智能变电站远动快速对点系统模块化设计

韩伟，石光，李斌，刘磊，孔圣立，刘超，时晨，李惠民，王乐挺

（1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052；2.山东网聪信息科技有限公司，山东济南 250101）

智能变电站远动快速对点系统模块化设计

韩伟1，石光1，李斌1，刘磊1，孔圣立1，刘超1，时晨1，李惠民2，王乐挺2

（1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052；2.山东网聪信息科技有限公司，山东济南 250101）

对国内外智能变电站对点系统研究现状进行了综述，简要概述了远动系统通信方式，对比了传统远动对点系统和自动远动对点系统。基于模块化的思想，设计了一套完整的远动对点系统，并采取校验和CheckSum的校验算法，对调度主站和变电站端对点表进行校对，确保结果的正确性和可靠性。关键词：智能变电站；模块化；远动对点

随着调控一体化运行的深入开展，智能变电站远动功能越来越丰富，变电站厂站端与调度主站端交互的信息越来越多，形式也更加多样化。智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是智能调度的重要数据源。调度主站能否对变电站厂站端进行可靠调度管理十分重要，而远动对点是解决这一问题的重要措施。

智能变电站远动对点是指将调度中心存储的变电站信息同实际变电站信息进行校对的过程，验证两者具有一致性，从而找出点表中存储错误的信息[1-2]。然而目前智能变电站远动对点测试仍需借助人工或一些功能单一的调试工具来进行，缺乏功能完善的测试系统来进行全面的定量测试，这不仅有悖于智能变电站智能化、无人操作化的发展趋势，而且给工作人员带来了极大的工作负担，也给电网埋下了重大的安全隐患。

研究设计一种智能变电站远动快速对点系统，不仅能够应用于智能变电站与远方调度主站之间远动通信相关的标准化测试，全面支撑系统调控一体化运行，而且同电网安全运行密切相关。

1 研究现状

目前，国内外针对变电站对点测试工作的研究十分少，通常采用手动对点调试的方式，即由调度主站工作人员电联变电站，人工校对调试调度主站点表信息和变电站实际信息，或借助一些单一的调试工具，然而实际运行电网中，变电站和调度主站数据库信息更新比较频繁[3]，自动化设备对点调试的工作量很大，继续采用这种方法显然不能满足智能变电站的要求[4]。智能变电站远动自动对点系统由于其以计算机为基础，以最少的人力和最短的时间实现对点，因而逐渐成为对点工作发展的主要趋势。

文献[5]设计了一个面向应用架构的一体化信息平台，自动生成采集模型、自动映射，减少了系统生成时对点的过程，提高工程效率，但对点过程仍需要一定的人为干预；文献[6-8]提到的测试系统更侧重于对远动通信规约的测试和开发；文献[9]提出一套完整的应用于智能变电站的智能告警/事故辅助决策系统，而并未对点值及图形信息作以研究；文献[10-11]以智能变电站远动系统和站控层网络、调度中心的连接方式为理论基础，采用黑盒测试的思想，将远动系统看作黑盒，提出自动对点实现的思路，并未研究实现的具体方法。

本文基于模块化的思想，从点值数据和告警信息、图形数据等方面考虑，设计了一套完整的远动对点系统。系统内每个模块独立开发，互不影响，且具有可移植性，很大程度上提高了系统的开发效率，降低了运维成本。

2 远动对点系统综述

2.1 远动系统通信方式

远动系统是变电站与调度中心传输的枢纽，位于站控层的远动系统设备能够上送站内设备信息以及运行信息至远方调度中心，且也能接受调度中心对站内设备的控制信息，实现调度中心对变电站的安全监控[12]，本文对远动系统中关键设备——远动装置、告警直传网关机、图形网关机作为主要分析对象，其通信方式如图1。

