CN106709580A - 一种变电站二次系统运维云平台 - Google Patents

一种变电站二次系统运维云平台 Download PDF

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CN106709580A
CN106709580A CN201710024157.1A CN201710024157A CN106709580A CN 106709580 A CN106709580 A CN 106709580A CN 201710024157 A CN201710024157 A CN 201710024157A CN 106709580 A CN106709580 A CN 106709580A
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郑志勤
于同伟
宋保泉
闫振宏
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国家电网公司
国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院
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Abstract

本发明公开了一种变电站二次系统运维云平台,就地层和集控层,均被配置为直接从生产管理系统读取数据实现设备管理、运行管理、故障处理、值班管理和检修管理,就地层和集控层之间通过调度数据网交换电网运行数据,通过综合数据网交换运维管理的数据;就地层,均包括站控层、间隔层和过程层,所述过程层,包括变电站的所有一次设备,并将本层的一次设备信息通过对应的检测设备传输至站控层;所述间隔层,包括变电站的所有二次设备,并将本层的一次设备信息通过对应的检测设备传输至站控层;本发明将云计算技术、大数据技术、物联网技术和移动互联技术相结合,通过将各安全区内不同二次运维系统间的数据接口、调度统一化,实现运维信息的良好管理。

Description

一种变电站二次系统运维云平台

技术领域

[0001] 本发明涉及一种变电站二次系统运维云平台。

背景技术

[0002] 随着社会经济的发展,能源短缺问题日益严峻、结构性矛盾日益突出。一方面用户 对供电可靠性要求不断提高,服务需求更加多样,使电网运营面临巨大挑战。为了应对这些 挑战,电网企业积极推进电网建设、优化电网结构,这对电网安全稳定与控制技术提出了更 高的要求,另一方面,在面临经济快速发展、能源紧缺的形势下,发展智能电网是电网企业 实现转型的主要技术方向。世界各国都投入大量人力、物力进行深入研宄。变电站智能化是 智能电网的重要基础和支撑节点,如何转变管理理念,面向变电站运行、维护、检修、试验等 生产运行人员的工作需求,提高自动化水平,简化操作步骤,以提升驾驭电网的能力和提升 电网资产运营效益是亟待探索及研宄的课题。

[0003] 通过对目前变电站运行管理现状调研与分析,可以看出目前变电运行管理工作还 存在以下主要问题:

[0004] 目前变电站内除后台监控系统外,普遍存在多个独立功能系统,例如:视频及环境 监控系统、保安系统、保信系统、独立五防系统、电能量采集系统、电能质量监测系统和在线 监测系统。运行人员使用不方便,须记住很多密码,学会不同系统的应用,影响综合判断的 速度。各个厂家的后台监控系统普遍存在功能、界面差异大和不统一,新旧版本不能无缝衔 接甚至稳定性差。需要尽快进行接口、功能规范和界面等标准化。功能、界面不标准会影响 运行人员的应用习惯和使得的便捷性。实时生产信息的监控与运行管理相关的系统未能有 效整合,在一定程度上对运行业务的全面展示造成障碍。

[0005] 无人站生产辅助类设备缺乏实时管控。随着地下站、半地下站、500kV变电站以及 大容量变电站的不断增加,变电站的通风、排污、空调、消防、保卫、水喷雾系统等附属设施 的重要性已日益凸显。附属设施运行是否良好对变电站整体的安全运行起着至关重要的作 用,发生问题监视不到位造成处理延误可能给变电站带来毁灭性灾难。

[0006] 同时,传统管理模式下生产管理工作的开展主要依赖于专业管理人员,由于人员 素质和经验的差异,容易出现执行过程中标准不统一的现象。此外由于生产管理标准化程 度的限制,无法避免由于人员因素造成的管理环节脱扣、效率低下等问题。

[0007] 实时生产信息的监控与运行管理相关的系统未能有效整合,在一定程度上对运行 业务的全面展示造成障碍。生产的全过程管理未真正闭环。传统管理模式下,虽然从生产的 源头计划环节到执行环节都进行了相应管控,开展了生产承载能力预控,制定下发了标准 化作业指导书,但对于工作现场标准化作业执行情况仍缺乏有效的监管手段,对工作质量 的管控精细程度不足,距离生产全过程闭环管理要求仍有一定差距。

[0008] 目前后台监控系统已存在各类告警信息量太大,未经预处理,一旦发生复杂故障, 会出现信息量巨大,分析困难的现象,也会增加数据储存的硬件投入。智能告警功能可有效 过滤非重要信息,让运行人员尽快判断故障类别,并进行正确处理。目前后台监控系统只是 具备告警信息列表、遥测量等的直观式数据,暂时未能对所有采集的数据进行科学分析,自 动判断设备^态、故障类别和值得注意的事项等。

[0009]生产指挥系统执行不畅,故障实时处理能力有待提升。变电专业所辖变电站发生 事故、异常时,一般由电网控制中心通知相应操作队,操作队根据情况上报变电专业生产值 班室,值班室人员安排检修人员处理。在整个生产流程中,存在以下弊端:电网控制中心对 电网把握比较准确,但对现场设备情况了解深度不够,操作队人员到现场后才能反馈现场 设备准确状态,导致抢修启动时间较长;设备抢修生产环节多,容易发生转述错误;变电专 业生产指挥作为重要的处理环节,却不掌握现场实时情况,只能根据上报的信息进行简单 的判断和调度。因信息量不足导致对抢修力量安排不合理,造成处置时间长,生产指挥系统 执行不畅。

发明内容

[0010]本发明为了解决上述问题,提出了一种变电站二次系统运维云平台,本发明将云 计算技术、大数据技术、物联网技术和移动互联技术相结合,通过将各安全区内不同二次运 维系统间的数据接口、调度统一化,能够实现运维信息的良好管理。

[0011]为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

[0012] —种变电站二次系统运维云平台,包括集控层、智能远动机和多个就地层,其中: [0013]所述就地层和集控层,均被配置为直接从生产管理系统读取数据实现设备管理、 运行管理、故障处理、值班管理和检修管理,就地层和集控层之间通过调度数据网交换电网 运行数据,通过综合数据网交换运维管理的数据;

[0014]所述就地层,均包括站控层、间隔层和过程层,所述过程层,包括变电站的所有一 次设备,并将本层的一次设备信息通过对应的检测设备传输至站控层;所述间隔层,包括变 电站的所有二次设备,并将本层的一次设备信息通过对应的检测设备传输至站控层;

[0015]所述站控层通过调度数据网、综合数据网与就地层和集控层进行数据传输和通 {目;

[0016]所述智能远动机被配置为实现变电站对外数据传输和访问服务,收集全站间隔层 和过程层的数据,将信息上传至调度主站和集控层,将调度主站和集控层下发的遥控、遥调 命令向变电站间隔层转发。

[0017]所述二次设备包括:智能组件、在线监测IED、测控装置、保护装置、PMU装置、故障 录波器、安稳装置及计算机。

[0018] 所述站控层,包括全景数据单元、监控单元和运维管理单元以及展示单元,其中:

[0019] 所述全景数据单元,建立数据调动分区,将就底层通过智能远动和集控层交换的 数据、以及就地层和集控层通过综合数据网交换的数据分别分成安全I区和III区,配置单 向隔离通道使数据只能单向从安全I区发布到安全III区;

[0020] 所述监控单元,从全景数据单元I区存取得数据,运维管理单元从全景数据单元 III区获取数据,分别交友展示单元进行展示。

[0021] 所述全景数据单元连接SCADA数据子系统、状态监测子系统、一体化电源子系统、 保护子系统、PMU子系统和故障录波子系统,将反映变电站各子系统以及运行的稳、暂、动态 各类数据通过统一的数据接口接入,在站端完成数据集成和数据标准化。

[0022]所述全景数据单元设置专家知识库,存放专家提供的告警与故障分析知识,建立 变电站故障信息的逻辑和推理模型,给出某个告警信息或某种事故类型的原因、描述、处理 方式或/和硬接点信息的图解。

[0023]所述站控层,配置有视频监测设备,监测过程层和间隔层设备的视频信息,同时将 采集的视频信息通过综合视频网上传至视频主站,且该视频数据配置单独的通信网络。 [0024] 所述站控层的通信网络架构被配置为实现实时数据、准实时数据、管理数据和控 制命令的传输,实时数据通过DL/T 860的MMS通信方式实现站控层与间隔层之间的数据交 互;向量测量装置与站控层系统的信息传输独立组网,故障录波报文与电能质量信息上送 信息以文件或大数据块方式提供,分别独立组网。

[0025] 所述站控层的通信网络架构被配置为实现SV、G⑻SE信息数据传输;保护设备跳闸 采用点对点通信方式,信息采集采用点对点通信方式接入SV数据;测控类设备依据具体情 况采取网络采集SV或网络跳闸,优选的,SV数据与G00GSE信息不共网传输,采取物理网络隔 离方式布置。

