智能变电站二次设备软件版本在线管控系统的设计和应用

郭利军 茹东武 卫 星 侯俊飞 车 帅

(许继电气股份有限公司 河南 许昌 461000)

0 引 言

国家电网公司在2019年年中工作会议中要求推进“三型两网”世界一流能源互联网企业建设,实现“三型两网、世界一流”的战略目标。智能变电站作为“两网”中坚强智能电网的重要环节,承担着能源流在电网传输中的电压变换、电能分配、潮流控制等重要作用,其能否安全稳定运行也决定了坚强智能电网的运行质量[1-3]。

为保证智能变电站安全稳定运行,站内二次设备的软件程序或配置文件会根据需要进行升级或更新,如网络环境变更时需要更新网络配置文件,为提高安全性需要升级驱动程序等[4]。目前对二次设备进行程序更新时,没有通用专业的系统来提供这些服务,需要运维人员使用专有工具连接二次设备,校核软件版本及校验码后,再手动更新程序。因智能变电站内二次设备种类众多,包括测控装置、保护装置、PMU采集器等,不同厂商不同装置有各自的专有维护工具。这种通过人工进行软件管理的方式来进行软件升级,界面复杂,操作繁琐,误操作的风险很高[5-8]。

因此迫切需要开发一套智能变电站二次设备软件在线管控系统,完成对变电站安全I区接入站控层网络的二次设备进行软件集中在线管理和控制,避免误操作,以保障变电站二次设备的安全稳定运行。

1 整体思路

二次设备软件在线管控系统部署于站控层,通过站内站控层公用网络与二次设备进行通信,软件在线管控的对象指变电站安全I区所有接入站控层公用网络的二次设备,包括测控装置、PMU采集器、保护装置、稳控装置等;管控的软件类型包括驱动程序、功能程序、网络配置文件等[9-12],其通信数据流向如图1所示。

图1 系统部署位置及数据流

变电站二次设备经调试验收后,将驱动程序、功能程序、网络配置文件等签入到在线管控系统中,后期运行维护时再执行签出操作,修改后通过网络装载到二次设备中,验收后再次进行签入操作,实现软件版本可追溯的全生命周期管控。

2 系统总体方案设计

2.1 系统架构设计

经过缜密的调研和需求分析,在线管控系统需要按实现以下功能才能满足实际应用和安全审计要求,主要包括:新增装置、装置软件签入及签出、装置软件版本管理、网络装载、软件版本在线校核及异常告警、告警信息存储和查询、权限管理、操作信息记录及检索等,系统整体框架如图2所示。

图2 系统设计架构

完成二次设备软件在线管控功能主要实现以下关键环节:

1) 智能变电站工程配置软件生成的程序和文件与在线管控系统的软件版本存储路径相互独立。

2) 软件签入时,拷贝源文件并创建新的版本;软件签出时,直接覆盖智能变电站工程配置软件路径下的相关文件,智能变电站工程配置软件应能在签出文件基础上完成重新编辑工作。

3) 能提取任一版本进行网络装载,装载成功后将相应版本置为基准版本。

4) 使用专用数据库存储所有版本软件的存储路径、版本状态、下装时间等信息。

5) 在线校核周期性的提取本地基准版本的版本/CRC信息,在线调取二次设备的版本号/CRC进行比对,不一致时发出告警信息,告警信息可查询。

6) 在同一人机交互界面上进行的各种操作,如签入、签出、下装等,可记录、可查询。

7) 权限管理应支持浏览、配置更改、签入/签出、网络装载等权限种类。

8) 审计信息应详细记录,应包括操作人、操作时间、操作内容等所有关键信息。

2.2 运行界面设计

系统运行主界面设计不仅要满足功能统一、操作简便的要求,更要符合易用性、规范性、合理性要求[13-16],主要由菜单栏、变电站装置树列表、装置基准版本及历史版本信息展示表格、版本校核不一致实时告警窗组成。其中,变电站装置树列表s按变电站-电压等级-间隔-装置-软件类型(驱动程序/功能程序/网络配置文件)的层次结构组织,系统运行界面如图3所示。

图3 系统运行界面

各交互页面具体规划如下:

1) 主界面主要由菜单栏、变电站装置树列表、装置基准版本及历史版本信息展示表格、版本校核不一致实时告警窗组成。

2) 菜单栏:包括文件、新增、签入、签出、网络装载、版本不一致信息查询、操作信息检索等。

3) 变电站装置树列表:按变电站-电压等级-间隔-装置-软件类型(驱动程序/功能程序/网络配置文件)的层次结构组织;左键点击装置节点时,右侧表格显示该装置所有文件类型的基准版本及历史版本信息,点击装置下文件类型节点时(如驱动程序),右侧表格显示相应文件类型的基准版本及历史版本信息,点击其他节点时,右侧表格显示为空。

4) 装置基准版本及历史版本信息展示表格:展示文件名称、文件类型、版本、校验码、当前状态、最后修改时间、最后下装时间、基准版本等信息。当前状态包括正常及签出两种状态,最后修改时间从文件时间戳提取,最后下装时间为当前文件执行网络装载时的后台时间,基准版本根据最后下装时间判定,同种文件类型下最大下装时间的文件即为基准版本。