图1 远动系统通信方式Fig.1 Remote system communication mode

远动装置接受来自站控层交换机上送的包含变电站实时信息的MMS报文，并通过远动通信协议IEC 60870-5-104将站端设备的遥信、遥测、遥控、遥调信息通过站控层出口交换机上送至远方调度中心；同时，告警直传网关和图形网关机接受来自后来监控的MMS报文，并将包含全站的图形画面信息、画面对应数据信息及告警信息的应用层协议DL476报文也上送至调度中心。同样地，调度主站也可以反过来对站端设备发送命令，实现对站端设备的控制、保护。

2.2 远动系统通信方式

只有调度中心获取到正确的远动信息，才能实现对变电站的可靠监控。调度中心要获取正确的远动信息必须保证调度主站中点表存储的信息与对应变电站设备实际信息相一致，而把校对两站点表从而找出错误存储信息的这一过程称之为对点[13]。

传统对点采用人工手动方法或单一的测试工具对主站端及变电站端对点表对点，给变电站和调度中心工作人员带来了一系列的不便操作，而远动自动对点系统以计算机为基础，将两站对点表输入到自动对点模块用机器校对，尽量避免人为干预，更能满足智能电网的发展要求，2种对点方式各模块对应关系如图2所示[14]。

图2 自动对点与传统对点对比图Fig.2 A comparison chart of the automatic counter point and traditional counter point

3 远动对点系统

变电站及调度主站之间传输的信息主要有2类：点值、告警信息及图形画面[15]，因此远动对点系统也可以分为2部分：点值的远动对点和图形的远动对点，其系统结构相似，但具体实现过程存在差异。

3.1 点值远动对点系统

3.1.1 系统构成

点值的远动对点是对远动装置输入输出报文进行自动校对的过程，也能够实现对远动机的自动测试，其系统如图3所示。将装有采集状态量或模拟量仿真平台的计算机作为远动装置输入端与同远动机建立TCP连接，从而与远动装置通信；装有模拟远动机主站平台和远动对点平台的计算机同样与远动机建立连接；再利用TCP/IP将2台计算机连接，利用自动对点功能实现主站对点表和变电站站端对点表的自动校对过程，并将结果输送给调度主站。

图3 点值对点系统图Fig.3 The point-valued counter point system diagram

1）状态量/模拟量仿真平台

如图4所示，通信模块实现与远动机建立TCP/IP连接，MMS抓取模块能够在变电站站控层抓取实时MMS报文，存储模块将抓取的MMS报文实时存储，报文解析模块对存储库中报文进行解析，并利用人机交互界面分类显示，模拟发送将人机交互界面显示的报文分类筛选，提取所需报文，并发送给远动装置[16]。

图4 状态量/模拟量仿真平台模块构成图Fig.4 The module constitution of state quantity or analog quantity simulation platform

2）模拟远动机主站

模拟远动机主站由图5所示6个模块共同构成，其中IEC报文接受模块接收来自远动机的IEC报文，IEC存储模块将接收模块接收到的报文存储在报文存储库中，解析模块对IEC报文进行分类解析并提取单点信息、产生对点表[17]，模拟发送模块能够对远动机发送对时、总召、遥控、遥调等报文。

3.1.2 工作过程

1）状态量/模拟量仿真平台

如图6所示，将状态量/模拟量仿真平台计算机同站控层交换机连接，抓取MMS报文，并存储在报文存储库中；然后将计算机再同远动机建立TCP连接；对存储库中调用MMS报文并进行解析，提取出带有所需设备及设备实时信息的MMS报文，发送给远动机；同时，产生站端点表进行点号映射，产生对点表，传送至自动对点平台。

图5 模拟远动机主站平台模块构成图Fig.5 The module constitution of the simulation telecontrol gateway master station

