin1，XI Wei1，YAO Hao1，XU Yanming2
（1.electric Power Research Institute of CSG，Guangzhou 510080，Guangdong，China；2.Beijing Sifang Automation Co.，Ltd.，Beijing 100085，China）

As a substation group information integrated platform，the dashboard of substation can improve the work and management efficiency of the substation group and also plays an important role in improving the equipment 1ife cycle.This paper studies the dashboard of substation unified information platform data structure， the modeling method which is based on IEC61970 technology，the interactive technology between the unified information platform and other professional systems，the database technology and open platform design， and the distributed and intensive technology.The proposed unified information platform in this paper ensures the consistency and integrity of basic substation data and provides data support for the safe and reliable operation of the substation.