智能变电站一体化平台的设计与实现硕士学位论文.doc

abstract硕士学位论文智能变电站一体化平台的设计与实现摘要电力工业是国民经济的关键部门，关系到民生民计。近几年来，随着创一流供电企业的要求和提高供电可靠性的需要，变电站数字化向智能化转变成为电力部门各级领导放在战略高度重视和研究的课题。由于传感器、光纤、计算机及通信技术的飞速发展，电力部门信息化水平迅速提高，同时变电设备的性能也得到了很大改善，开展智能变电站一体化平台趋向成熟。本文重点讲述智能变电站一体化平台的设计过程和实现过程。在功能设计上，将对生产设备监测，视频联动，设备状态分析，智能巡检，设备智能分析决策等进行重点展开。在性能设计上，为了实现平台的高可靠性和高可用性，将对系统架构设计进行优化升级，采用双网设计，集群架构。在软件体系结构上，为了达到平台的可维护和可扩张性，将采用分层架构结合soa架构设计实现。通过智能变电站一体化平台，将使传统数字化变电站更高效更智能。在视频巡检和视频联动上，将为无人变电站的实现走出重要一步。在生产设备监测基础上展开的设备智能分析决策系统，将是数字化向智能化转变的重要贡献。关键词:智能变电站，视频联动，视频巡检，设备状态监测，设备状态评估i浙江大学硕士学位论文 abstractabstractthe power industry is a key sector of the national economy, which is closely related to peoples livelihood. in recent years, because of the requirements of building the first-class power-supplying enterprise and improving the reliability of power supplying, the strategies of transforming digital substation into intelligent substation become the key research topic of the power suplying department. due to the rapid development of sensors, optical fibers, computer and communications technology, and the rapid improvement of the informationizing process of the power department and the functions of the equipments, the intelligent substation integration platform becomes possible.this article focuses on design process and implementation process of the intelligent substation integration platform. considering the functions, i will focus on monitoring, video linkage, equipment state analysis, and intelligent data logging equipment intelligent analysis. considering the performance, i will optimize and upgrade the dual-network design and cluster architecturein order to achieve the high reliability and high availability of the platform. on software architecture,i suggest using a layered architecture combined with soa architecture design and implementation in order to reach the platform maintenance and expanssibility.through the intelligent substation integration