规约分析系统在吴忠电网调度自动化中的应用

摘要：本文通过对电力调度自动化系统故障处理的分析，以及自动化主站和厂站工作的实际情况，指出规约分析软件的主要作用和实现的功能，并通过规约分析仪在自动化工作现场的应用实例，说明实施规约分析专用软件的必要性和迫切性。

关键词：规约分析 通道监听 主站模拟 子站模拟

一 引言

目前与电力调度EMS主站系统通信的远动设备中，既有计算机监控系统，又有传统的RTU；而且接入的规约也比较复杂，CDT、国标101、、103、104等。一旦主站监控画面出现某一厂站的故障告警，往往会牵扯到调度通信、自动化、保护、检修、运行等多个专业，从厂站设备、远动信道到主站系统各个环节逐一排查，才能找到故障原因，再采取相应的措施进行故障排除，影响了设备的运行时间。即使在厂站远动设备与主站系统通信正常的情况下，又会出现个别遥测量跳变或失准，又或者遥信量发生抖动。这些远动信息的扰动，一方面影响调度运行，另一方面，又会影响EMS主站系统的安全。因此，自动化的运行人员迫切希望有一套先进的远动通信规约测试及分析系统，能快速准确地对故障进行诊断，尽量缩短故障时间，确保EMS系统的安全，更好地为调度运行服务。

二 概述

目前，由于吴忠电网调控一体化工作的实施，变电站基本实现无人值班。电力系统调度和监控人员已经非常依赖于调度自动化系统所提供的各种信息。因此，调度自动化系统的安全可靠稳定运行，事实上已经关系到电网的安全运行。如何长期、稳定、准确地提供调度和监控人员所需的各种电网运行信息，也就直接关系到电网的安全调度和经济运行。

随着技术、通讯技术及计算机技术的迅猛发展, 大量厂家生产的各种自动化装置和设备在电力系统中得到广泛应用，从而使得各种不同类型的装置系统之间互联机会变得越来越多。这对电力自动化系统的日常维护和运行管理，提出了更高的要求。而作为数据和信息传递载体的通讯规约（协议），则是这些自动化设备互联的基础，因此熟悉各种通讯规约的传输规则，分析了解传输报文，对于各个自动化设备制造厂家变得至关重要，也是电力系统自动化运行维护部门的人员所必需掌握的基本技能。

三 当前的问题和困难

要保证上述功能，目前调度自动化系统的现场问题可以分为两类：一类是设备本身的问题；另一类是运行中发生的问题。

1.规约差异性

目前，调度自动化系统的厂站侧，运行着不同时期安装的多个厂家的自动化设备，如：RTU、测控单元、以及保护测控一体化装置。这些设备已经在系统中运行多年，通常情况下，信息是准确和畅通的，这样的工况，是否表明这些设备所使用的规约一定没有差异呢？为此，我们必需首先区分以下概念：

A) 规约的全集和子集

B) 规约的兼容性

C) 规约的互操作性

D) 规约的差异性

A)规约的全集和子集

处于成本和工期的考虑，不少厂家的设备虽然号称标准规约（例如IEC870-5-101），其实只是做了全部命令中的一个子集，但是并不保证这个子集已经覆盖了规约所要求的一切功能。有时候一个在现场运行的设备，发现有些命令它是不能执行的，只是因为当时SAT时，不涉及这一功能，因而没有显露出来。这里的结论是：一个只具有标准规约命令子集的自动化设备，对于自动化系统的实际运行，不一定会表现出障碍。它们在现有要求下可以无障碍地保持正常的运行状态，这也是自动化设备厂家敢于仅仅完成标准规约子集的原因。

B) 规约的兼容性

上面讲到的子集与全集的关系，就是规约兼容性的例子之一。

还有一些实际格式并不兼容的命令，实际运行中却表现出兼容性来。比如设备ID号的长字节和短字节，当你的设备台数不多，一个字节就可以表达时，即使设备侧是短字节，主站照收不误，没有表现出障碍来。所以，兼容性是比标准格式要求低的一个指标，虽然规约有差异性，现场表现却是兼容的。

C)规约的互操作性

兼容的规约，虽然是差异性规约，却具有互操作性，上面的长短ID号是例。有些应用中，为了避免修改规约的费时和麻烦，甚至可以通过工程设置的方式，把这个困难绕过去，实现互操作性。比如当报文长度受限时，考虑到修改规约的麻烦，现场工程师把一台RTU分成几个逻辑RTU来访问，这样只需要改变主站数据库定义即可，从而实现互操作性。所以，互操作性是比规约兼容性更低一层的要求。