[0026]网络通信架构均以独立进程运行,以消息接口方式与其它应用接口,接收网络数 据,送给数据需求方,其它应用把要求发送的数据提交给网络,进行发送。

[0027]在站控层、过程层网络中,分别配置网络通信记录、分析设备,将网络状态信息上 传至站级监视系统,实现集中的可视化监视,通过对通信报文的分析,检验通信报文的编码 正确性、参数合法性或时序合理性指标,并依据检测数据对网络状况进行评估。

[0028] 所述过程层的设备向间隔层设备上送测量SV数据、状态开入量GOOSE信号;间隔层 设备向过程层设备下发控制信号。

[0029]所述集控层包括云计算平台和云存储平台,所述云计算平台由云计算资源池和云 计算管理系统组成,云计算资源池包括由多台服务器提供的CPU以及云计算资源管理系统, 云计算管理系统包括IaaS云计算管理系统和PaaS云计算管理系统,IaaS云计算管理系统根 据需求快速的生成虚拟机供业务使用,并提供全平台的Q0S以及高可用保障机制,同时实现 资源的动态伸缩和平行扩展,PaaS云计算管理系统实现应用的快速上线和动态伸缩。

[0030]所述云存储平台包括云硬盘和对象存储,其底层的存储资源是通过硬盘虚拟化技 术将服务器本地硬盘进行池化,利用多数量的硬盘构成分布式存储群。

[0031]所述集控层的云计算平台延伸到异地灾备中心,通过云硬盘备份功能,实现数据 备份的逻辑上统一、物理上隔离。

[°032] 所述就地层和集控层采用IEC 61850标准,通过共享建模技术将变电站SCD模型转 换生成IEC 61970 CIM模型,同时生成SVG单线图,以及IEC 60870-5-104通信映射点表,直 接应用于变电站和调度主站的无缝通信,经过转换后的变电站模型,以CIM XML的形式描述 变电站的设备模型,包括间隔、母线、开关、刀闸、接地刀闸、交流线段、容抗器、发电机、负荷 和终端设备,以及设备间的完整拓扑关系。

[0033] 本发明的有益效果为:

[0034] (1)网络通信以独立进程运行,以消息接口方式与其它应用接口,它接收网络数 据,送给数据需求方,其它应用把要求发送的数据提交给网络,由网络层负责发送。这样网 络独立成系统,与主系统有相应的隔离性,做到网络硬件升级换代时,系统软件不受影响, 整个系统其它软件不需要做任何改动,就能运行于新的网络环境中,只有做到这样才能做 到网络升级时,整个系统的运行不受影响。

[0035] (2)全景数据单元的设置改变了变电站各个子系统数据采用不同编码规则、不同 数据库平台所形成的若干信息孤岛。将原独立设置的各类子系统功能,经过整理全部融合, 在统一平台上进行必要的数据结构重构,提高了数据利用率和互动性,提高系统的可靠性、 集成性及维护性;

[0036] (3)全景数据平台对站内高级应用提供来源唯一、全面、标准的信息数据源和统一 面向模型的数据接口;对变电站开放标准化的全景信息数据,实现全站应用功能在站控层 后台的一体化配置及可视化展示。

[0037] (4)利用云平台的分区域部署特性,将本地云计算中心的云平台延伸到异地灾备 中心。通过云平台内部的云硬盘备份功能,实现数据备份的逻辑上统一、物理上隔离,这样 既可以保证数据备份的统一性和数据恢复的简便度又可以实现数据异地灾备的安全性。 [0038] ⑸云计算管理系统包括IaaS云计算管理系统和PaaS云计算管理系统,IaaS云计 算管理系统可以根据需求快速的生成虚拟机供业务使用,并提供全平台的QOS以及高可用 保障机制,同时可以实现资源的动态伸缩和平行扩展。PaaS云计算管理系统可以实现应用 的快速上线和动态伸缩。

附图说明

[0039]图1为本发明的二次系统运维云平台逻辑架构图;

[0040]图2为本发明的二次系统运维云平台数据流图;

[0041]图3为本发明全景数据平台结构示意图;

[0042]图4为本发明全景数据平台数据采集及处理流程图。

具体实施方式:

[0043] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

[0044]二次系统运维云平台系统架构如图1所示,二次系统运维云平台(就地)和二次系 统运维云平台(集控)都直接从生产管理系统读取数据实现设备管理、运行管理、故障处理、 值班管理和检修管理。同时二次系统运维云平台(就地)和二次系统运维云平台(集控)之间 通过调度数据网交换电网运行数据,也通过综合数据网交换运维管理的数据。

[0045]智能远动机实现变电站对外数据传输和访问服务,是变电站的唯一数据出口。收 集全站测控单元、保护装置等设备的数据,将信息上传至调度主站和二次系统运维云平台 (集控);将调度主站和二次系统运维云平台(集控)下发的遥控、遥调命令向变电站间隔层 设备转发。

[0046]二次系统运维云平台(就地)包括一次部分和二次部分。一次部分包括变压器、开 关设备、互感器、避雷器、电容器、电抗器等;二次部分可分解为站控层、间隔层和过程层。 [0047]二次部分间隔层和过程层将根据运维一体化云平台的要求需要修正和补充的标 准和规范,参见附录一标准体系。

[0048]二次部分站控层包括全景数据平台、监控平台、运维管理和展示中心四个部分,其 功能定义如下:

[0049] 1 •全景数据平台:实现数据采集与交互、数据建模、数据存储和数据管理等功能。

[0050] 2.监控平台:实现对电网运行监视、设备状态监测、操作与控制、在线式五防等功 能。

[0051] 3 •运维管理:实现变电站运行管理、设备管理、事故处理与分析、技术管理等功能。

[0052] 4•展示中心:通过可视化技术,为厂站运行管理提供导航、分析、操作和决策支持 等功能,提供可定制的人机界面。

[0053] 二次系统运维云平台(就地)中包括以下三种数据:

[0054] 1.监控平台数据:二次系统运维云平台(就地)通过智能远动和调度主站与二次系 统运维云平台(集控)交换。属于安全I区。

[0055] 2.运维管理数据:二次系统运维云平台(就地)和二次系统运维云平台(集控)之间 通过综合数据网交换数据。属于安全III区。

[0056] 3.MIS数据:二次系统运维云平台(就地)和二次系统运维云平台(集控)通过综合 数据网直接访问生产管理系统。属于安全III区。

[0057] 全景数据平台分为二个部分,分别是I区全景数据平台和III区全景数据平台。单 向隔离装置将这二个部分分开,使得数据只能单向从安全I区发布到安全III区。这二个部 分使用统一的建模,但各自独立采集、存储和管理数据。根据功能需要,I区全景数据平台的 数据就可以全部或部分的发布到III区全景数据平台。

[0058] 1.视频信号单独走网。

[0059] 2•监控平台从I区全景数据平台存取得数据,运维管理从III区全景数据平台获取 数据。

[0060] 3.监控平台具有电网运行监测、装置信息管理、故障录波管理、一次设备告警、二 次设备告警、网络监测、智能告警、电网运行控制、视频显示及联动功能、防误操作、无功优 化控制、程序化控制、站域控制等功能。

[0061] 4•运维管理分为设备管理、运行管理、故障处理、其他功能4类。

[0062] 5•设备管理类包括设备台账管理、设备缺陷管理、运行记录、状态评估、巡视管理;

[0063] 6 •运行管理包括值班管理、检修管理、运行日志管理、定值单管理;

[0064] 7 •故障管理包括故障信息集成、故障综合分析、事故处理记录、故障信息管理、典 型事故预案设计;

[0065] 8 •其他功能包括KPI展示、视频及环境监控、技术资料管理。

[0066] 9 •展示中心通过可视化技术,为变电站运行管理提供导航、分析、操作和决策支持 等功能,提供可定制的人机界面。

[0067] 二次系统运维云平台的通信网络应尽量采取统一组网的方式实现。通信标准应以 DL/T 860标准为主,PMU与站控层设备应符合IEEE 1344标准^不符合通信标准的间隔层设 备宜通过规约转换器转换成相关标准上送到站控层。二次系统运维云平台网络架构分为站 控层网络、间隔层网络及过程层网络。

[0068]站控层网络,实现实时数据、准实时数据、管理数据和控制命令的传输,一般实时 数据应通过DL/T 860的MMS通信方式实现站控层与间隔层之间的数据交互;向量测量装置 (PMU)与站控层系统的信息传输应独立组网,故障录波报文与电能质量信息上送信息一般 以文件或大数据块方式提供,应分别独立组网;视频传输数据量较大,亦应独立组网。实现 间隔层各保护、测控设备之间的goose信息(联闭锁信息、失灵启动)等信息传输。

[0069] 过程层网络,实现SV、G00SE信息数据传输;保护设备跳闸采用点对点通信方式,信 息采集采用点对点通信方式接入SV数据;测控类设备依据具体情况可采取网络采集SV及网 络跳闸。SV数据与G00GSE信息不宜共网传输,宜采取物理网络隔离方式布置。

