配电自动化系统中基于多态的事故追忆实现
作者：陈爱明
发布日期：2015-09-26
摘 要： 事故追忆是配电自动化系统中一项非常重要的功能。通过此功能，可以将保存的事故数据进行重演，反映出事故前后一段时间电网的实际运行状态，方便调度人员分析事故原因，调整电网的运行方式。随着智能电网的全面建设，对配电自动化主站系统的要求越来越高，需求越来越复杂，传统的事故追忆功能已经满足不了客户的实际需求。本文基于多态的思想，提出了软件的架构设计，并介绍了主要模块的功能。本成果已在多个工程现场得到实际应用，将传统的事故追忆功能提升到一个新的高度。
关键词： 配电自动化系统；多态；事故追忆
0 引言
事故追忆是配电自动化系统中一项非常重要的功能。系统检测到预定义的事故时，会自动记录事故时刻前后一段时间的所有实时稳态信息，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。 这些预定义的触发事件包括设备状态变化、测量值越限、计算值越限、测量值突变、逻辑计算值为真、操作命令等。
通过事故追忆的反演功能，可以将保存的事故数据进行重演，反映出事故前后一段时间电网的实际运行状态。调度人员和运维人员可以方便有效地分析事故的原因，调整电网的运行方式，避免误操作引发大事故，保障电网安全经济运行[1]。
随着智能电网的全面建设，配电自动化主站系统的功能也发展得越来越强大，新形势下对其提出的要求也越来越高。在很多项目的应用过程中，传统的事故追忆功能已经很难满足客户的实际需求。主要存在如下问题：
(1) 电网在进行改造升级和二次建设时，网架结构通常是会发生改变的，这导致主站系统中对应的设备模型、线路图也会相应发生变化，比如某条线路上增加了一个开关。而对以前发生的某个事故进行事故反演时，使用的是当前最新的电网模型及图形，实际上已经无法与事故发生时刻的断面数据相匹配。
(2) 调度人员在最初始使用主站系统的过程中，对常用和重要的事故追忆功能，肯定希望能进行多次练习，从而熟悉系统操作。这种情况下，如果想通过一个开关变位事件来触发事故追忆，肯定不能真正对现场开关进行遥控操作，因为这种做法会导致停电事故的发生，并影响到电网的正常运行。因此，系统需要提供一个模拟仿真的场景来达到培训、学习的目的。
基于以上需求，本文结合多态的思想，开发出基于多态的事故追忆模块，并应用于实际工程现场，将传统的事故追忆功能提升到一个新的高度。
1 架构设计
1.1 基于多态的设计思想
多态也称为多场景，是针对配电网在不同应用阶段和应用状态下的操作控制需要建立的多场景配电网模型，一般可以分为实时态、历史态、研究态等[2]。
(1) 实时态：当前系统实际运行的场景。系统中只能有一个这样的态。
(2) 历史态：系统在某个历史时刻创建的场景。根据实际情况，系统中可以有多个这样的态，每个态都有不同的开始时间和结束时间。
(3) 研究态：根据研究需要，系统随时创建的场景。系统中可以有多个这样的态。
系统中需要创建其他场景时，会以当前的实时态为基础母版，类似于对它做一个镜像，主要数据包括模型和图形，以及系统参数等，如图1所示。
场景创建好后，各场景的数据是私有的，以后相互不干扰。应用程序也可以在各个态下运行，相互不干扰。
1.2 软件架构
基于多态的事故追忆功能建立在配电自动化系统的支撑平台上，支撑平台为应用的设计开发和运行提供一整套强大、通用的支持和服务，系统事故追忆的框架结构如图2所示。
1.3 业务逻辑
事故追忆包含两大功能：事故数据记录和事故反演。当事故发生时，SCADA服务器上的事故数据采样服务收到消息，开始存储事故前后一段时间的电网运行数据。存储以数据库的方式实现。
当调度员在某个场景下，选择某个特定事故进行反演时，系统可以自动判断出此事故是否属于该场景。如果不属于，则进行提示；如果属于，调度员可以通过触发数据查询模块、画面显示和操作工具、实时计算模块和网络拓扑模块协同工作，重现事故发生前后的真实状态。
图3描述了事故追忆功能中各模块之间的业务逻辑关系。
2 主要功能模块介绍
2.1 多态管理工具
此工具程序运行在工作站上，属于用户界面程序。为用户提供以下功能项：
(1) 场景的创建。如前面所述，当系统中的电网模型或图形马上要发生改变时，用户必须创建出一个历史态，并设置其结束时间为当前时间。以后进行事故反演时，如果选择的事故源介于此时间段，则系统会自动提示此事件属于历史态事件，需要在对应的历史场景下进行演示，此种机制充分保证了事故数据能与当时真实的图模数据相匹配。
(2) 场景的加载。场景创建成功后，需要加载才能开始使用。
(3) 场景的卸载。本次加载的场景使用完毕后，可以进行卸载，暂不使用。
