智能變電站設備一鍵式順控操作系統設計

戴 琳，武 瞳

國網寧夏電力有限公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100

0 引言

變電站作為電力系統與電網運行中的重要設施，對電力供應的質量與效率具有較大影響。變電站中包含大量的帶電設備與保護裝置，如開關合閘、一次設備與二次設備等，變電站設備的管控操作直接影響變電站運行模式與供應模式的發展[1]。近年來，在電網規模不斷擴大的背景下，變電站數量大幅度增長。隨著智能電網的不斷發展，大多數變電站逐漸轉變為智能化廠站模式，其設備調度與管控難度也不斷上升[2]?，F階段，我國在智能變電站設備操作與管理方面的研究逐漸成熟。然而，在智能變電站設備操作系統方面的研究仍然存在一定不足，主要體現在操作系統的響應時間較長，無法在用戶請求數量較多的情況下及時作出響應[3]。智能變電站設備操作系統研究力度不足，直接降低了電力系統與電網運行的效率，增加了設備的管理成本[4]。一鍵式順控操作能夠有效地改善這一問題，可以通過發出完整指令，判斷變電站設備的狀態信息變化，依據各項任務的執行順序自動執行系統的各條指令，直至指令執行完畢?；诖?，文章在傳統設備操作系統的基礎上，引入一鍵式順控操作理念，設計了一種新的智能變電站設備一鍵式順控操作系統，以期為高效調度與管控變電站設備提供一定保障。

1 系統硬件設計

文章設計的智能變電站設備一鍵式順控操作系統采用C/S硬件架構，具有較高的運行效率與質量。系統的開發平臺采用NET平臺，開發工具為Visual Studio 2014.NET，數據源工具為ADO.NET組件，開發主機為Windows 7 Professional 64位PC機。系統存儲器采用型號為QSFP-40G-SR4的存儲器，容量為850 Gbps，傳輸速率為42 Gbps（4×10.5 Gbps），數據包緩沖區容量為4 MB，支持BGP的連接方式，存儲器的接入層與系統的上聯鏈路口相連，1A-T口與系統接入層設備相連[5]。系統內的接收器采用PIN接收器，其接收靈敏度≤11.1 dBm，接收過載為2.4 dBm。系統的網絡交換設備采用單相交換設備，外形為機架式，其輸出功率容量為2 700 W/3 000 VA，額定輸入電壓為120 V，采用鉛酸蓄電池的兼容電池類型，具有良好的使用性能。為了顯著提高順控操作系統硬件的運行質量，設定繼電器的額定工作電壓為14 V，額定動作電流為65.5 mA，釋放電壓為DC 1.0 V。

2 系統軟件設計

在智能變電站設備一鍵式順控操作系統的硬件設計完畢后，再對系統的軟件進行全方位設計[6]。

2.1 變電站設備狀態管理模塊設計

智能變電站設備狀態管理模塊主要負責對變電站設備運行狀態進行全方位的管理與維護，通過創建系統操作票的方式，分析并處理設備的各項操作任務[7]。首先，根據智能變電站設備的內部功能結構，在設備狀態管理模塊中添加設備狀態批量管理功能、設備數據導出與刪除功能、封裝設備類結構功能。定位設備運行功能，設計態管理模塊操作界面的布局，不斷調節系統操作時后臺的委托響應頻率。采用TCP協議，設計系統客戶端與服務端的交互接口方式，保證狀態管理模塊各個通信節點之間連接的緊密性，保證設備狀態管理的數據發送與接收功能良好運行。定義變電站設備目標數據的導出形式與SQL命令操作功能，添加設備的各項屬性信息與條件數據，為設備狀態信息的批量設置處理提供保障。在變電站設備信息狀態管理中，采用邏輯操作的方式，通過對應的數據庫與時序流程，發送并接收客戶端的操作請求，進行相應的設備狀態數據檢索與返回。分析變電站設備內部傳播衰減特性，獲取變電站設備狀態管理的具體表征公式：

式中：φi,j為變電站設備狀態管理的表征；τ為變電站設備內部傳播衰減系數；p為設備運行信號幅值。

通過公式獲取變電站設備狀態管理表征結果，并將其作為固定參數，添加在設備狀態管理模塊中，為態管理模塊的運行提供保障。

2.2 系統交互功能設計

智能變電站設備狀態管理模塊設計完畢后，根據系統站控層交互服務獲取設備的動態變化狀況設計系統的交互功能。首先，構建系統交互功能運行模型，如圖1所示。

如圖1所示，在順控操作系統交互模型中，主要通過站控層與通信子站，依據UDP協議設置系統操作指令，并下發相應的服務，調度與配置系統的遙測信號接收服務，接收對應的操作結果測點信號。啟動系統交互服務功能，創建通信配置文件，根據通信端口與緩沖區間的運行狀況，設置系統交互功能網絡節點參數，遠程下發一鍵式順控操作指令，將智能變電站設備的測點數據保存到系統的緩沖區域中，為智能變電站設備的一鍵式順控操作服務提供數據任務支持。

圖1 順控操作系統交互功能模型

2.3 系統數據庫設計

智能變電站設備順控系統交互功能設計完畢后，結合設備E-R實體關系原理，設計一鍵式順控操作系統數據庫。按照SQL Server數據庫的相關技術要求，建立智能變電站設備順控操作數據庫表，描述設備狀態條件的相關信息與數值，數據庫表結構如表1所示。

表1 智能變電站設備順控操作數據庫表

根據系統運行的需求，對設備狀態數據、順控操作任務、項目數據進行存儲，為智能變電站設備順控操作數據的安全存儲提供保障。

3 系統測試

為了證明設計系統的有效性，進行系統測試，主要測試系統的性能與安全性。性能測試采用模擬請求的方式，對順控操作系統的請求處理能力進行綜合測試；安全性測試是對系統運行過程中的操作權限、數據存儲及運行安全等級進行測試。設置測試用戶數量，在多個用戶請求同時發起的情況下，利用腳本模擬的方式，模擬用戶向順控操作系統發起請求，實現在系統中創建用戶登錄站點、變電站設備運行及維修記錄等功能；接下來，采用白盒測試的方式，測試系統的安全性能，測試內容與結果如表2所示。

如表2所示，通過白盒測試的方式，完成順控操作系統安全性能的測試。再在系統客戶端主機中設置100個虛擬測試節點，每個測試節點同時含有5個虛擬用戶進行并發執行操作，模擬虛擬用戶并發的壓力環境，通過加壓測試的方式，分時段測試系統的性能。為了使測試結果更具有說服性，實驗采用對比分析的實驗方式，將文章設計的系統與傳統的變電站設備操作系統[8]進行對比，對比兩個系統的響應時間，結果如表3所示。

表2 順控操作系統安全性能測試用例

根據表3的對比結果可知，文章設計的系統在各個測試時段內的最大響應時間與平均響應時間均小于傳統系統，表明系統運行速度較快，能夠在短時間內對大量虛擬用戶的請求作出響應，系統具有較高的可行性。

表3 兩個變電站設備操作系統的響應時間對比

4 結束語

為了解決變電站設備運行操作難度較大的問題，提高設備操作系統響應速度，高效管理變電站設備運行，文章在傳統變電站設備操作系統的基礎上，引入一鍵式順控操作與智能化管理的理念，對系統的硬件與軟件作出了相應的改進設計。顯著提升了變電站設備操作系統的運行效率與響應速度，能夠在較短時間內對用戶的請求作出響應，可以為我國變電站的高效運行提供一定保障。