D)规约的差异性

当现场工程师用尽各种办法也无法实现厂站设备与主站的互操作性时，这个差异就表现为设备的接入障碍了。而厂家往往病急治表，改几条命令，先弄通了再说，但是问题并没有彻底解决，于是成为永远的差异保留着。厂站信号如果不改变则以，一有改变的要求，立即表现为故障。然后接着查原因，找问题，可能暂时设备又能运行了，但却成为安全的隐患，这就是当前设备规约标准化的现状。

以上所说，仅涉及设备方面的问题。

2.运行中的问题一

有经验的自动化运行维护人员，根据自动化工作中出现的问题，归类整理分析认为，通讯故障占到自动化系统故障的大约80％。 当一个厂站的数据收不到时，宏观表现就是“不通”。其实“不通”里面包含着众多复杂的因素。仔细分析信道现象，有下面几种状态：

情况1：通讯正常，上下命令和数据准确收发；

情况2：通讯正常，下行命令正常，上行报文数据为“空”；

情况3：链路畅通，下行命令正常，无上行报文；

情况4：链路不通，上下行报文均不正常。

它的实际状态是：

情况1：信道正常，两端命令兼容，有变化数据上传；

情况2：信道正常，两端命令兼容，无变化数据上传，因而报文的数据为“空”；

情况3：信道正常，命令可以下载，但RTU收不到或不认识，无法回答上行报文；

情况4：链路不通，无从判断命令是否兼容、数据是否有变化等等。

3.运行中的问题二

上面所说情况，是在投运初期，或者信道发生变化，或者更换了厂站设备以后的表现。运行中的另一类问题是，通信是正常的，链路、信道、规约兼容性方面都没有问题，相当于在上述情况1之下，有错误数据产生：遥信方面大都表现为误发遥信或误报警；遥测方面表现为数据越限或数据归零；遥控遥调方面表现为控制命令下行后，无返校信息，或者有返回信息，但是一次设备不动作，等等。

这些问题，没有报文分析手段无法确认问题发生在哪个环节，该由通信专业还是自动化专业到现场去排除，要去到现场的哪个设备（通讯还是自动化设备），责任界面如何分开，事后是否有证据可以支持分析等等。

四、规约分析系统的功能和应用

远动信息是通过远动通道、调度数据网进行传送的，远动信息传输的可靠性已成为电网调度自动化系统稳定、准确、可靠运行的重要保证。由于远动信息的传输过程环节复杂、传输距离较远、设备种类较多，在任意一个环节上产生了误码，就会造成主站收到的上行信号无法解调，主站下发的命令不能被正常地执行，此类问题频繁出现时，利用现有的手段只能测出信号电平和波形，对于故障点却不能快速准确地定位，还会造成相关专业部门之间的责任不清，也造成故障时间延长。

因此，自动化的维护人员迫切希望有一套先进的远动通信规约测试及分析系统，能快速准确地对故障进行诊断，尽量缩短故障时间，确保EMS系统的安全，更好地为调度运行服务。因此，提供一种有效的测试手段，迅速分析远动信息、排除远动信号传输故障显得极其重要，远动规约分析系统就成为解决这一难题的最好方法。