platform, the traditional digital substations are becoming more efficient and smarter. the video inspection and video linkage are a step forward to the realization of unmanned substation. the intelligent deciding system based on equipment monitoring will be an important contribution to the transformation from digital substation to intelligent substation.key words:intelligent substation, video linkage, video inspection, equipmen condition monitoring, equipment condition assessmenii浙江大学硕士学位论文 表目录目录摘要iabstractii图目录v表目录vi第1章 绪论11.1 研究背景11.2 变电站智能化的现状11.3 研究内容和目标11.4 研究方法31.5 本文结构组织41.6 本章小结5第2章 系统应用技术62.1 智能变电站一体化平台概述62.2 iec61850概述62.3 智能变电站的统一建模62.4 分层和soa架构72.5 svg与vg技术92.6 本章小结10第3章 需求分析123.1 系统用例123.2 系统功能性能需求133.3 本章小结14第4章 系统架构和软件体系结构154.1 架构在系统性能上的要求154.2 系统架构对系统开发的要求154.3 系统的架构的设计164.4 本章小结18第5章 功能模块设计与实现195.1 引言195.2 系统底层通讯及iec61850协议内部转化设计与实现195.2.1 通讯模块架构设计195.2.2 iec61850客户端模块划分205.2.3 数据接口设计215.2.4 公司内部规约通讯设计与实现235.3 设备状态评估模块的设计与实现245.3.1 设备状态评估的总体架构245.3.2 模块的数据库模型255.3.3 具体设计与实现265.4 在线状态监测模块的设计与实现305.4.1 实时消息展示模块305.4.2 vg图形化展示模块395.5 视频智能应该模块的设计与实现445.5.1 视频巡检445.5.2 视频联动465.6 系统管理配置模块485.7 本章小结50第6章 总结与展望516.1 本文完成的主要研究工作516.2 本文的主要贡献以及创新点516.3 进一步的研究工作51参考文献53作者简历55致谢56vi图目录图1.1设备状态算法模型2图2.1变电站建模配置图8图3.1系统用例图12图4.1系统的架构硬件架构图16图4.2系统的架构硬件架构图18图5.1系统通讯架构设计图20图5.2 iec61850客户端模块关系图21图5.3 内部规约通讯模块流程图24图5.4 设备状态设计架构图25图5.5 设备状态评估pmd图26图5.6设备状态评估依据维护界面27图5.7设备状态评分界面图29图5.8设备状态报告30图5.9实时消息展示模块pmd图31图5.10 cid文件图33图5.11 cid文件解析流程33图5.12页面消息处理流程38图5.13实时消息界面39图5.14 vg模块pmd图40图5.15 vg页面逻辑处理过程图40图5.16 vg页面实现界面43图5.17视频巡检实现过程流程45图5.18巡检方案配置图45图5.19智能巡检实现界面46图5.20视频联动实现过程流程47图5.21视频联动实现界面48图5.22系统配置模块pmd图49图5.23系统配置实现界面50表目录表3.1状态评估功能环节表13表3.2视频巡检功能环节表14表5.1内部报文帧格式24表5.2 r_measure_mapping表31浙江大学硕士学位论文第1章 error! no text of specified style in document.第1章 绪论1.1 研究背景电力工业是国民经济的关键部门，关系到民生民计。近年来，我国经济快速发展，人民生活水平逐步提高，城乡用电量不断创造着历史新记录。