[0070] 全站网络应采用高速以太网组成,星型连接方式,传输速率不低于100Mbps,部分 中心交换机之间的连接可采用1000Mbps数据端口互联,宜使用屏蔽双绞线或光纤作为传输 介质。

[0071] 二次系统运维云平台数据流如图2所示,二次系统运维云平台数据流主要包含:过 程层与间隔层之间的数据流;间隔层设备之间的数据流,间隔层与站控层的数据流;站控层 各大模块之间的数据流。

[0072] 过程层与间隔层之间的数据流包含:过程层设备向间隔层设备上送的测量S v数 据;状态开入量GOOSE信号;间隔层设备向过程层设备下发的控制信号。

[0073]间隔层设备之间的数据流包含:设备之间的GOOSE信号传输,一般为同间隔内设备 信息交换。

[0074]间隔层与站控层的数据流:包括跨间隔设备之间的GOOSE信号传输;间隔层设备与 站控层之间主要以MMS信息的传输。

[0075]站控层系统米用了统一管理的全景数据平台,所有间隔层数据应统一进行存储到 全景数据平台。

[0076]站控层各大模块之间的数据流:全景数据平台建立统一的实时库及商用数据库, 安全I区建立监控实时库,安全III区建立运维实时库;监控实时库与运维实时库采取内部数 据总线的方式实现部分实时数据传输。

[0077]运维数据库需要的管理信息需从MIS系统中直接获取,宜采用WebService的方式 实现信息交互。

[0078]智能变电站二次系统运维云平台包括云计算平台和云存储平台。

[0079]云计算平台主要由云计算资源池和云计算管理系统组成,云计算资源池包括由多 台服务器提供的高性能CPU以及云计算资源管理系统。云计算管理系统包括laaS云计算管 理系统和PaaS云计算管理系统,IaaS云计算管理系统可以根据需求快速的生成虚拟机供业 务使用,并提供全平台的Q0S以及高可用保障机制,同时可以实现资源的动态伸缩和平行扩 展。PaaS云计算管理系统可以实现应用的快速上线和动态伸缩。

[00S0]云存储平台包括云硬盘和对象存储,其底层的存储资源是通过硬盘虚拟化技术将 服务器本地硬盘进行池化,利用多数量的硬盘构成分布式存储群。这样既可以满足业务数 据的集中式存储又可以利用分布式存储架构的高可用和易扩展性。

[0081] 云计算平台

[0082] 通过部署云计算资源池平台,将与变电站二次系统运维云平台部署到可以提供业 务快速扩展、动态伸缩的云计算平台上,达到高可靠、自动化运维的目标。通过Iaas云计算 管理系统和PaaS云计算管理系统的建设,保障云平台上的业务在出现计划外和计划内停机 的情况下能够持续运行。并在建设过程中,提供相关的专业设计和应用迁移服务。

[0083] 其中云计算平台包括如下功能:

[0084]提供Windows、Linux等多种操作系统的虚拟环境管理功能,实现对云主机从创建、 启动、停止、重启、删除、快照、修改规格到离线迀移的全生命周期灵活管理

[0085] 提供对云主机镜像以及快照管理功能,支持自定义镜像上传,支持虚拟机快照以 及恢复操作。

[0086] 提供云硬盘功能,支持灵活的创建、删除以及云主机挂载功能,支持多副本冗余存 储,支持快照以及备份、恢复操作。

[0087] 提供RDS功能,支持用户基于云平台快速创建、设置以及操作MYSQL数据库,支持灵 活扩展资源,及提供高可用及可靠性保障。

[0088]提供对云主机、云硬盘、云存储等虚拟资源的Q0S功能,能灵活对CPU、磁盘10以及 网络带宽等资源进行服务能力限定与保障。

[0089]提供对对云主机、云硬盘、云存储等设备的动态数据监控和自定义规则报警,如: 网络故障、设备状态、服务器状态、虚拟机状态等监控。

[0090] 提供云管理平台的服务门户系统,具备账户管理、权限管理、服务管理、历史查询 统计、信息展示及预警等功能。

[0091] 应用管理:提供主流的应用运行时环境,实现应用程序的生命周期管理,包括应用 的创建、克隆、重启、停止、更新、删除等。可根据应用的访问压力实时调整应用实例,实现应 用的动态伸缩。

[0092] 中间件管理:实现将各类中间件纳入到云平台中统一管理,以服务的方式对外提 供。

[0093]服务治理平台:实现服务注册、服务集成、服务发布、服务管理,是企业公共服务聚 集和共享平台。

[0094]统一运维平台:提供图形化的云平台管理界面,主要功能包含应用运维、中间件运 维和云平台本身的系统运维功能。

[0095] Iaas接口:负责以自动、半自动化的形式协调和管理paaS平台与IaaS平台之间的 资源调配。

[0096] 云存储平台

[0097] 1 •分布式硬盘集群架构。云存储平台将云计算的分布式架构创造性的应用到硬盘 的虚拟化上,通过利用服务器本地硬盘的进行水平集群和堆叠形成一个集中的存储资源 池。先进的云硬盘技术可以将虚拟化的硬盘进行二次虚拟化,向虚拟机提供具备高可用、安 全机制的存储空间。同时云硬盘技术在物理层实现了数据存储备份的跨物理机,即在进行 数据写操作时可以根据具体的备份策略来实时将数据写到不同物理机的硬盘上,这样可以 保证即使在物理机出现单点故障时也不会影响数据的存储和读写,进而保障业务的连续性 和稳定性。

[0098] 2.云存储资源平台配置估算。为满足未来业务发展的需要,假设需要提供13〇T以 上的存储空间,且为了保证数据的安全性提供存储空间的硬盘必须做RAID1策略。因此,建 议配置I9台物理服务器,每台服务器的配置为2*E5_269〇V2 10核3G/320G内存/24*600G SAS/2*万兆以太网卡/2*八通道SAS高性能RAID-9271 (1G缓存)。在这样的配置下,在提供存 储资源的同时也可以向云计算平台提供38〇核物理CPU和接近6T内存的计算资源,相当于可 以提供19〇个2核CPU、32G内存的虚拟机公部署应用使用。在远程灾备系统中,可配备4台大 容里:存储服务器,服务器的配置为2*E5-2440 v2/8*8G DDR3内存/24*2T SATA/2*万兆以 太网卡,这样在远程灾备系统中可以提供g6T的存储空间用于远程数据的灾备。

[0099] 3•云存储高可用性。为了满足云存储的高弹性、易扩展的需求,需要在云平台建设 中弓丨入分布式存储架构。同时为云平台提供存储虚拟化功能,并能提供高可用、自定义化的 数5保障策略。因此云存储应支持跨节点细粒度分布策略,支持跨节点、跨域复制,提供存 储高可靠保障性。云存储应支持存储策略细分选择,支持多副本冗余,支持存储类型以及存 储是否共享选择。

[0100] 4.优化备份架构。在云硬盘的高可用机制中,包括数据的冗余备份机制,可以根据 应用的^别来进行自定义数据的备份级别。由于云硬盘是采用分布式存储架构,因此其备 份也是采用分布式的架构来进行的。采用分布式架构进行备份可以避免单点故障带来的问 题和形成硬盘热点的问题,而且这种架构在备份的恢复机制方面具备自动化恢复的功能。 [0101] 5.远程灾备系统。利用云平台的分区域部署特性,将本地云计算中心的云平台延 伸到异地灾备中心。通过云平台内部的云硬盘备份功能,实现数据备份的逻辑上统一、物理 上隔离,这样既可以保证数据备份的统一性和数据恢复的简便度又可以实现数据异地灾备 的安全性。该系统将来的数据量可能会很大,同时要求整个数据系统24小时不间断运行,因 此对于数据备份的窗口应尽可能小,在出现问题时,能够尽快恢复,以减少备份对应用系统 的影响。

[0102] 平台扩大应用的演进技术路线

[0103] 在智能变电站二次系统运维云平台搭建的基础上,扩大应用范围仅仅是软硬件资 源的配置及调整,以下给出应用扩展所需的软硬件资源及配置模式。

[0104] 全景数据平台将全站数据和子系统信息融合,是变电站系统的技术基础,其主要 任务即提供站内功能所需数据、信息服务,实现信息与服务“一体化”。全景数据平台主要解 决信息的采集、信息的交换、信息的整合、存储和发布,从信息采集端来说,全景数据平台需 要接入不同的监测装置,消除不同装置采集数据模型和接口的障碍。功能示意图如图3所 不。

[0105] 全景数据平台作为基础对上支持各种互动式多组合功能站控层高级应用。全景数 据平台建立了基于统一建模技术的实时数据库和应用无关的图形基系统。实现数据归一化 模块和数据校验模块,并提供基于模型的API/SQL数据存取接口,以进行历史看存储服务, 提供标准化通信接口,实现数据服务和文件服务。