基本功能和特点：

由于远动规约分析系统的责任重大，需要很好地解决这些问题，该系统至少应该具备以下功能：

1、 通道监听；

2、 仿真功能；

3、 报文解析；

4、 其他功能。

下面，将详细描述远动规约分析系统是如何实现以上功能、以及在调度系统中是如何应用而使工作提高效率的。

1.通道监听

通道监听主要是针对已经建立通信的通道进行监听，是通过并接方式获取通道数据，而且要确保不会对被监听的通道造成任何影响，这样，通道监听的必需前提是：只收不发。

在调度系统的实际运行过程中，经常会遇到一些不规则的事件，如发生误遥信，遥测越限或遥测跳变等，而这些事件在现时的

主站系统中，是无法有效跟踪的，而且由于

出现的不规则性，增加了工作人员的难度，

甚至是无从下手。

远动规约分析系统可以对这些事件进行

长时间监听，并实时记录形成相应的事件，

工作人员便可以通过该系统进行详细分析，

并可通过事件快速定化至原始报文，查找故

障发生源。因为保存了长期的历史数据，使

工作人员查找故障时有据可查。

2)对通道质量进行分析

由于远动规约分析系统得到的数据等同

于调度主站得到的数据，那么孩系统分析出

来的误码基本上是通道的真实情况。在监听

过程中，由误码统计或帧简析列表部可以看

得出通道的质量。

3)通过监听通道判断该通道的规约一致

性及连通性

在整个调度系统中，由于设备种类比较

多，而且各个厂家也不一样，对规约的理解

可能也存在一定的差异，就连同一种规约也

有各地区不同的执行细则。微小的差异可能

不会导致通信连接不上，但是却会隐藏着其

它的缺陷，如长时标与短时标的差异会导致

SOE对时误差偏大。那么，这些微小的差异

就可以通过该规约分析系统分析出来，要求

设备厂家解决。

举例：在同一个RTU的不同通道上做相

同的操作而产生不同的反应，在其中一个通

道上做遥控操作，很快就有响应，而另一个

通道上做则响应得很慢，通过远动规约分析

系统监听，可以清楚地发现，响应快的通道

其报文正确率很高，而响应得很慢那个通道

的报文误码和错码部很多，有了这些依据，

再去处理时就能做到有的放欠。

2．仿真功能

仿真功能在远动规约分析系统中包括两

项内容：一是主站模拟，一是子站模拟。

主站模拟：通过软件来模拟真实的调度

主站，向RTU请求数据或发送各种命令，并

接收和处理RTU上送的数据报文及返校报文

等。具备四遥的接收及处理功能，功能基本

等同于真实的调度主站。

子站模拟：即模拟现场RTU，能够接收

和模拟执行主站下发的命令，可以模拟四遥

的各种数据，如遥测点置数、遥信点变化、

遥控及遥调的执行和返校，并将各类模拟出

来变化的实时数据上送给主站。

在了解仿真功能的基本特点后，下面描

述仿真功能在调度中应用：

1)变电站预验收：

事实上，变电站验收是一项非常耗时，

而又非常紧急的事情，命令一下达，就必须

验收成功，而实际工作表明根本是不可能如

此理想的，总会遇到这样或那样的问题，因

而延误验收工期。

主站模拟功能可以提前将在验收过程中

可能会遇到的问题暴露出来，比如子站RTU

的规约与主站的规约是否一致?是否能够正

常通信?RTU的系数是否正确设置?子站信

息分组是否正确?对遥控遥调的命令是如何

返校?

凡此种种，如果能在验收前就部已经解

决掉的话，验收过程中就只需要抽检一下就

可以确保能够正常验收。因为已经有预验收

作基础，而且预验收时模拟的主站是完全模

拟真实的调度主站。

远动规约分析系统在变电站验收中，不

仅能够确保验收如期完成，而且也避免了验

收过程中对真实调度主站所造成的影响。

2)检查调度主站的数据库

每个新站，在投运前部要做好其对应的

信息点数据库，和主站二次开发的动态画面

等，数据库和动态画面的定义是否正确，需

要与子站RTU通信来检查才能检查是否正

确，这是传统的检查方法。

模拟子站功能可以打破这种检查方法，

只需要将子站的信息点表导入到远动规约分

析系统中，模拟的子站就等于真实的子站，

在模拟子站上操作等同于在变电站现场操

作，大大简化了很多不便的因素，故检查起

来也更加快捷有效。

3)测试调度主站的性能

在现实工作中，主站的很多性能指标都

是需要测试而没有办法测试的，比如透信雪

崩测试，在物理上是没办法达到这种效果的。

远动规约分析系统的子站模拟功能，具备了

雪崩测试功能，可以对多点同时变化，对整

个站的所有点同时雪崩，从而测试主站对报

文的处理能力。要测试主站性能也可以通过

让遥测点同时随机变化，同样也会产生大量

的数据，达到测试主站性能的一个效果。

3、报文解析

1)报文逐帧逐字节至位以纯中文方式按

照规约文本的含义进行透彻解析。

2)错误报文要分类显示，而且还要可以

缺码容错解析错误原因。3)可以在线解析实

时报文数据，离线分析历史数据及由其它系

统所获取的报文数据。

4)可以根据原始报文数据还原出相应的

真实状态，如：遥信、遥信变位及SOE事件

信息、遥测值、遥测变化、对时、遥控、遥

调等，并可选择对还原的数据进行存储。

4、其它功能

1)要有误码统计功能，分别统计上下行

误码率，并统计该通道的中断次数。

2)可根据事件记录快速查找原始报文数

据，并进行洋细解释。

3)要有事件过滤器查找事件功能，只显

示在事件过滤器中定义的事件。

4)通过信息点号或信息点名称快速定化

功能，方便用户对特定点进行操作。

结论：规约分析系统在调度自动化专业

的应用，使维护人员通过对这些记录文件进

行查询分析，判断故障根源，为正确排障提

供依据，

大大地提高了自动化维护人员的工作效

率，缩短了故障处理时间；对于新建厂站的

调试和验收，由于要在前置系统进行调试，

往往造成“调试冲突”，对主站的正常运行构成

威胁。而使用规约分析系统系统进行调试及

信息的核对时，不存在“调试冲突”，又能减少

对主站正常运行的干扰及冲击。