为了适应新时期国计民生对电力需求的拉动、实现高质量稳定持续供电，各级供电企业提出了在更新电力设施的同时，用信息技术改造和武装变电生产全过程的目标，积极响应党中央在“十五”规划中提出的“以信息化带动工业化”的策略，促进传统工业的改造。该项目是辽宁省的一个科技项目，将在辽宁省某个集控站进行试点推广。在智能变电站scada系统上，进行视频联动，视频巡检和分析决策的研究和应用，对传统的数据传递模式进行分析研究，达到在应用层的集成和应用。1.2 变电站智能化的现状变电站在整个供电体系中，启动关键的作用，是发电，输电，用电等环节中的重要一环。电压站往往跟高压，高风险，高质量联系在一起。近几年来，随着创一流供电企业的要求和提高供电可靠性的需要，状态检修已成为电力部门各级领导放在战略高度重视和研究的课题。由于传感器、光纤、计算机及通信技术的飞速发展，电力部门信息化水平迅速提高，同时变电设备的性能也得到了很大改善，开展状态检修的条件日趋成熟。智能变电站一体化平台就是结合现在成熟的智能传感，物联网技术，ied设备，计算机信息计算，计算机图形技术，视频技术，结合我们变电站的生产实际，综合设计的一套集智能管理，视频监控，智能决策分析的平台。将在我们的变电站，集控站的自动化生产中得到广泛的推广和应用。1.3 研究内容和目标本课题的主要研究内容：一、变电站的生产监测应用为了更好的对变电站的生产进行监测，我们要了解各种设备的工作特点，主要性能指标，选取监测的量测项，选取合理的智能终端设备。二、视频技术在高危卡点的巡检应用 变电站中，很多卡点都是高危的卡点，对安全性，对环境都有很高的要求。用智能设备来代替常规的人工巡检是相当有必要的。视频技术可以代替我们现场的观察。但人工巡检有线路和顺序，以及现场的巡检方案变化。固定的视频监测点无法达到这个要求。我们将把固定的视频监测点，通过不同的组合算法，来模拟巡检路线。同时附加一些预按算法，来临时处理突变事件的巡检方案。合理的视频组合算法，以及预按算法，是视频巡检的关键，也是我们研究的一个主要内容。三、变电站设备的状态智能分析体系通过智能终端返回的信号量，对应到具体的设备部件的量测项（点表对应）。依据国网颁发的国网公司状态检修试验规程和状态评价、状态检修导则，建立设备状态综合分析。通过采集设备个体的各种状态量数据（既使用在线监测仪器，也要充分利用常规的历史试验数据、缺陷信息、运行信息等），依据设备状态评估模型，对其进行跨专业的综合推理和分析，得出对设备状态的评分。算法模型如图1.1图1.1设备状态算法模型经设备状态评估，对处于“注意值”，“警戒值”的设备，发出预警，在监控系统中给出预警提示，并通知设备运行负责人（设备主人）。同时可以自动生成评估报告进行打印输出。四、b/s架构系统在可靠性，可扩展性上的架构研究因为系统对变电站有着实时监控，应用管理。电力行业的高可靠性决定了系统在可靠性上的高要求。系统架构的设计直接关系的系统的质量属性。系统的可靠性和可扩展性的要求，在系统架构设计的时候是一个研究的重点。探讨各种ha技术，各种负载均衡技术以及各种架构的性能特点。选择一种最优架构。五、智能变电站统一建模模型为了统一变电站一次设备和二次设备的描述以及与ide设备之间的网络通信，进行变电站的统一建模时相当有必要的。只有对所有的一二次设备和通信进行了统一建模，采用更好的实现平台的一体化。本课题的研究目标：通过本课题的研究，我们将结合智能传感，图形图像，智能算法，高可用性、可扩展性的系统架构，设计出可行的变电站智能应用系统。提高变电站的生产、管理和维护的效益，提高变电站的管理绩效，提高变电站的安全生产能力。为我国的安全用电，高效用电做出贡献。在传统的scada系统中基础上，实现分析决策，视频联动巡检技术。在设备状态分析，视频监测分析上有很好的应用。同时为智能传感，系统架构，图形图像技术在电力行业的综合应用积累经验。1.4 研究方法一、调研法深入变电站、集控中心，进行调研，明确需求。同时走访目前国内比较成熟智能终端厂商，进行学习交流合作。为系统的开展做准备。同时在系统实现过程中，及时调研反馈。跟客户和合作厂商及时沟通，交换意见。二、实验法 由于系统的实际拓扑架构比较复杂，在开发中不能搭建实际的生产环境。我们要进行大量的模拟实验，对系统中的关键功能进行demo设计，重复实验达到最佳效果。如在系统架构（系统拓扑结构），进行现场模拟环境搭建，模拟网络结构。进行报文数据仿真模拟。系统模拟实验设备条件：1、东方电子信号模拟器；2、数据采集装置模拟器；3、联动服务器模拟程序；4、前置服务器模拟程序；系统模拟实验协议条件：1、iec104通信协议；2、iec61850通信协议；3、自定义内部解析规约。