[0106] 通过规范的信息采集渠道,构建覆盖变电站各个子系统的信息资源共享体系,贯 穿变电站的各个环节。全景数据平台融合了 SCADA数据、状态监测、一体化电源、保护、PMU、 故障录波等各个子系统,将反映变电站各子系统以及运行的稳、暂、动态各类数据通过统一 的数据接口接入,在站端完成数据集成和数据标准化。全景数据平台对站内高级应用提供 来源唯一、全面、标准的信息数据源和统一面向模型的数据接口;对变电站开放标准化的全 景信息数据,实现全站应用功能在站控层后台的一体化配置及可视化展示。

[0107] 全景数据平台将各类数据集合统一建模、统一处理。全景数据平台提供规范统一 的数据接口,便于变电站新的功能子系统的接入。为此,首先要在变电站实现所有数据的统 一管理并模型化,建立变电站基础数据平台,供各子系统统一数据标准化规范化存取访问 及和调度等其它系统进行标准化交互。

[0108] IEC61850是国际电工委员会(IEC) TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系 列标准,是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。厂站内保护装置、测控 装置、故障录波装置、在线监测设备、电度表、直流屏、消弧线圈等智能装置需要全面支持 IEC61850数据模型。以IEC61850数据模型作为全景数据平台的数据平台化、标准化提供了 有力的保障。

[0109] 采用IEC61850实现变电站信息化、交互标准化是智能变电站全景数据平台的基 础,变电站上传的信息符合IEC61850 SCL规范,而遵循IEC61970 CIM建模规范的主站系统 执行到CIM电力资源对象的映射,解决智能变电站和主站的共享建模问题。

[0110] 全景数据平台改变了变电站各个子系统数据采用不同编码规则、不同数据库平台 所形成的若干信息孤岛。将原独立设置的各类子系统功能,经过整理全部融合,在统一平台 上进行必要的数据结构重构,提高了数据利用率和互动性,提高系统的可靠性、集成性及维 护性。全景数据平台数据采集及处理模式如图4所示。

[0111]系统通过与间隔层设备(包括测控、保护、广域保护、稳控、故障录波等)的通信实 现对电网实时运行信息采集,提供站内所需数据、信息服务等。采集的各类数据包括:模拟 量、开关/状态量、保护信号、B⑶码、脉冲量、S0E信息、装置信号、设备监测、环境监测,数据 应有质量标志和来源标志。

[0112]网络通信以独立进程运行,以消息接口方式与其它应用接口,它接收网络数据,送 给数据需求方,其它应用把要求发送的数据提交给网络,由网络层负责发送。这样网络独立 成系统,与主系统有相应的隔离性,做到网络硬件升级换代时,系统软件不受影响,整个系 统其它软件不需要做任何改动,就能运行于新的网络环境中,只有做到这样才能做到网络 升级时,整个系统的运行不受影响。

[0113] 双网结构完成负荷平衡和热备用双重功能。平时自动计算网络流量,做到流量平 衡。同时监视两条网络的状态,一条网络发生故障时,迅速切换到另一条网络上,同时报警 提示用户注意,增加通信的可靠性。

[0114]数据库主要完成数据的计算、统计、报警、追忆、事件的登录、网络的拓扑、数据一 致性的维护,并向其它应用提供访问接口。

[0115]系统可以接入各种不同数据模型的子系统,通信对象服务器对这些不同的数据模 型进行整合,统一成基于IEC 61850标准的数据模型。在IEC 61850标准中,对变电站在线监 测领域涉及较少。数据库根据IEC 61850标准的扩展原则,对在线监测领域的数据模型进行 扩展。全景数据建模负责对采集到的数据进行管理和规范,包括元数据管理、对象命名和对 象ID规范、全景数据模型、全景数据校验等功能。

[0116]数据按照电力系统中的设备作为对象来进行组织,摒弃原始的按库、厂名、测点名 方式来访问数据,每一数据都属于设备的一个属性。这样的描述更符合电网的实际情况,也 便于将来功能的扩展

[0117]全景数据平台对全站对象进行统一建模,建立变电站全景的统一信息模型,避免 数据的冗余与重复维护,保证数据的唯一性。全景数据平台应该包含SCADA信息、实时在线 监测信息、台账信息、实验巡检信息等多系统信息融合的统一的信息模型,并提供全局信息 搜索引擎。

[0118]全景数据平台是实时性要求很强的系统,必须有一套快速的、完整的数据库管理 系统与之相适应,以满足各种应用的要求。

[0119]全景数据平台在对信息的交换和存储过程中,需要对这些信息进行统一的管理。 在技术上,采用面向对象的设计和模块化的设计方式具备良好的可维护性、可重用性以及 坚固性。采用完全开放的体系结构,从底层的网络通信协议,大数据库的管理,以及数据模 型的建立和客户化手段,都采用计算机行业公认的主流技术,从而实现与现在的一流系统 完全的融合,实现最大限度的信息资源共享。

[0120] 为了满足实时性的要求,全景数据平台必须提供一套实时数据库管理系统来提供 快速的实时数据的存取,实时数据库管理系统必须具有分布式网络功能,具有Client/ Server模式,能管理全网分布式的数据库,保护全网数据的一致性。但是,只有实时数据库 管理系统是不够的,因为一般实时数据库管理系统都是自行研制开发的,速度虽然很快,但 接口的标准化程度不高,不一定完全符合各种通用的数据库接口国际标准,这样的系统一 般是比较封闭的。目前,广泛采用商用数据库已成为工业界数据库应用的潮流,有了商用数 据库的管理,才能方便地实现信息的共享,现有的商用软件才可以直接使用,与其它系统的 互连才能按照标准方式进行,系统才能真正具有完全意义上的开放性。但如果全部直接采 用商用数据库,又难以满足电力系统实时性的要求,所以本系统采用实时数据库管理系统 和商用数据库管理系统相结合的方法。商用数据库采用目前比较流行的Oracle关系型数据 库,主要用于数据库建模、历史数据存储、告警信息的登录、管理信息的保存、以及数据库一 致性的检查、一致性和完整性的保证等。实时数据库因设计成商用数据库的快速Cache,使 用户在使用时完全透明,根本感觉不到有两套数据库管理系统的存在。

[0121]数据的管理,对数据统一管理,向用户提供统一的访问接口和人机界面,用户访问 数据库时,只要指出访问的数据对象,就可检索到相应的数据,而无需指明所访问的数据是 在实时库还是在商用库中,是在本地机器还是在异地机器上,两种数据库对用户完全是透 明的。

[0122]支持数据库的数据一致性和完整性,使任何机器在任意时刻都可以看到所有数 据,而且各台机器看到的数据是一致的。

[0123]数据库中数据按照电力系统中的设备作为对象来进行组织,摒弃原始的按库、厂 名、测点名方式来访问数据,每一数据都属于设备的一个属性。这样的描述更符合电网的实 际情况,也便于将来功能的扩展。

[0124]数据库组态界面提供用户建立数据库模型的图形化界面。本系统数据库模型的建 立一大特点可通过在图形绘制的过程中,以图形制导的方式,建立数据库。但也提供了常规 通过数据库组态界面进行数据库定义的手段,数据库界面中还可以定义那些图形上不需 要,无法在图形界面上定义的数据。

[0125]逻辑节点的配置面向每一个具体的装置,对某一个具体的保护或测控装置,设定 一个对象,对象中包含它所包含的各种信息。通讯单元也为一个独立的逻辑节点,节点中包 含它下面所连的各个逻辑节点的通讯状态信息,每一个逻辑节点的状态信息要定义与之相 关的逻辑节点的节点号(以实现该逻辑节点通讯状态信息不通时,设置与该逻辑节点相关 联的数据的异常状态)。在系统级设置一虚逻辑节点,它包含各通讯装置的通讯状态,同样 要定义与之相关联的逻辑节点号。同时逻辑节点组态生成各数据与信息一体化平台数据库 之间的对应关系。

[0126]二次设备包括:智能组件、在线监测IED、测控、保护、.、故障录波器、安稳装置及 计算机等。

[0127^二次设备的运行状态(运行、热备、检修、停运等)的监视,应能直观反应二次设备 的指示灯状态(运行、故障、告警)、重要压板状态的监视。

[0128]当前的定值区监视,应能直观的显示运行定值、定值区的信息,可实现二次设备或 计算机的CPU负荷率、内存使用率、硬盘使用率的实时监视。

[0129]针对变电站数字化后产生的虚拟二次回路,应依据其信息流,实现实时运行状态 的可视化监视,包括虚拟交流电压回路、交流电流回路、虚拟控制回路、虚拟信号回路等。 [0130]网络监测支持基于SNMP协议实现对站内通信网络的运行状态、网络流量、交换机 端口状态等信息的实时监测和统计,实现网络状态的可视化监视与报警功能。并可以对网 络报文进行分析,进行情景再现。

[0131]在站控层、过程层网络中,宜分别配置网络通信记录、分析设备,将网络状态信息 上传至站级监视系统,实现集中的可视化监视,可通过对通信报文的分析,检验通信报文的 编码正确性、参数合法性、时序合理性等指标,并依据检测数据对网络状况进行评估。

