电气工程

提高智能变电站自动化系统工程实施效率的思路与实践

胡绍谦，李力，朱晓彤

摘要：目的：目前智能变电站自动化系统的工程实施耗时耗力，没有充分体现出自动化的优势，问题主要体现在配置、调试、验收和故障诊断等几个方面。本文基于现实存在的各种问题，分析智能变电站建设和维护的各个阶段，研究提高工程实施效率的手段，提出了具有针对性的解决思路，并进行了工程实践验证。方法：本文总结了自动化系统工程实施现状，研究了系统配置、验收调试、系统故障诊断检修等几个环节的效率提升需求，分析了各个环节可以优化的技术手段，提出了提高工程实施效率的具体思路，包括站内基于完善的一二次模型采用统一配置工具完成设备和应用配置，通过模型源端维护，简化通信对点；采用基于间隔SCD 模板文件的方式实现全站SCD 的集成，减少过程层拉线配置；标准化自动化设备；采用分环节解耦自动验证的方法完成通信对点；采用虚拟连接的方式实现在主站对站内所 有装置的远程调试。结果：通过变电站自动化统一配置工具，可以简化站内配置环节，避免重复配置，可以实现：1）监控系统、远动机、测控装置都基于站内同一个SCD 模型文件；2）监控五防和测控联锁采用同一套规则；3）监控系统和远动机采用同样的合成信号逻辑；4）监控的单线图、一次设备拓扑关系、一二次设备关联关系来自SCD 文件Substation 部分导入，避免重复配置；5）监控系统、远动、保信等间隔信息来自SCD 文件导入；6）监控系统间隔分图和测控装置液晶显示接线图一致；7）测点名称统一修改。另外，基于站内统一配置模型，可以减少站内高级应用模块的配置。采用源端维护减少配置并取消通信对点，效果包括：1）生成站内61850 完整模型，SCD 文件中需要包括SSD 部分，且按照要求体现一次设备和二次设备自身、及二次设备功能的关联。2）转换生成主站通用CIM 模型，建立站内SCD 模型和主站CIM 模型的映射关系。3）建立了主站模型和站内模型、数据的关联关系。主站可以根据模型自上而下订阅站内数据，代替传统的站内配置转发表并手动并逐点核对的方式。基于间隔SCD 的集成，间隔SCD 模板文件由设备制造厂家在研发或调试阶段完成，并进行归档版本管理，在厂内就保证了间隔内连线的正确性，站内集成只需要考虑跨间隔的信号联系。可以减少工程现场集成工作，降低风险，提高工程实施效率。通过设备标准化的思路，可以 1）标准化设备功能、配置、调试及运维方法，降低对工程人员专业要求。2）推动通信接口标准化，实现设备功能自描述，为设备即插即用提供技术条件。3）规范设备运行维护接口，为智能变电站无人运维和机器人运维创造条件，提高智能化水平。分环节自动对点的方案把站内通信调试分为3 个环节，分环节采用自动调试工具保证整体测点的正确性。采用基于虚拟链路的远程调试技术，可以给给被调试装置和其调试软件之间建立了一条网络隧道，被调试装置和其调试软件不需要做任何改动。主子站之间建立的虚连接可以穿过调度数据网和加密装置，没有网络安全上的限制，实现站内装置的调试软件直接在远方主站运行。结论：本文提出了自动化统一配置工具、源端维护、设备标准化、分环节通信对点和基于虚拟连接的远程调试方法等技术，并通过工程试点验证，得到了良好的效果，可以现在提高工程实施效率。其中基于间隔SCD 模板文件实现系统集成的方案、分环节通信对点方法和基于虚连接的远程调试技术解决了现阶段直接面对的痛点问题，具有一定的推广意义。

来源出版物：电力系统自动化， 2017， 41(11)： 173-180

入选年份：2017

电网调控分布式SCADA 系统体系架构与关键技术

郑宗强，翟明玉，彭晖

摘要：目的：随着特高压电网的大规模建设，电网调控系统实时数据规模快速增加。国/分调一体化建设后现有电网调控SCADA 系统实时数据处理能力面临着越来越严峻的挑战。通过提升单机硬件配置的方式来解决这些问题，升级成本高，可扩展性不强。本文提出并实现了电网调控分布式SCADA 系统，实现实时数据在多机上的分布式处理，提升SCADA 系统的数据吞吐能力、实时性、可扩展性和可靠性。方法：1）提出总体架构：分布式SCADA 系统在架构上分为4 个层级：a）基础设施层：包括服务器、存储设备、网络设备等及其上层操作系统等，这是系统运行的基础；b）分布式资源与任务管理层：分布式资源管理包括节点状态和资源状态管理，分布式任务管理包括任务负载均衡、故障冗余等主要功能；c）分布式实时数据管理层：通过实时数据分区、分布式存储、分布式数据定位、分布式数据冗余互备、透明访问接口为分布式SCADA 中的处理任务提供实时数据支撑；d）分布式数据处理层：在资源管理和数据分布的基础上，借助分布式任务管理将原来单机串行处理的SCADA 功能，分布到多机上进行处理，以提升SCADA系统的性能。2）攻克关键技术难题，包括：a）分布式资源和任务管理技术。分布式资源管理负责监视系统中节点的投入/退出状态以及各运行节点CPU、内存等资源的占用状态；分布式任务管理根据资源使用状态实现任务的迁移，确保服务器间的负载均衡，同时实现故障冗余处理，保障分布式SCADA 系统的可靠性。b）分布式实时数据管理技术。它包括数据分片与存储技术，实现基于数据水平分片、垂直分片的分布式存储和处理；包括分布式数据定位与访问技术，利用分布式索引与定位，实现分布式数据的快速透明访问；包括分布式数据冗余备份技术，通过主、热备和冷备数据技术，确保系统的可靠性。c）分布式实时数据处理技术。它包括分布式数据采集、遥信/遥测数据分布式处理、分布式公式计算、分布式拓扑计算等技术，在前述支撑平台技术基础上，实现SCADA 任务在多机的分布式并行处理。结果：为了测试分布式SCADA 系统实时数据处理的性能，在2～8 台SCADA 服务器的测试环境下，分别测试分布式SCADA 系统在2、4、8 个服务器节点数情况下的遥信数据处理能力，测试结果表明，和传统方式下单服务器遥信处理吞吐率每秒8000 个相比，8 节点服务器遥信处理吞吐率达到了每秒46000 个左右，性能提高约5.7 倍。而且，可以看出，随着节点数的不断增加，系统整体吞吐率可成倍提升，具备良好的扩展性。结论：1）本文研究成果可以有效解决特高压交直流混合电网背景下电网调控系统SCADA 实时数据处理所面临的数据吞吐能力、实时性、可扩展性、可靠性上的诸多问题。2）研究成果在某大型地区调度、省级数据中心等现场投入运行，取得了良好效果，具有广泛的推广前景。3）通过调控系统间的协同实现实时数据分布式处理是另外一个可行思路和重要的研究方向，可以继续开展研究。