系统模拟试验所需软件有： 配置文件采用xml (可扩展标记语言extensible markup language)作为信息交换格式，以一种开放的自我描述的方式定义了数据结构，体现数据之间的层次关系。altova xmlspy是一个工业标准的xml开发环境，为xml schema、xml文件的创建和编辑提供了高效灵活的环境。它还支持多种文档视图，便于对工程中xml文档进行管理。iec 61850 sclvalidator 是由 ucainternational usersgroup和siemens提供技术支持，一种基于网页的scl有效性的免费测试工具。主要验证配置文件和iec 618506中schema的一致性，并且有针对性地测试scd和icd文件。ied scout是omicr0n开发的针对iec 61 850设备的测试工具，与kema 相关软件的测试重点不同。它可以通过服务获取ied的数据模型，验证其正确性，并且自动生成配置文件。三、经验总结法对现有的资料，可借鉴的系统进行总结，同时在已实施的方案上不断总结提升，得出新的设计方案。如对现有的scada系统的数据采集规则，拓扑结构进行分析总结，得出我们自己的拓扑结构图。1.5 本文结构组织根据上述研究内容和研究目标，文章其余部分内容组织如下：第二章：本章主要介绍智能变电站一体化平台设计开发过程中用要到的相关技术，包括了通信iec61850协议，它是智能变电站通信的基础。智能变电站的统一建模，是智能变电站面向对象建模的重要环节。第三章：本章主要讲解系统的需求过程，通过用户图来描述系统的用户和系统边界然后讲解的系统的功能需求和性能需求。为下面系统设计打下基础。第四章：本章主要介绍从系统的架构设计。从系统性能需求上和软件开发模式上对系统架构的要求来分析得出我们系统的架构。本章讲解了系统的硬件部署架构和系统的软件设计架构。第五章：主要讲解系统各个模块的功能设计与实现。第六章：本章将对全文内容进行了总括，回顾了本文的主要研究内容，归纳了本文的主要贡献以及创新点，并指出进一步可以进行研究的内容，作为下个阶段研究的重点。1.6 本章小结在本章中，我们首先介绍了课题的选题背景，目前变电站在智能化方面的现状以及对智能变电站目前一些不足之处，引出我要解决的主要问题，主要研究的内容和目标。同时罗列一些我们将要采取的研究方法。对整个论文所要探讨的主要内容和主要方向有了一个大体的阐述。对本文结构组织，大体章节内容都做了介绍。方便下面内容的阅读。5浙江大学硕士学位论文第2章 error! no text of specified style in document.第2章 系统应用技术2.1 智能变电站一体化平台概述变电站智能应用平台作为智能变电站站控层的全景数据中心，收集、处理、存储设备状态监测分析结果数据、设备状态监控可视化数据、智能辅助系统数据、测控及保护数据、故障录波数据等的各种数据。并具备智能告警及分析决策、故障信息综合分析决策、设备状态可视化、设备状态检修、智能巡检等高级应用功能。通过智能应用平台，位于主站端的调度人员和技术专家能够对各个变电站的运行情况进行远程实时监控，对于变电站的安全管理、集中监控、无人值班的实现，以及智能变电站的建设具有重要意义。同时能对变电站的控件数据进行智能分析，智能算法得出报告。变电站智能平台包括：生产设备监测、设备状态分析、网络设备监控、智能告警分析与决策、设备状态报告生成，辅助系统管理等内容2.2 iec61850概述iec61850变电站网络与通信协议标准（以下简称iec61850）是新一代的变电站网络通信体系，适应分层的ied和变电站自动化系统。该标准根据电力系统生产过程的特点，制定了满足实时信息传输要求的服务模型；采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，以适应网络发展。采用了面向对象建模技术，面向设备建模和自我描述，以适应功能扩展，满足应用开放互操作要求。采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义数据和数据属性。定义和传输元数据，扩充数据和设备管理功能，传输采样测量值等。该标准还包括变电站通信网络和系统总体要求、系统和工程管理、一致性测试等。iec61850标准是全世界唯一的变电站网络通信标准，也将成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准。智能变电站智能应用系统在网络通信体系上将严格的遵守iec61850标准。