5) 版本校核不一致实时告警窗:实时展示软件版本在线校核不一致信息,包括装置名称、文件名称、文件类型、告警事件及时间等。

3 关键技术

装置的驱动程序、功能程序、网络配置文件等版本备份在经过工程测试后,要交付到软件管控系统中,进行集成存储和管理。对装置备份的变更管理采用签入、签出机制,即在进行装置备份的修改变更前进行签出,修改完成后进行签入。签出后,由签出人员进行备份修改,已经签出的装置备份,不允许再次签出,修改完成后通过网络将装置备份装载到二次设备中,在工程验收后,由修改人员完成签入。同时启动该装置的版本在线校核计算,异常时告警。

3.1 版本签入

工程经测试验收后,以装置为单位将各厂家提交并审核通过的驱动程序、功能程序、网络配置文件添加至软件在线管控系统。管控系统从装置程序版本文件中读取版本号,并计算文件CRC校验码,保存新建版本的文件路径名、文件类型、版本号、校验码、装置名称等信息到数据库软件版本信息表中,设置此版本信息为装置的基准版本,同时将装置备份文件添加到系统版本数据库中,完成装置版本签入,业务流程如图4所示。数据库中创建的软件版本信息表模型如表1所示。

表1 软件版本信息表

图4 签入功能流程

3.2 版本签出

从软件管控系统中选择装置当前基准版本或任一历史版本功能程序、网络配置文件,签出至智能变电站工程配置软件中,对于签出过程中的同名文件,直接用软件管控系统中的文件覆盖智能变电站工程配置软件路径中的文件。智能变电站工程配置软件以签出版本为基础完成功能逻辑及网络通信部分修改,重新编译生成新版本的功能程序、网络配置文件,等待系统审核后签入软件管控系统。

3.3 网络装载

将选中的装置软件和文件,使用TCP/IP协议通过站控层网络下装至装置。软件和文件网络装载成功后,更新下装文件的最后下装时间信息,并将其基准版本标志设置为true。为了保证网络装载的可靠、安全、通用,使用TFPS文件传输服务来实现,可实现同时对多台装置进行功能程序或网络配置文件的装载,网络装载流程如图5所示。

图5 网络装载功能流程

3.4 软件版本在线校核

设备软件版本在线校核服务可周期或手动召唤站内各设备版本号、CRC校核码,将召唤信息与管控系统内基础版本信息进行比对,比对信息不一致时输出版本校核异常告警,提示运维人员进行版本维护,并生成版本校核数据简报存入数据库,数据可追溯,其流程如图6所示。

图6 软件版本在线校核流程

软件版本在线校核操作步骤如下:

1) 通过文件传输服务,周期或人工召唤二次设备驱动程序/功能程序/网络配置文件,存入管控系统文件数据库中。

2) 解析文件中的版本信息并计算版本文件CRC16校验码;CRC16校验算法如下所示:

1 unsigned short calcrc(unsigned char*pbuf,int nlen,int nVal){

2 unsigned long Temp;

3 unsigned long crcCode=nVal;

4 int i,j;

5 for(i=0;i

6 Temp=pBuf[i]<<8;

7 crcCode=crcCode^Temp;

8 for(j=0;j<8;j++){

9 crcCode=crcCode &0xFFFF;

10 crcCode=crcCode<<1;

11 if(crccode>0xFFFF){

12 crccode=crccode^0x1021;

13 }

14 }

15 }

16 crcCode=crcCode &0xFFFF;

17 return crcCode;

18 }

3) 根据设备索引信息,从管控系统版本数据库中进行该设备当前版本及CRC信息的检索。

4) 将步骤2)与步骤3)中的版本、CRC信息进行比对,有差异时表示装置运行程序发生变化,发送异常告警提示,并生成校核简报,无差异时直接生成校验简报存入历史数据库。

扩展版本校核告警信息内容,具体模型如表2所示。

表2 软件版本校核告警信息模型

3.5 权限及审计管理

通过配置用户组及扩展权限位,来实现权限管理功能,分为用户角色管理和用户权限管理两部分[17-20],具体功能如下:

1) 用户角色管理:即用户组管理,需配置管理员、维护人员、操作员和浏览人员等角色。

2) 用户权限管理:扩展“浏览、配置更改、签入/签出、网络装载”等权限位,在执行具体操作时判断当前用户是否具有该操作权限。

用户在软件管控系统进行签入、签出、取消签出、配置修改、网络装载等重要操作时,发出操作记录告警信息,在告警窗口进行实时展示,审计模块完成记录操作信息并至历史数据库中,以供审计专员检索,完成审计功能。

审计信息具体模型如表3所示。

表3 审计信息模型

4 在线管控系统的应用

目前该系统已经成功应用在某省某220 kV变电站试点工程中实现了对二次设备程序、配置的全生命周期管理,系统运行效果如图7所示。

图7 系统运行效果图

图8 系统应用前后站内设备维护时间对比

通过在线管控系统的应用,变电站内二次设备检修和更换任务变得更加高效、安全,节省人力物力,大幅缩短操作时间,操作时间可降至原来的20%以下,同时规范了操作流程,可有效减少人工操作出错概率,降低设备运维、检修期间产生的运行风险。

5 结 语

智能变电站二次设备软件版本在线管控系统可完成变电站安全I区接入站控层网络的二次设备软件版本进行集中在线管理和控制,并在220 kV变电站进行试点运行,该系统能够更加高效、安全地对站内二次设备进行检修、更换,可将操作时间压缩至原本的20%以下,大大提高了工作效率,规范了操作流程,有效减少人工操作出错概率,降低设备运维、检修期间产生的运行风险。该系统的推广应用对提高智能变电站的安全运行质量具有一定的积极意义。