[0132] 网络管理对象包括各类型的网络设备、安全设备、电力专用装置等。

[0133] 网络设备:主要包括交换机、路由器等;

[0134] 安全设备:防火墙、入侵防御系统、入侵检测系统、漏洞扫描系统等;

[0135] 电力专用装置:电力专用横向隔离装置、电力专用纵向加密装置、电力专用拨号装 置等。

[0136] 流量分析主要是对流经IP网络的数据流量进行管理。即通过对网络流量状况的监 测,保证网络能够有效、平稳、安全地运行。并通过对网络设备流量数据的采集和分析,向维 护部门和管理部门提供充足、完整的运行数据,供维护和管理人员根据网络运行状况制定 合适的运行策略,使网络运行在最高效的状态下。

[0137] 装置信息管理:具有变电站二次设备的参数及定值管理功能,提供装置参数、定 值、压板、当前定值区、开入量、模拟量的在线查看功能。

[0138] 离线数据:继电保护定值信息存储在全景数据平台,调用相应的定值单,进行定值 核对,核对正确后送出返校成功信息。

[0139] 在线数据及操作:包括定值召唤,在进行继电保护定值切换、定值修改控制操作。

[0140] 主要实现电网故障时的保护装置的操作、管理及故障暂态信息的采集。故障录波 应以C0MTRADE文件的格式存储并可实现召唤上送。站控层可对录波文件进行显示及分析操 作,可与断路器跳闸信息、保护动作信息等共同形成故障简报并可进行分析展示。

[0141] 故障动作记录查看,能够接收并提供界面显示保护装置在电网发生故障时的动作 信息,包括保护装置动作后产生的保护事件信息、故障录波报告、保护告警信息等。

[0142] 保护动作时,保护信息功能自动收集一次、二次设备的信息,并进行综合故障分析 处理,最终整理打包成故障报告,内容包括故障设备名称、故障时间、故障序号、故障区域、 故障相别、开关动作信息、保护动作信息等。

[0143] 目前,变电站设备运行监视的模拟量、开关量信息由监控系统采集上来以后,全部 按时间顺序显示,未作进一步的分层或判断处理。各种信号动作频繁,特别在事故发生时, 因信息量庞大而影响事故的正确处理及处理速度。

[0144] 因此,需要在变电站监控系统上安装智能告警及事故fe息综合分析决策系统,对 信号进行分类显示处理,提取故障报警信息,辅助故障判断及处理。智能告警功能通过建立 变电站故障信息的逻辑和推理模型,实现对故障告警信息的分类和过滤,对变电站的运行 状态进行在线实时分析和推理,自动报告变电站异常状况。

[0145]针对二次系统大量的告警信息,该系统能够根据预先设定的告警信息类别、优先 级和分析策略对告警信息进行分层、分类、过滤、筛选、合并等,智能告警专家子系统通过建 立变电站故障信息的逻辑和推理模型,实现对故障告警信息的分类和过滤,对变电站的运 行状态进行在线实时分析和推理,自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见。

[0146]基于全景数据平台,设置专家知识库,即存放专家提供的告警与故障分析知识。建 立变电站故障信息的逻辑和推理模型,给出某个告警信息或某种事故类型的原因、描述、处 理方式,甚至硬接点信息的图解(屏柜间接线的描述)。知识库采用标准统一建模,它与智能 告警与故障综合分析的高级应用程序是相互独立,可以通过改变、完善知识库中的知识内 容来提高系统的功能。当系统发生故障,应在3到10秒的时间窗过后即可判断出故障信息, 给运行人员以辅助判断,以便即时处理故障。

[0147]智能告警作为软件模块存在与子站管理机与当地监控后台系统中,主站系统以及 当地后台系统提供图形界面,显示与管理智能告警信息。

[0148]系统可以根据告警信号重要性,将每个告警信号都进行定义,标注重要等级。系统 可提供信息的分层分类信息表,并根据等级显示向调度上送的信息。告警实时显示窗口由 多个页面组成:时序信息、提示信息、告警信息、事故及变位信息、检修信息、未复归告警信 息,每个页面可以根据需要激活或关闭,用户可根据需要灵活添加、定义页面。

[0149] 时序页面:按时序顺序显示所有告警。

[0150] 提不页面:只显不提不性彳目号,若同一提不性信号在告警最大的设定的循环队列 数组数内重复出现N次(可自定义),则把该提示性信号自动在告警页面中出现,并可按间隔 显不。

[0151] 告警页面:只显示告警性信号,并可按间隔显示。

[0152] 事故及变位页面:只显示事故跳闸及变位信号,并可按间隔显示。

[0153] 推理结果页面:显示故障智能推理的结果和处理建议。

[0154] 检修页面:某个间隔被置“检修”后,该间隔的所有信号进入检修画面显示,不在提 示、告警、事故、告警未复归4个画面中出现。

[0155] 未复归告警页面:按照时间顺序显示未复归的告警性信号,如某个动作的告警性 信号已经复归,则这个信号应在“告警未复归页面”中消失。并可通过选项设定“提示类的消 息”是否在未复归告警页显示。

[0156] 告警过滤:智能告警能对变电站报警信息进行过滤,过滤级别可设置,对高级别的 各类异常及故障情况进行多维度识别和分析推理告警信息可按间隔进行过滤。例如只显示 某个间隔的信息或者只显示级别重要的告警信息等。

[0157] 应为用户方便提供屏蔽一个或多个间隔的告警,当某个间隔被屏蔽时此间隔的告 警将不再显示,仅保存历史库。为了防止用户屏蔽后忘记,在人机界面上有相应的提示,告 知当前有哪些间隔处于屏蔽状态。

[0158] 1)单事件推理

[0159]在告警事件发生后,可以根据每条告警信息作出推理,给出告警信息的描述、发生 原因、处理措施以及图解。通过将自动化系统采集的每个告警信号按模型规范与知识库中 归纳的告警信号种类建立起关联关系,形成逐一事件推理判断关系。

[0160] 2)关联多事件推理

[0161]基于多个关联事件综合判断的判别逻辑。综合推理逻辑要根据一个时间窗内,变 电站某一间隔设备连续发生多个事故或告警信号推理出该间隔设备宄竟发生了何种异常 和事故,给出一个综合的判断和处理方案。

[0162] 3)故障智能推理

[0163]对变电站的主要故障类型能根据故障发生的关键条件,结合接线方式、运行方式、 开关变位及开关状态、遥测量、时序等综合判断,给出当前故障的故障类型、相关信息、故障 结论及处理方式。

[0164] 故障信息综合分析决策是指在故障情况下对包括事件顺序记录信号及保护装置、 相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析,并将变电站故障分析结果以简 洁明了的可视化界面综合展示。该功能可在电力系统发生事故的情况下,自动为值班运行 人员提供一个事故分析报告并给出事故处理预案,便于迅速确定事故原因和应采取的措 施,而且可以为事后人工分析直接提供相关数据信息。实现故障分析、定位,为故障隔离和 恢复供电提供辅助决策。

[0165]目前针对故障信息综合分析决策实现的功能主要包括:

[0166] 提取故障前后暂态、稳态和设备状态等全景信息,并结合当前电网拓扑信息,进行 故障的全面分析和快速定位。

[0167] 根据故障分析结果和当前电网运行状态,为故障隔离范围和快速恢复供电提供辅 助决策。

[0168] 运行安排管理模块与调度网络即时通信,与生产管理系统交互信息,包括继电保 护整定单、定值核对信息、调度操作预令票。定期(时间可设置)调用存储于变电站全景数据 平台的保护整定单与实际装置中的定值自动进行核对,并将定值核对信息传输至生产管理 系统,以上信息可存储在变电站全景数据平台中,在进行继电保护定值切换、定值修改控制 操作时,调用相应的定值单,进行定值核对,核对正确后送出返校成功信息。

[0169] 运行安排管理模块也可从生产管理系统接收调度操作预令票,返回接收正确信 息。将调度操作预令票与智能开票系统进行无缝对接,智能开票系统根据调度操作预令票 实现智能开票。

[0170] 源端维护解决了变电站与上级主站系统通信模型不一致问题,实现变电站自动化 信息与上级主站信息的无缝链接。二次系统运维云平台采用IEC 61850标准,通过共享建模 技术将变电站SCD模型转换生成IEC 61970 CIM模型,同时生成SVG单线图,以及IEC 60870-5-104通信映射点表,直接应用于变电站和调度主站的无缝通信,全面解决了模型、图形、通 信连接三个方面的工程应用问题,实现了二次系统运维云平台标准通信协议与上级调度系 统的一致性通信功能。为调度中心与二次系统运维云平台实现互动提供数据共享渠道。 [0171] 基于厂站、主站的两大标准体系IEC 61850和IEC 61970,通过梳理IEC 61850九十 二个数据类及IEC 61970两百多个数据类,研宄模型的共同性和差异性,研宄两模型的关联 方法,做到语义融合;研宄变电站SCD模型到主站CIM模型的映射方法,提供模型转换工具, 完成从IEC 61850模型到IEC 61970模型的转换,为主站侧提供符合IEC 6197〇标准的CIM模 型,从而满足主站自动建模的需要。