2.3 智能变电站的统一建模为了统一变电站一次设备和二次设备的描述以及与ide设备之间的网络通信，进行变电站的统一建模时相当有必要的。变电站配置语言（scl）是iec61850规定的基于xml的对变电站自动化系统（sas）进行描述的一种语言。为了解决变电站自动化系统中来自不同的厂家的智能电子设备（ied）间互操作与集成的问题，国际电工委员会制定了iec61850变电站通信网络和系统的系统国际标准。改标准规定基于xml的scl语言。根据不同的应用场合，有ssd、icd、scd、cid四种类型。其中，ssd 文件(系统规范描述文件 system specification description)主要描述变电站的单线图、电压等级、一次设备等信息，文件包括变电站描述以及数据类型模板等。icd 文件(ied 能力描述文件iedcapability description)与ied一一对应，描述ied装置的能力，使用模板定义逻辑节点、数据和服务。scd 文件(变电站配置描述文件substationconfiguration description)由系统配置从ssd文件和icd文件里生成，描述了完整的变电站、ied以及通信系统。cid 文件(ied 配置描述文件configured ied description)跟icd一样与ied一一对应，是最终的配置文件。他们的相互配置关系如下图2.1：图2.1变电站建模配置图2.4 分层和soa架构分层（layer）模式是最常见的一种架构模式。甚至说分层模式是很多架构模式的基础，本章下面讲到的一些内容实际上都和分层模式相关联。分层描述的是这样一种架构设计过程：从最低级别的抽象开始，称为第1层。这是系统的基础。通过将第j层放置在第j-1层的上面逐步向上完成抽象阶梯，直到到达功能的最高级别，称为第n层。因而分层模式就可以定义为：将解决方案的组件分隔到不同的层中。每一层中的组件应保持内聚性，并且应大致在同一抽象级别。每一层都应与它下面的各层保持松散耦合。分层模式的关键点在于确定依赖：即通过分层，可以限制子系统间的依赖关系，使系统以更松散的方式耦合，从而更易于维护。相对于分层，还有一种概念叫分区。分层是对架构的横向划分，而分区是对架构的纵向划分。典型的分层方式是应用程序专用功能位于上层，跨越应用程序领域的功能位于中层，而配置环境专用功能位于低层。层的数量与组成取决于问题领域和解决方案的复杂程度。通常而言只有一个应用程序专用层。应当把子系统组织成分层结构，架构的上层是应用程序专用子系统，架构的低层是硬件和操作专用子系统，中间件层是通用服务。对系统进行分层有如下基本原则： 可见度。各子系统只能与同一层及其下一层的子系统存在依赖关系。 易变性。最上层放置随用户需求的改变而改变的元素。最底层放置随实施平台（硬件、语言、操作系统、数据库等）的改变而改变的元素。中间的夹层放置广泛适用于各种系统和实施环境的元素。如果在这些大类中进一步划分有助于对模型进行组织，则添加更多的层。 通用性。一般将抽象的模型元素放置在模型的低层。如果它们不针对于具体的实施，则倾向于将其放置在中间层。 层数。对于小型系统，三层就足够了。对于复杂系统，通常需要5-7层。无论复杂程度如何，如果超过10层，就需要慎重考虑了。层数越多，越需慎重。常见的分层架构模式1客户端-服务器模型（client-server，c/s）。2三层模型：用户表示层、业务逻辑层、数据层。3多层结构的技术组成模型：表现层、中间层、数据层。4基于java的b/s模式系统结构：浏览器端、服务器端、请求接收层、请求处理层。面向服务架构（soa）是指为了在网络环境下解决业务集成的需要，通过连接能完成特定任务的独立功能实体实现的一种软件系统架构。面向服务架构减少了异构性、互操作性和不断改变的要求的问题，这样的体系结构提供平台构建了具有松散耦合、位置透明、协议独立特征的应用程序服务。基于面向服务的体系结构，服务使用者甚至不必关心与之通信的特定服务，因为底层基础设施或服务“总线”将代表使用者做出适当的选择。基础设施对请求者隐藏了尽可能多的技术。特别地，来自不同实现技术（如 j2ee 或 .net）的技术规范不应该影响 soa 用户。如果已经存在一个服务实现，我们就还应该重新考虑用一个“更好”的服务实现来代替，新的服务实现必须具有更好的服务质量。面向服务架构是将组件描述成提供相关服务的物理黑盒封装的可执行代码单元。它的服务只能通过一致的已发布接口（它包括交互标准）进行访问。组件必须能够连接到其他组件（通过通信接口）以构成一个更大的组。