来源出版物：电力系统自动化， 2017， 41(5)： 71-77

入选年份：2017

电力信息物理融合系统中的网络攻击分析

汤奕，王琦，倪明，等

摘要：目的：电力信息物理融合系统（cyber physical power system， CPPS）借助大量传感设备与复杂通信网 络使现代电力系统形成一个实时感知、动态控制与包含信息服务的多维异构复杂系统。信息流交互使得电网面临更多潜在威胁，近年来频发的网络攻击影响电网稳定运行事件敲响了电力系统安全的警钟。本文中提出了CPPS 领域中网络攻击的定义与分类方法，归纳和分析了CPPS 网络攻击典型场景，并对国内此方面研究现状进行了总结与展望。方法：通过对乌克兰电网网络攻击事件实例的分析和网络攻击试验的回顾，指明网络攻击的可行性和研究必要性；基于通信网络覆盖范围和攻击目标，将网络攻击进行分类，总结其典型目标和典型方式；基于CPPS 典型环节，总结攻击场景和重点保护目标；基于我国的信息安全建设和研究现状，综合对CPPS特点的分析，提出未来研究展望。结果：乌克兰电网网络攻击事件的分析得出结果如下：① 网络攻击通过多步过程展开，利用多项攻击技术逐步夺取权限，并相互配合使攻击应对难度上升，导致攻击影响扩大；②工控系统网络隔离漏洞和人为操作错误使恶意网络攻击者有可乘之机。网络攻击按照覆盖范围可分为广域、邻域、家庭网络攻击，按覆盖范围由大到小，采取的通信方式有光纤、卫星通信、蜂窝网络、ZigBee、Wi-Fi、电力线载波、蓝牙和以太网等。按攻击目标可分为针对可用性、完整性、保密性的攻击，其中：可用性攻击通过拒绝服务攻击、黑洞攻击、通信网络拓扑攻击等方式阻碍和延迟通信，造成数据信息中断或不可用；完整性攻击通过虚假数据注入攻击、中间人攻击、重放攻击等方式非法篡改或注入错误数据，使电力物理侧因虚假数据或控制命令而出现错误控制操作；保密性攻击通过暴力密码破解、恶意软件、病毒、利用内部员工等方式进行监听、破解密码等操作，窃取保密信息进行非法利用。CPPS中涉及网络安全的典型应用场合包括输电操作、配电自动化、高级量测体系、需求响应、用户交互等，攻击场景按发电、输电、配电、用电环节总结如下：发电侧常见攻击为本地控制中攻击自动励磁装置、调速装置，广域控制中篡改自动发电控制功能中的采集数据和发出指令；输电侧常见攻击为针对数据采集与监控系统、能量管理系统和广域量测系统的虚假数据注入攻击和拒绝服务攻击；配电侧常见攻击为针对高级量测系统、配电自动化、分布式电源的完整性、可用性、保密性攻击；用户侧常见攻击为针对实时电价、用户与能源供应商信息交互过程、混合动力汽车等主动负荷的完整性、保密性、可用性攻击。对中国CPPS 网络安全的分析可归纳出以下特点：①网络攻击尝试是真实存在的，网络攻击威胁风险随着CPPS 推行不断提高；②中国电力信息系统网络架构较坚强，需要提高设备可信建设。中国当前CPPS 网络攻击研究包括：①信息网络失效对电力二次系统影响的研究；②信息与电力系统交互影响机理研究；③配电网CPPS 开放式通信体系和网络安全技术；④信息物理融合的监控检测技术研究；⑤信息物理融合联合仿真平台。考虑当前研究现状和CPPS 发展趋势，未来CPPS 网络攻击研究工作需关注：①主动配电网环境下的CPPS 网络攻击研究；②考虑网络攻击的CPPS可靠性评估方法；③网络攻击环境下的CPPS 混合仿真方法。结论：国内现有关于CPPS 网络攻击的研究还处于起步阶段，但随着能源互联网的发展和CPPS 的进一步推行，电网将面临更多潜在的威胁，未来关于CPPS网络攻击的重点研究方向应包括：主动响应配电网环境下的CPPS 网络攻击研究；考虑网络攻击的CPPS 可靠性评估方法；网络攻击环境下的CPPS 混合仿真方法。

来源出版物：电力系统自动化， 2016， 40(6)： 148-151

入选年份：2017