[0172]经过转换后的变电站模型,以CIM XML的形式描述变电站的设备模型,包括间隔、 母线、开关、刀闸、接地刀闸、交流线段、容抗器、发电机、负荷、终端设备等,并包含了设备间 的完整拓扑关系。为了实现前置数据的自动接入,需要对IEC 61970标准的CB1进行扩展,在 扩展模型中包括上/下行点号、极性、系数、基值等信息,以实现前置数据的自动接入。主站 侧提供模型接入工具,接入变电站模型。该工具能够识别符合IEC 61970标准的CIM模型文 件,从中获得厂站的设备模型并对其进行校验,保证获得的模型文件符合IEC 6197〇标准, 并满足电力系统的一般要求;然后将验证通过的模型与数据库中相应厂站的设备模型进行 比较,分析出两者之间的差异并展示出来;经过用户确认无误后,将其更新到主站系统中。

[0173] 变电站侧提供支持W3C SVG标准,并满足IEC61970-453的SVG厂站图。图形对象不 能独立存在,必须基于CM模型。图形交互的目的并不是用于显示,而是以SVG为载体描述电 气信息,变电站侧传送图形时,必须保证CM模型信息同步传送,或者是CIM模型信息先于图 形信息传送,以确保图形和模型是匹配的。主站侧提供图形接入程序,自动导入变电站侧上 送的SVG厂站图。

[0174] 前置的相关信息已经通过CIM扩展的方式,体现在CIM文件中,完成CIM模型同步 后,主站侧的前置信息也做了相应的更新,无须用户做任何操作,会自动完成前置数据的接 入。

[0175] 设备台账管理建立二次设备信息数据库、厂家联系信息库,数据库的数据从生产 管理系统(MIS)的设备台账信息导入,统一存放于全景数据平台,作为变电运行管理的基础 信息,并实现基础信息的定期更新导入。

[0176] 在诊断系统检测出设备故障后,台账管理应提供相应设备的铭牌信息及相关厂 家。

[0177] 根据运维人员在日常运行工作中(如设备巡视、运行监视、设备操作和测试维护等 工作)发现的缺陷,专业人员在设备修、试、校工作中(如设备试验不合格)发现的缺陷,以及 其他人员在进行监督性检查、巡视过程中发现的缺陷,记录打印智能分析缺陷。

[0178] 跟踪电力设备从发现缺陷到消除缺陷的全过程,并实时体现在电力设备信息库 中,动态反映在监控平台、运维管理的实时监视画面上。

[0179] 运行记录包括二次设备在运行、检修状态下的实时、统计记录。统计次数计入历史 库,统计进入年、月、日统计表。

[0180] 运行值班管理提供登记运行值班中的各种工作记录。包括交接班管理和运行曰志 记录。可根据运行记录格式配置,自动生成运行日志内容。

[0181] 变电站当班负责人登录系统可以查看并维护当班期间所在班别的当班班员填写 的运行日志簿,如果当班时间结束可交班到下一班别当班,对当班期间的信息也可以进行 维护。如果上一班的值班人员没有进行交接班,那么当前值班人员填写日志之前可以在“交 接班”菜单里面新增一个值班记录,即将自己班别设为当班班别。也可查询、打印交接班记 录情况。

[0182] 检修管理提供登记设备检修的各种工作记录,包括PMS检修记录,调度操作预令 票。对一次设备的在线监测信息进行历史存储和查询。

[0183] 检修管理中包括大修、技改、反措、消缺、日常维护及其他六种性质的工作。各类性 质的检修工作均可在检修管理模块中进行记录。

[0184] 检修管理实现用户分类及权限管理,权限可分为:专责、班长、班组成员,不同的用 户级别可进行不同的检修管理权限;

[0185] 根据设备状态评估报告,或保护启动/动作行为正确性分析,系统自动生成检修任 务,检修任务内容包括:设备检查、保护装置临时检验,保护装置交采模块检查,保护装置通 信模块检查等等。检修任务通过系统自动发送到相关职能、计划、检修班组。

[0186] 运行日志管理包括变电站工作票和操作票的运行日志管理;能够对工作票和操作 票进行历史存储和查询;实现工作票的编辑、增加。工作票的具体内容按照工作票的相关标 准进行;实现操作票的编辑、增加。操作票的具体内容按照操作票的相关标准进行。

[0187] 定值单管理模块能与生产管理系统(PMS系统)交互信息,应包括继电保护整定单 及定值核对信息。

[0188] 定值单管理模块将继电保护定值信息存储于变电站程序操作服务器,在进行继电 保护定值切换和定值修改控制操作时,调用相应的定值单,进行定值核对,核对正确后送出 返校成功信息。同时定值单管理模块定期(时间可设置)调用存储于变电站程序操作服务器 的保护整定单与实际装置中的定值自动进行核对,并将定值核对信息传输至PMS系统。

[0189] 可根据用户对于统计参数功能的需要,自动生成各项统计报表,包括日报、月报和 年报。

[0190] 目前变电设备的状态分析实现方式有两种:

[0191] 1.离线诊断,根据设备运行数据、缺陷记录、停电试验等手段发现设备故障征兆, 通过分析设备可能发生故障的原因和部位,提出处理的方法。

[0192] 2.在线监测,通过在线装置实时监测实际工况下的输变电设备状态,当发现异常 时及时进行处理。

[0193] 上述两种方法是实现变电设备状态检修的基础,“离线故障诊断”是对已存在的故 障进行分析,状态检修的实质是要求分析设备的当前状态及未来趋势,在发生故障之前提 出检修计划,做到防患于未然。常规“在线监测”能够对设备实时状态数据进行监控,但缺乏 综合分析和判断能力。

[0194] 有必要在此基础上配置一套统计、分析功能的输变电设备状态检修数据平台(运 维一体化云平台运维管理)。在线监测技术可以有效克服预防性试验的种种不足,在发现被 监测主设备的缺陷方面,发挥了其它手段难以承担的作用,即及时、有效的发现设备缺陷, 预防设备的突发性故障,为主设备的安全运行起到了较好的保障作用。

[0195] 故障信息处理

[0196] 运维管理利用基于IEC61850标准的电网模型,以现有的变电设备实时监控信息为 基础,综合保护故障录波信息、设备在线监测信息、工业电视视频信息,实现对变电站电气 主设备运行状况的全面监测。

[0197] 该功能将与调度中心目前的监控模式形成了有效的功能互补,实现电网至单个主 设备的全面监测。

[0198]实现对变电站各类生产辅助设备(如空调、采暖、通风、给排水、门禁、技防等)的实 时监测,通过与工业电视、MIS系统的联动,实现对变电站辅助设备的统一管理。

[0199]数据采集模块将在线数据置入数据库时,首先进行预处理,预处理工作包括捕捉 超过警戒阈值的状态量,剔除不合理的毛刺数据。

[0200] 通过预处理与预警模块,设置监控预警功能,能够根据在线数据阈值判断给出预 警标志,实现向站内的运行值班和检修负责人发出警报。

[0201] 设备状态评估

[0202] 通过对设备监测数据以及故障数据的积累和统计分析,逐步形成各厂家、各种类 型设备的评估指标和数据模型设计,建立相关设备的数学模型,利用物理、红外、化学分析 手段,针对监测设备进行评估,从而指导设备的检修工作。

[0203] 通过对设备监测数据的分析,系统可以建立多种设备、任务的模型,为状态化检 修、生产调度和故障处理提供决策支持。

[0204]可以把所有诊断结果展示出来,操作者可以查看需要报告的详细信息。综合评估 应利用数据分析技术,给出健康程度,最终给出检修决策。

[0205] 根据各个装置的信息反馈判断出变电设备当前所处的状态,若有一个保护装置状 态异常,设备将处于异常状态,反之,设备将处在正常运行状态。

[0206] 事故处理预案

[0207] 根据系统数据库的历史数据以及现场实时上传的设备参数、视频等数据,快速对 报警信息进行集成分析。依据形成的初步结论,系统启动相应故障处理预案,并自动生成工 作流,根据责任到人的原则把工作任务分解至各个工作组(操作队、各检修专业)。

[0208] 当电网中发生事故时,系统自动识别故障前后的变电站运行方式,并根据故障设 备信息自动分析典型预案库中是否有匹配的处理预案,自动调用匹配的典型预案作为当前 故障的恢复方案之一。

[0209] 系统允许对给定设备的同一运行方式定义一至多套典型预案,并由运行人员根据 实际情况选择合适的预案。

[0210] 辅助应用

[0211] 展示中心应能直接或者通过原始计算得出变电站各子系统KPI指标,并通过一定 可视化效果进行展示。可视化展示应作为画面服务的一项基础性的功能,提供一个通用的 展示平台,不局限于某个特定的应用,通过画面定制,相关应用通过基础支撑平台提供相关 数据即可实现可视化的展示效果。运行综合展示中心通过综合运用厂站电网运行监控信 息、设备运维等信息,通过可视化技术,为厂站运行管理提供导航、分析、操作和决策支持等 功能,提供可定制的人机界面。包括指标管理、决策支持、人机交互。