服务通常实现为粗粒度的可发现软件实体，它作为单个实例存在，并且通过松散耦合的基于消息通信模型来与应用程序和其他服务交互。面向服务架构中包括了一下几个重要的面向服务术语：（1）服务：逻辑实体，由一个或多个已发布接口定义的契约。 （2）服务提供者：实现服务规范软件实体。 （3）服务使用者（或请求者）：调用服务提供者的软件实体。传统上，它称为“客户端”。服务使用者可以是终端用户应用程序或另一个服务。 （4）服务定位器：一种特殊类型的服务提供者，它作为一个注册中心，允许查找服务提供者接口和服务位置。 （5）服务代理：一种特殊类型的服务提供者，它可以将服务请求传送到一个或多个其他的服务提供者。 在组件和服务开发中，都需要进行接口设计，这样软件实体就可以实现和公开其定义的关键部分。因此，在基于组件和面向服务的系统中，“接口”的概念对于成功的设计非常关键。下面是一些与接口有关的重要定义：（1）接口：定义一组公共方法签名，它按照逻辑分组但是没有提供实现。接口定义服务的请求者和提供者之间的契约。接口的任何实现都必须提供所有的方法。（2）已发布接口：一种可唯一识别和可访问的接口，客户端可以通过注册中心来发现它。（3）公共接口：一种可访问的接口，可供客户端使用，但是它没有发布，因而需要关于客户端部分的静态知识。（4）双接口：通常是成对开发的接口，这样，一个接口就依赖于另一个接口；例如，客户端必须实现一个接口来调用请求者，因为该客户端接口提供了某些回调机制。2.5 svg与vg技术svg（scalable vector graphics）是基于可扩展标记语言（xml），用于描述二维矢量图形的一种图形格式。svg由w3c制定，是一个开放标准。svg严格遵从xml语法，并用文本格式的描述性语言来描述图像内容，因此是一种和图像分辨率无关的矢量图形格式。svg格式具有以下优点：1、图像文件可读，易于修改和编辑2、与现有技术可以互动融合。例如，svg技术本身的动态部分（包括时序控制和动画）就是基于smil标准。另外，svg文件还可嵌入javascript（严格地说，应该是ecmascript）脚本来控制svg对象3、svg图形格式可以方便的创建文字索引，从而实现基于内容的图像搜索4、svg图形格式支持多种滤镜和特殊效果，在不改变图像内容的前提下可以实现位图格式中类似文字阴影的效果5、svg图形格式可以用来动态生成图形。例如，可用svg动态生成具有交互功能的地图，嵌入网页中，并显示给终端用户6、svg面临的主要问题一个是如何和已经占有重要市场份额的矢量图形格式adobe flash竞争的问题，另一个问题就是svg的本地运行环境下的厂家支持程度。 visual graph是一套强大的专业图形引擎平台(以下简称vg或visual graph)，她能非常方便地建造基于图形的界面、制作各种图形元件、实现图形管理、图形建模、制作监控系统、表单系统、绘图系统、流程设计、cad软件等。她提供功能非常强大的com组件，和其他流行的编程语言共同工作，极大地弥补了这些语言在图形处理方面的不足。也可以嵌入ie浏览器中，实现网上图形编辑和控制等。visual graph专门处理交互图形，与具体业务无关，她提供了十分丰富规范的交互事件和图形控制命令，内置结构简单开放的脚本语言，使程序员能够专心编写后台系统等与图形无关的部分，体系结构十分清晰。visual graph插件可以应用在windows平台上的各种编程语言，甚至现在一般不太常用的foxpro都支持它。在ie客户端，使用vbscript或者jscript均可以操作它提供的接口类、函数和属性。完全功能的系统不含任何第三方技术，打包后文件大小才仅有300k。2.6 本章小结本章主要介绍了智能变电站一体化平台设计开发过程中用要到的相关技术，包括了通信iec61850协议，它是智能变电站通信的基础。智能变电站的统一建模，是智能变电站面向对象建模的重要环节。分层架构和soa架构是我们这个系统架构设计的依据，也是我们这个系统最后采用的架构。svg和vg技术是我们系统图形化展示的采用技术。11浙江大学硕士学位论文第3章 error! no text of specified style in document.第3章 需求分析3.1 系统用例本系统主要存在系统管理员、调度中心的调度员和变电站的运维人员。三类用户对系统的需求是不一样的，经过我们前期的了解，做需求得出了系统的边界和主要功能，做用例图如下图3.1：图3.1系统用例图系统管理员主要是对系统进行系统的日常维护，如权限，运行情况等。