图6 模拟远动机主站Fig.6 The simulation telecontrol gateway master station

2）模拟远动机主站

如图7所示，模拟主站同远动机建立TCP连接后，向远动机发送启动命令，远动机向主站发出确认启动命令；主站发送总召命令后，远动机上传单点状态信息，IEC解析模块对其进行解析，提取出信息中的点号与值；加载调度主站点表，将提取的点号与值同主站点表中的点号映射，产生模拟主站的对点表，传送至自动对点平台。

3）自动远动对点平台

将来自于模拟远动机主站和状态量/仿真量仿真平台的对点表导入，进行自动对点。

3.2 图形远动对点系统

3.2.1 系统构成

图形远动对点是将图形网关机上送的G语言图形画面与变电站实际图形画面进行自动校对的过程，其系统图见图8，由模拟图形网关主站、模拟告警直传主站、状态量/模拟量仿真平台、远动对点平台和图形网关机、告警直传网关机几部分组成[18]。

图7 状态量/模拟量仿真平台Fig.7 State quantity or analog quantity simulation platform

图8 图形对点系统图Fig.8 The Graphics counter point system diagram

1）模拟告警直传主站模块

调度主站与告警直传网关机通过DL476报文进行告警信息的传输，其构成图如图9，通信模块功能同前文所述；报文接收模块接收来自网关机上送的报文，判断不同的报文类型，并用相应的数据结构对报文进行分类存储；报文解析模块对DL476报文中不同类型的应用服务数据单元进行分类解析；模拟报文发送模块能模拟发送DL476各种类型的APDU[19]。

图9 模拟告警直传主站模块构成图Fig.9 The module constitution of the simulation alarm direct passing gateway master station

2）模拟图形网关主站模块

G语言即电力系统图形描述规范，是应用于电力系统的一种新型图形语言，见图10。模拟图形网关主站能够利用这种语言实现变电站接线图与G语言图形画面进行校对，从而完成对点工作[20]。DL476报文中含有对图形网关机发送G格式文件的请求命令；画面图形和画面数据解析模块将G格式画面及画面对应的数据信息解析G语言文件，并最终在人机交互界面上显示。

图10 模拟图形网关主站模块构成图Fig.10 The module constitution of the simulation graphics gateway master station

其他模块基本功能同上一小节相同。

3.2.2 工作过程

1）图形对点

如图11所示，图形网关机接受包含变电站实时数据信息的MMS报文后，同模拟主站建立TCP连接；图形网关机接收到来自模拟主站发送的上传G文件的请求命令后，通过DL476报文将G语言文件以及对应的数据信息上送至模拟主站；模拟图形网关机主站将G文件及数据信息进行解析并显示；操作人员通过显示界面将变电站接线图与G语言图形画面进行校对，从而完成对点工作。

2）告警直传网关机测试

如图12所示，状态量/模拟量仿真模块发送具有告警信息的MMS报文给告警直传网关机，同时对发送的报文进行存储；网关机再将告警信息通过DL476报文发送给模拟告警直传网关机主站；模拟主站接受报文并对其解析，并保存至调度驻主站端数据库中；自动对点模块对输入端MMS报文和输出端DL476报文进行校对，完成告警直传网关机的自动测试。

4 自动对点算法

常见的检测方法有奇偶校验法（ECC）、校验和法（checksum）[21]。EEC算法因其简单易行而被广泛使用，但是只对校验一位出错问题敏感，识别错误能力较低，而和校验法通常用于通信中，尤其是远距离通信中，保证数据的完整和准确性[22]，因此，本次采用和校验法，来对输入输出点表进行校验。

图11 图形对点流程图Fig.11 The flow chart of the graphics counter point

图12 告警直传网关机自动测试流程Fig.12 The automatic testing process of the alarm direct passing gateway machine

以单点信息为例加以说明，其信息元素组成见图13，其中SPI为单点遥信位（0开1分），BL为封锁位（0未封1封），SB为取代位（0未取代1取代），NT为当前值位（0当前值1非当前值），IV有效位（0有效1无效）。