[0212] 指标归纳分类。在综合运用厂站运行监控信息、二次设备在线监测信息、环境及辅 助系统监测信息等基础上,建立全站运行指标信息库,按各专业管理工作的需要对指标进 行归纳分类,并建立相关技术指标的关联性。

[0213] 1 •指标定制计算。根据厂站运行管理业务的具体需要定制监视分析指标,包括指 标的计算方法、数据来源和预警判据等。

[0214] 2.指标综合显示。根据各类指标的数据特点设置直观的显示方式,如仪表盘、曲 线、直方图、雷达图等。

[0215]实时收集厂站二次设备、环境及辅助系统设备的状态信息,根据厂站运行管理、设 备检修等各专业需求对主要设备建立状态评估指标模型,包括评估指标组成、评估权重及 其计算方法等。

[0216]根据设备在线监测数据、历史运行数据、各种试验数据等信息,对厂站的主要设备 状态变化趋势进行预测分析。预测分析算法采用模块化设计,满足“即插即用”的要求。

[0217] 根据设备在线监测及统计分析结果,为用户提供声光报警、短信等直观的预警提 /Jn 〇

[0218] 任务定制。根据厂站运行管理各专业需求自定义监视任务、统计分析任务、预测分 析任务、故障处置任务等。

[0219] 辅助决策。根据用户预设的任务,为厂站运行管理、设备检修、预防试验等日常工 作提供决策支持,包括“钻取式”查询、操作建议、程序化操作过程说明、操作预演等功能。 [0220]专家系统。根据厂站运行管理业务建立倒闸操作专家系统、设备状态诊断专家系 统,为用户操作分析提供决策支持和专业知识输入功能。

[0221] 导航功能。展示中心是运维一体化云平台系统主操作界面,可为用户提供全站综 合监视、信息查询、用户定制、操作等“一站式”平台。

[0222]用户定制。运维一体化云平台系统应提供的灵活人机交互接口,用户可专业管理 需求实现用户定制,包括任务定制、指标定制和界面定制,以适应运维一体化云平台系统业 务功能可扩展的需要。

[0223]墙面显示。根据变电站管理的主要业务要求,综合利用和拓展人的智能,直观展示 变电站运行状态、运行设备状态、运行环境状态等,主要包括全站KPI展示、系统运行监视、 运行设备状态监视和特定关注对象监视等。

[0224] >综上,全景数据平台主要研究信息的采集、信息的交换、信息的整合、存储和发布, 从信息采集端来说,全景数据平台研究接入不同的监测装置,消除不同装置采集数据模型 和接口的障碍。

[0225]通过规范的信息采集渠道,构建覆盖变电站各个子系统的信息资源共享体系,贯 穿变电站的各个环节。全景数据平台需融合SCADA数据、状态监测、一体化电源、保护、PMU、 故障录波等各个子系统,将反映变电站各子系统以及运行的稳、暂、动态各类数据通过统一 的数据接口接入,在站端完成数据集成和数据标准化。全景数据平台对站内高级应用提供 来源唯一、全面、标准的信息数据源和统一面向模型的数据接口;对变电站开放标准化的全 景信息数据,实现全站应用功能在站控层后台的一体化配置及可视化展示。

[0226] IEC61850是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系 列标准,是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。厂站内保护装置、测控 装置、故障录波装置、在线监测设备、电度表、直流屏、消弧线圈等智能装置需要全面支持 IEC61850数据模型。研究如何以IEC61850数据模型为基础,支撑全景数据平台的平台化、标 准化的技术方案。

[0227]全景数据平台改变了变电站各个子系统数据采用不同编码规则、不同数据库平台 所形成的若干信息孤岛。将原独立设置的各类子系统功能,经过整理全部融合,在统一平台 上进行必要的数据结构重构,提高了数据利用率和互动性,提高系统的可靠性、集成性及维 护性。系统通过与间丨湯层设备(包括测控、保护、广域保护、稳控、故障录波等)的通信实现对 电网实时运行信息采集,提供站内所需数据、信息服务等。

[0228]网络通信以独立进程运行,以消息接口方式与其它应用接口,它接收网络数据,送 给数据需求方,其它应用把要求发送的数据提交给网络,由网络层负责发送。这样网络独立 成系统,与主系统有相应的隔离性,做到网络硬件升级换代时,系统软件不受影响,整个系 统其它软件不需要做任何改动,就能运行于新的网络环境中,只有做到这样才能做到网络 升级时,整个系统的运行不受影响。双网结构完成负荷平衡和热备用双重功能。平时自动计 算网络流量,做到流量平衡。同时监视两条网络的状态,一条网络发生故障时,迅速切换到 另一条网络上,同时报警提示用户注意,增加通信的可靠性。

[0229]系统可以接入各种不同数据模型的子系统,通信对象服务器对这些不同的数据模 型进行整合,统一成基于IEC 61850标准的数据模型。在IEC 6185〇标准中,对变电站在线监 测领域涉及较少。数据库根据IEC 61850标准的扩展原则,对在线监测领域的数据模型进行 扩展。全景数据建模负责对采集到的数据进行管理和规范,包括元数据管理、对象命名和对 象ID规范、全景数据模型、全景数据校验等功能。

[0230]数据按照电力系统中的设备作为对象来进行组织,摒弃原始的按库、厂名、测点名 方式来访问数据,每一数据都属于设备的一个属性。这样的描述更符合电网的实际情况,也 便于将来功能的扩展。电力系统中的物理对象进行抽象和模拟后,主要包括:断路器、刀闸、 变压器等基本设备对象,以及遥测、遥信、脉冲等测点对象,还有保护设备、历史与日志记 录、数据统计与计算和画面,声音等辅助对象。测点属于设备属性,而统计值、计算值、历史 值则属于测点的属性。

[0231] 全景数据平台对全站对象进行统一建模,建立变电站全景的统一信息模型,避免 数据的冗余与重复维护,保证数据的唯一性。全景数据平台应该包含SCADA信息、实时在线 监测信息、台账信息、实验巡检信息等多系统信息融合的统一的信息模型,并提供全局信息 搜索引擎。

[0232]全景数据平台是实时性要求很强的系统,必须有一套快速的、完整的数据库管理 系统与之相适应,以满足各种应用的要求。

[0233] 全景数据平台在对信息的交换和存储过程中,需要对这些信息进行统一的管理。 在技术上,采用面向对象的设计和模块化的设计方式具备良好的可维护性、可重用性以及 坚固性。采用完全开放的体系结构,从底层的网络通信协议,大数据库的管理,以及数据模 型的建立和客户化手段,都采用计算机行业公认的主流技术,从而实现与现在的一流系统 完全的融合,实现最大限度的信息资源共享。

[0234] 支持数据库的数据一致性和完整性,使任何机器在任意时刻都可以看到所有数 据,而且各台机器看到的数据是一致的。

[0235] 数据按照电力系统中的设备作为对象来进行组织,摒弃原始的按库、厂名、测点名 方式来访问数据,每一数据都属于设备的一个属性。这样的描述更符合电网的实际情况,也 便于将来功能的扩展。电力系统中的物理对象进行抽象和模拟后,主要包括:断路器、刀闸、 变压器等基本设备对象,以及遥测、遥信、脉冲等测点对象,还有保护设备、历史与日志记 录、数据统计与计算和画面,声音等辅助对象。测点属于设备属性,而统计值、计算值、历史 值则属于测点的属性。

[0236] 提供用户建立数据库模型的图形化界面。本系统数据库模型的建立一大特点可通 过在图形绘制的过程中,以图形制导的方式,建立数据库。但也提供了常规通过数据库组态 界面进行数据库定义的手段,数据库界面中还可以定义那些图形上不需要,无法在图形界 面上定义的数据。数据库界面不同于以往的设备测点名定义方式,设备的定义方式和图形 定义方式一样,也是面向设备的。

[0237]逻辑节点的配置面向每一个具体的装置,对某一个具体的保护或测控装置,设定 一个对象,对象中包含它所包含的各种信息。通讯单元也为一个独立的逻辑节点,节点中包 含它下面所连的各个逻辑节点的通讯状态信息,每一个逻辑节点的状态信息要定义与之相 关的逻辑节点的节点号(以实现该逻辑节点通讯状态信息不通时,设置与该逻辑节点相关 联的数据的异常状态)。在系统级设置一虚逻辑节点,它包含各通讯装置的通讯状态,同样 要定义与之相关联的逻辑节点号。同时逻辑节点组态生成各数据与信息一体化平台数据库 之间的对应关系。

[02^8] 1 •变电站二次系统统计数据查询及展示功能设计。主要是通过界面实现关键指标 展示功能,主要展示两部分:变电站相关关键KPI指标和变电站设备状态评价。为厂站运行 管理提供导航、分析、操作和决策支持等功能,提供可定制的人机界面。