(4) 场景的删除。执行删除操作后，所有属于此场景的数据表、图形、模型等信息都会被清除，以后也不可以再加载使用。
(5) 查看当前已有的场景信息、场景状态。
(6) 在多态下运行某个应用程序。当应用程序在实时态以外的场景下运行时，它使用和操作的是本场景私有的数据，与实时态毫无关系。因此，可通过此机制实现系统仿真功能。用户可以在多场景下灵活地试验遥控、人工置数、人工封锁等重要操作，并不会对当前的电网有任何影响。同样道理，用户可以方便地在多场景下模拟出各类事故，并进行事故追忆。
2.2 多态服务
此程序运行在SCADA服务器上，为后台服务程序。多态管理工具会将用户的操作请求以消息的形式发送给本服务，由本服务再去做实际的执行，并返回结果。支持以下功能：(1) 场景的创建；(2) 场景的加载；⑶ 场景的卸载；(4)场景的删除。
2.3 事故触发
事故反演可由预定义的触发事件自动启动，触发事件包括设备状态变化、测量值越限、计算值越限、测量值突变、逻辑计算值为真、操作命令等[1]。事故反演也应支持指定时间范围内的人工启动[1]。各应用程序在探测到事故源时，都可以发布事故追忆事件以触发事故追忆功能。
2.4 事故数据采样服务
本服务运行在SCADA服务器上，为后台服务程序。服务收到应用程序发送的事件消息或人工启动消息时，立即开始保存事故前后一段时间（事故前M min，事故后N min）的数据，如遥测数据、开关状态、保护信息等，并将数据保存到数据库。主要功能包括：
(1) 应具备多重事故记录的功能，记录多重事故时，事故追忆的记录存储时间相应顺延。
(2) 应能指定事故前和事故后追忆的时间段。
(3) 支持多态，事故数据最终会保存到对应场景的历史数据表里。
2.5 事故追忆演示
此工具程序运行在工作站上，属于用户界面程序。调度员通过此工具实现丰富的事故反演功能[3]。主要功能如下：
(1) 提供检索事故的界面，可查询某段时间内的事故变位、遥信变位、遥测越限、人工启动等事件。
(2) 播放控制：用户可以手动通过上一帧/下一帧按钮单步播放，也可以选择自动播放。自动播放模式下，能设定反演的速度（快放或慢放），并能暂停正在进行的事故反演。还可以按时间刻度直接定位演示点。
(3) 支持多态。当发现用户选择的事故不属于当前场景时，会给出提示。保证用户在合适的场景下反演其涵盖的事故，使事故数据与当时的电网模型和图形一致，真实地再现事故前后一段时间的电网运行状态。
(4) 提供人工启动采样的功能。用户在经过必要的权限校验后，可以发布人工启动采样事件，作为以后反演的事故源。
3 关键技术
一个城市的配电自动化系统建设，逐步会涵盖很多座变电站、大量馈线和厂站，相应的遥测点/遥信点数量可能会超过百万。假定发生某个事故时，系统总是毫无选择地将所有数据全部保存，可以想见，系统运行一段时间以后，这些数据将会是一个海量级别，会占用数据库大量的物理空间。同时，过多的数据会大大影响到数据库的性能。从另一方面来说，事故发生时，除了关联厂站，其他大部分厂站的运行是与此事故无关的。因此，保存全网数据，实在是一个巨大的浪费。为此，在实际应用中采用了基于配电网模型的事故数据选择方式。
根据IEC61968/IEC61970标准，配电网的设备模型层次如图4所示。其中，馈线环并不是实际的设备模型。
参考上述模型，配电网发生事故时（暂不考虑变电站内事故），可根据下列机制来选择保存事故数据：
(1) 根据事故设备找出其所属厂站。如果事故设备为柱上设备，则直接找出其所属馈线；
(2) 找出事故厂站所属馈线；
(3) 找出馈线所属的馈线环；
(4) 反向查找馈线环包括哪几条馈线；
(5) 反向查找每条馈线下包括哪些厂站或柱上设备；
(6) 反向查找每个厂站下包括哪些设备。
这样，最终找出的所有设备则是需要保存量测数据的设备，其他设备的事故数据则可以忽略。流程如图5所示。
4 结论
基于多态的事故追忆功能充分利用了多态技术，依托配电自动化主站系统的支撑平台，实现了较为强大的功能，圆满解决了传统事故追忆功能存在的弊端。目前，此功能已在湖北武汉配电自动化主站系统、吉林省吉林市配电自动化主站系统、新疆沙雅配电自动化主站系统等项目中应用。其先进的设计理念、良好的实现效果，得到了专家组的高度认可和一致好评。
本功能的实现，满足了新形势下配电自动化的建设要求，一定程度上提升了配电自动化水平和实用化程度。
参考文献
[1] 姜彬,姜彩玉. 新一代全信息电力事故追忆系统的设计[C]. 第二十九届中国电网调度运行会收录论文全集. 北京:中国电力出版社, 2005．
[2] Q/GDW 513－2010. 配电自动化主站系统功能规范[S]. 北京:国家电网公司, 2010.
[3] Q/GDW 567－2010. 配电自动化系统验收技术规范[S]. 北京:国家电网公司, 2010.