图13 单点信息信息元素组成Fig.13 Information elements of the single-point information

假设输入端单点信息为01100001，输入端校验和字段设置为0，把需要校验的单点信息看成16位为单位的数字，即0000000001100001，依次进行二进制反码求和，结果存入校验和字段中。输出端数据同样看作16位二进制数，对包括校验码在内的二进制数取反求和，如若得到的值为0，则说明输入输出端数据一直，否则，说明存在错误。

5 结论

在回顾国内外远动对点系统研究工作基础上，概述了远动系统通信方式，针对智能变电站远动快速对点问题，本文做了以下研究工作。

1）对比传统远动对点法和自动远动对点法，得出自动远动对点法以计算机为基础，能尽可能减小人为干预，因而是未来智能变电站远动对点发展的主要方向；

2）采用模块化的思想，针对不同数据类型设计了相应的远动对点系统，更具可靠性和可移植性；

3）与奇偶校验法相比，采取校验和算法完成主站点表和变电站端点表的对点工作，在远距离通信中更能保证数据的完整和准确性。

[1]李孟超，王允平，李献伟，等.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制，2010（18）：59-62.LI Mengchao，WANG Yunping，LI Xianwei，et al.Smart substation and technical characteristics analysis[J].Power System Protection and Control，2010（18）：59-62（in Chinese）.

[2]王冬青，李刚，何飞跃.智能变电站一体化信息平台的设计[J].电网技术，2010（10）：20-25.WANG Dongqing，LI Gang，HE Feiyue.Design of integrative information platform for smart substations[J].Power System Technology，2010（10）：20-25（in Chinese）.

[3]李斌.智能变电站技术及其应用研究[D].北京：华北电力大学，2011.

[4]GAO X，ZHANG P.Main features and key technologies of digital substation[J].Power System Technology，2006，23：015.

[5]蒋宏图，袁越，杨昕霖.智能变电站一体化信息平台的设计[J].电力自动化设备，2011，31（8）：131-134.JIANG Hongtu，YUAN Yue，YANG Xinlin.The design of the intelligent substation integrated information platform[J].Electric Power Automation Equipment，2011，31（8）：131-134（in Chinese）.

[6]刘亮华.电力远动测试系统的研究与开发[D].长沙：中南大学，2008.

[7]刘连浩，刘亮华，沈增晖.基于IEC104规约的电力远动测试系统的设计与实现[J].现代计算机，2008（5）：107-109.LIU Lianhao，LIU Lianghua，SHEN Zenghui.Design and implement of embedded tester in power based on IEC104 protocol[J].Modern Computer，2008（5）：107-109（in Chinese）.

[8] SIDHU T S，YIN Y.Modelling and simulation for performance evaluation of IEC61850-based substation communication systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2007，22（3）：1482-1489.

[9]刘伟，李江林，杨恢宏，等.智能变电站智能告警与辅助决策的实现[J].电力系统保护与控制，2011，39（15）：146-150.LIU Wei，LI Jianglin，YANG Huihong，et al.Implementation of intelligent alarm and AMD system in the smart substation[J].Power System Protection and Control，2011，39（15）：146-150（in Chinese）.

[10]曹瓅月.变电站自动对点系统软件设计与实现[D].成都：电子科技大学，2015.

[11]SIDHU T S，YIN Y.Modelling and simulation for performance evaluation of IEC61850-based substation communication systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2007，22（3）：1482-1489.

[12]彭志强，张小易.智能变电站远动功能测试技术分析[J].电力与能源，2014，35（4）：445-448.PENG Zhiqiang，ZHANG Xiaoyi.Technology analysis on testing of telecontrol function in intelligent substation[J].Power and Energy，2014，35（4）：445-448（in Chinese）.

[13]李瑞生，李燕斌，周逢权.智能变电站功能架构及设计原则[J].电力系统保护与控制，2010（21）：24-27.LI Ruisheng，LI Yanbin，ZHOU Fengquan.The functional frame and design principles of smart substation[J].Power System Protection and Control，2010 （21）：24-27（in Chinese）.