[0239] 2•变电站二次系统运维管理数据查询及展示功能设计。实现设备管理功能、并实 现在线监测数据与图谱分析展示功能。实现变电站运行管理、设备管理、事故处理与分析、 技术管理等功能。如用户有自身的管理信息系统(MIS),平台自动实现与MIS系统的无缝集 成,如用户没有MIS系统,运维管理提供MIS的所有管理功能。

[0240] 3.变电站二次系统监控数据查询及展示功能设计。运行监视功能可实现画面的高 度定制,自定义面板支持以拖拽方式任意定义显示内容,无论是部分画面、部分设备、还是 遥测、遥信,均可以使用拖拽的方式,由运行人员在线进行自定义。实现多层次事故诊断与 分析功能,即系统可分为基于保护变位和开关变位SOE的快速故障诊断以及基于故障录波 与保护算法的综合分析,并可与画面高度集成,真正实现故障诊断的高级可视化和高可用 度。

[0241] 4•专家系统功能设计。专家系统的核心是一整套基于规则的知识库,主要是根据 专家知识和经验形成的一系列规则。根据有关规程、实践经验、专家建议、案例分析等,以知 识规则的形式进行表达,建立知识库。根据分析对象的不同,知识库将划分为不同的模块, 并采用产生式规则的表示方法进行推理,根据输入的信息,结合知识库的规则进行推理。同 时提供灵活丰富的参数设置、函数库和常变量,可进行简单直观的函数配置,为规则的机器 解释提供基础而快速有效的函数库,加快评价评估和故障诊断的我速度。

[0242] 5 •变电站二次系统状态评价功能设计。对反映设备健康状态的各指标项数据进行 分析评价,结合设备状态量的横向(同类型设备)和纵向(历史数据)比较结果,对影响设备 各组成部件健康状态的状态量逐项评分,量化评价设备各部件健康状态,根据本体及部件 状态评价结果,结合部件对设备整体功能的影响程度,采用适当的算法得出设备整体健康 状态等级。

[0243] 6 •变电站二次系统风险评估功能设计。考虑设备自身的价值、设备供电用户的重 要等级和设备在电网中所处位置的重要等级三个方面确定电力设备的资产类别等级;分析 设备功能,识别设备潜在的内部缺陷和外部威胁对设备功能的影响,并统计分析发生各类 缺陷和威胁的发生概率;通过关联设备与缺陷(或威胁)因素,从安全性、可靠性、成本和社 会影响等方面的计算威胁造成的损失程度;综合考虑资产类别、资产损失程度和发生概率 通过风险评估模型得出设备在电网中的风险等级或分值。

[0244] 7 •变电站二次系统状态评价功能设计。对反映变电站健康状态的各指标项数据进 行分析评价,结合变电站纵向(历史数据)比较结果和和重要设备状态评价结果,对影响变 电站健康状态状态量逐项评分,量化评价变电站健康状态,结合设备对变电站整体功能的 影响程度,采用适当的算法得出变电站整体健康状态等级。

[0245] 8.变电站二次系统风险评估功能设计。结合重要设备的状态评价、风险评估;考虑 变电站自身的价值、变电站供电用户的重要等级和变电站在电网中所处位置的重要等级三 个方面确定变电站的在电网中类别等级;分析变电站功能,识别变电站潜在的内部缺陷和 外部威胁对变电站功能的影响,并统计分析重要设备发生各类缺陷和威胁的发生概率;通 过关联设备与缺陷(或威胁)因素,从安全性、可靠性、成本和社会影响等方面计算威胁造成 的损失程度;综合考虑变电站类别、资产损失程度和发生概率通过风险评估模型得出变电 站在电网中的风险等级或分值。

[0246] 9.变电站二次系统巡视策略制定功能设计。以变电站二次系统状态评价结果为基 础,综合考虑变电站二次系统的风险评估结论,遵循变电站及重要设备状态评价结果越差、 变电站及重要设备风险等级越高则越优先安排检修的原则,建立变电站及重要设备状态评 价结果和变电站及重要设备失效风险度二维关系模型,综合优化变电设备检修次序、检修 时间和检修等级安排确定变电站二次系统巡视管理方案。

[0247] 10 •变电站二次系统检修策略建议功能设计。根据当前设备的评估状态及风险给 出设备的检修策略建议、设备检修方式和检修内容的建议。对于有故障的设备,给出该故障 的发生部位、产生原因以及维修方式的建议。

[0248] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范 围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:包括集控层、智能远动机和多个就地 层,其中: 所述就地层和集控层,均被配置为直接从生产管理系统读取数据实现设备管理、运行 管理、故障处理、值班管理和检修管理,就地层和集控层之间通过调度数据网交换电网运行 数据,通过综合数据网交换运维管理的数据; 所述就地层,均包括站控层、间隔层和过程层,所述过程层,包括变电站的所有一次设 备,并将本层的一次设备信息通过对应的检测设备传输至站控层;所述间隔层,包括变电站 的所有二次设备,并将本层的一次设备信息通过对应的检测设备传输至站控层; 所述站控层通过调度数据网、综合数据网与就地层和集控层进行数据传输和通信; 所述智能远动机被配置为实现变电站对外数据传输和访问服务,收集全站间隔层和过 程层的数据,将信息上传至调度主站和集控层,将调度主站和集控层下发的遥控、遥调命令 向变电站间隔层转发。
2.如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:所述二次设备包 括:智能组件、在线监测IED、测控装置、保护装置、PMU装置、故障录波器、安稳装置及计算 机。
3.如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:所述站控层,包括 全景数据单元、监控单元和运维管理单元以及展示单元,其中: 所述全景数据单元,建立数据调动分区,将就底层通过智能远动和集控层交换的数据、 以及就地层和集控层通过综合数据网交换的数据分别分成安全I区和III区,配置单向隔离 通道使数据只能单向从安全I区发布到安全III区; 所述监控单元,从全景数据单元I区存取得数据,运维管理单元从全景数据单元III区 获取数据,分别交友展示单元进行展示。
4. 如权利要求3所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:所述全景数据单元 连接SCADA数据子系统、状态监测子系统、一体化电源子系统、保护子系统、PMU子系统和故 障录波子系统,将反映变电站各子系统以及运行的稳、暂、动态各类数据通过统一的数据接 口接入,在站端完成数据集成和数据标准化。
5. 如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是: 所述站控层,配置有视频监测设备,监测过程层和间隔层设备的视频信息,同时将采集 的视频信息通过综合视频网上传至视频主站,且该视频数据配置单独的通信网络。
6. 如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:所述站控层的通信 网络架构被配置为实现实时数据、准实时数据、管理数据和控制命令的传输,实时数据通过 DL/T 860的MMS通信方式实现站控层与间隔层之间的数据交互;向量测量装置与站控层系 统的信息传输独立组网,故障录波报文与电能质量信息上送信息以文件或大数据块方式提 供,分别独立组网。
7. 如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:所述站控层的通信 网络架构被配置为实现SV、GOOSE信息数据传输;保护设备跳闸采用点对点通信方式,信息 采集采用点对点通信方式接入SV数据;测控类设备依据具体情况采取网络采集SV或网络跳 闸,SV数据与GOOGSE信息不共网传输,采取物理网络隔离方式布置。
8. 如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是: 在站控层、过程层网络中,分别配置网络通信记录、分析设备,将网络状态信息上传至 站级监视系统,实现集中的可视化监视,通过对通信报文的分析,检验通信报文的编码正确 性、参数合法性或时序合理性指标,并依据检测数据对网络状况进行评估; 或所述过程层的设备向间隔层设备上送测量SV数据、状态开入量GOOSE信号;间隔层设 备向过程层设备下发控制信号。
9.如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是:所述集控层包括云 计算平台和云存储平台,所述云计算平台由云计算资源池和云计算管理系统组成,云计算 资源池包括由多台服务器提供的CPU以及云计算资源管理系统,云计算管理系统包括IaaS 云计算管理系统和PaaS云计算管理系统,IaaS云计算管理系统根据需求快速的生成虚拟机 供业务使用,并提供全平台的Q0S以及高可用保障机制,同时实现资源的动态伸缩和平行扩 展,PaaS云计算管理系统实现应用的快速上线和动态伸缩; 所述云存储平台包括云硬盘和对象存储,其底层的存储资源是通过硬盘虚拟化技术将 服务器本地硬盘进行池化,利用多数量的硬盘构成分布式存储群。
10.如权利要求1所述的一种变电站二次系统运维云平台,其特征是: 所述就地层和集控层采用IEC 61850标准,通过共享建模技术将变电站SCD模型转换生 成IEC 61970QM模型,同时生成SVG单线图,以及IEC 60870-5-104通信映射点表,直接应用 于变电站和调度主站的无缝通信,经过转换后的变电站模型,以(HM XML的形式描述变电站 的设备模型,包括间隔、母线、开关、刀闸、接地刀闸、交流线段、容抗器、发电机、负荷和终端 设备,以及设备间的完整拓扑关系。
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