[14]GUNGOR V C，SAHIN D，KOCAK T，et al.Smart grid technologies：communication technologies and standards[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics，2011，7（4）：529-539.

[15]陆承宇，阮黎翔，杜奇伟，等.智能变电站远动信息快速校核方法[J].电力系统保护与控制，2015，43（11）：128-133.LU Chengyu，RUAN Lixiang，DU Qiwei，et al.A new method for quickly verifying the remote information of smart substation[J].Power System Protection and Control，2015，43（11）：128-133（in Chinese）.

[16]唐岳，廖力清，汪治国.IEC 60870—5—104远动规约在电网调度中的应用[J].电力系统通信，2005，26（4）：50-53.TANG Yue，LIAO Liqing，WANG Zhiguo.Application of IEC 60870-5-104 telecontrol protocol in power network dispatching system[J].Telecommunication for Electric Power System，2005，26（4）：50-53（in Chinese）.

[17]曹楠，李刚，王冬青.智能变电站关键技术及其构建方式的探讨[J].电力系统保护与控制，2011，39（5）：63-68.CAO Nan，LI Gang，WANG Dongqing.Key technologies and construction methods of smart substation[J].Power System Protection and Control，2011，39（5）：63-68（in Chinese）.

[18]易永辉，王雷涛，陶永健.智能变电站过程层应用技术研究[J].电力系统保护与控制，2010（21）：1-5.YI Yonghui，WANG Leitao，TAO Yongjian.Process level application scheme in smart substation[J].Power System Protection and Control，2010（21）：1-5（in Chinese）.

[19]丁德鑫，史金伟，严亚琦.告警直传在电力调度系统中研究与应用[J].电力科学与工程，2014，30（12）：55-60.DING Dexin，SHI Jinwei，YAN Yaqi.The research and application of alarm dierect_transmission in power system[J].Electric Power Science and Engineering，2014，30（12）：55-60（in Chinese）.

[20]ANDERSSON L，BRUNNER C，ENGLER F.Substation automation based on IEC 61850 with new process-close technologies[C]//Power Tech Conference Proceedings，2003 IEEE Bologna.IEEE，2003，2：6 pp.Vol.2.

[21]李建设.数据校验的实现方法[J].株洲工学院学报，2003，17（5）：42-44.LI Jianshe.Realizing method of data check[J].Journal ofZhuzhou Institute of Tcechnology，2003，17（5）：42-44（in Chinese）.

[22]杨孝光.ECC校验的算法分析和程序实现[J].实验科学与技术，2004（3）：13-16.YANG Xiaoguang.Analysis about ECC algorithm and program realization[J].Experiment Science&Technology，2003，17（5）：13-16（in Chinese）

Modular Design of Intelligent Substation Telecontrol Counter Point System

HAN Wei1，SHI Guang1，LI Bin1，LIU lei1，KONG Shengli1，LIU Chao1，SHI Chen1，LI Huimin2，WANG Leting2
（1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou 450052，Henan，China；2.Shandong Grid NT Information and Technology Co.，Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China）

In this paper，we reviewed the research status of the c ounter point system both at home and abroad,and briefly overviewed the remote system communication mode,and compared the traditional remote counter point system with the automatic remote counter point system.Furthermore,based on the idea of modularization,we designed a set of complete remote counter point system.Finally,the CheckSum calibration algorithm is used to calibrate the counter point of the dispatch master station and substation terminal so as to ensure the correctness and reliability of the results.

intelligent substation;modularization;remote counter point

2017-04-24。

韩 伟（1975—），男，本科，高工，主要研究方向：继电保护及自动化技术。

（编辑 张晓娟）

1674-3814（2017）05-0057-06

TM761

A

国家自然科学基金（51207050）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（51207050）.