还有对系统中的变电站设备进行维护。调度人员主要是使用本系统进变电站状态监测。如设备实时监测，视频巡检，定期检查设备的状态，通过视频联动来及时的观测设备的动态变化。变电站运维人员是使用本系统最多的人员。他们可以通过本系统进行设备状态实时监测、设备状态进行评估、视频巡检和视频联动等。3.2 系统功能性能需求通过前期的需求分析本系统主要包括五个功能模块：1、系统维护模块：对系统进行日常的维护包括设备维护、设备视频关联、视频巡检设置等。2、设备实时监测：能对设备的状态进行实时的监测，包括查看底层智能终端遥信和遥测类型的数据。实现高压设备的状态的实时监测及二次设备状态的实时监测，对设备发生告警或事件时实时通知监控人员；根据监测的设备状态进行分析并可得出检修见意。一次设备状态监测主要有变压器、hgis、gis、避雷器、电抗器、电容器、断路器的实时监测；二次设备主要监测设备的网络通信状态及设备故障情况。 3、状态评估：通过底层智能终端传递上来的数据，能对具体设备进行设备状态的评估。功能环节如下表3.1：表3.1状态评估功能环节表编号名称描述角色1状态量收集从生产系统，在线监测，监控系统收集设备状态量变电站运维人员2状态评分依据状态量在设备状态评价中所占权重对设备状态评分变电站运维人员3经验权重系数根据设备寿命周期，和经验权重分配一定权重变电站运维人员4设备状态累计分累计当前设备状态量评分累计值变电站运维人员5设备风险阀值为设备状态评分设定阀值，设备状态综合评分越过阀值，给出预警。变电站运维人员4、视频巡检：能通过摄像头的来模拟变电站的运维人员的日常巡检工作。同时记录巡检录像，供以后查看。下表3.2 为视频巡检功能环节表。 表3.2视频巡检功能环节表编号名称描述角色1视频巡检配置配置视频巡检方案，包括摄像头，预置位循序等。系统运维人员2视频巡检根据视频巡检方案，执行视频巡检，记录巡检问题变电站运维人员3巡检记录巡检完毕生成巡检记录，供以后查看系统5、视频联动：当某个设备出现问题的时候，能及时的掌握现场情况，调用最近的摄像头，抓取实时视频画面。 根据系统的实践情况，在性能上这几个方面要考虑：网络的安全性：要实时保证系统的正常通讯，采用双网模式。系统的相应时间：不能超过3秒钟的数据延时。系统的强壮型：采用双机热备。保证一台服务出错的情况的，另一台服务器能及时替补。3.3 本章小结本章主要讲解了系统的需求过程，通过用户图来描述系统的用户和系统边界然后讲解的系统的功能需求和性能需求。为下面系统设计打下基础。14浙江大学硕士学位论文第4章 error! no text of specified style in document.第4章 系统架构和软件体系结构4.1 架构在系统性能上的要求系统的构架很大程度决定着系统的性能，根据系统的特点，系统的性能需求，就要设计相应的架构。系统架构决定了我们系统的构建环境。就像造一栋房子，在清楚了这栋房子的用途之后，会先有建筑设计师来画出设计图纸图，然后还需要结构设计师为我们设计出结构图。系统架构设计的过程就和结构工程好似设计结构图一样，需要为整个系统搭建出一个尽可能最优的框架，让整个系统能够有一个稳定高效的结构体系，让我们来实现各种商业需求。本系统是智能变电站一体化系统负责变电站的在线监测和辅助控制，视频监测等功能。为了实现这些功能，让这些功能具有更好的实用价值，对系统架构的要求就很高。根据系统的特点，本系统有下面几个性能需求：1、本系统是变电站实时在线监测和辅助控制系统，对变电站的运行至关重要，要求系统有很高的可靠性。2、本系统是作为智能电网应用的一个产品，要求系统有很高的可维护性和可重用性。3、本系统对变电站的信息的实时性要求很高，对网络的要求也高。4、本系统部署在一个市局更或者是省局的调度集控中心，同时管理着很多变电站，同时很多用户进行操作应用。这就要求系统具备一定的并发性。5、本系统的数据关系中电力的稳定供应，是关乎民生的工程。对数据的安全性有很高的要求。4.2 系统架构对系统开发的要求本系统是采用多模块多小组共同开发的，并且开发人员分为开发组，业务逻辑开发组，数据层开发组，大家分工协作，共同来完成整个系统的开发。这就要求我们的系统架构软件体系能够支撑这个开发模式。为了实现不同开发小组的开发，我们的采用了分层架构，把系统分为三层架构，分别为：表现层（bi层）、业务逻辑层（service层）、数据层（dao），分别对应开发组、业务开发组、数据开发组。为了实现多模块多小组共同开发，模块自己低耦合衔接。在独立模块之间采用了soa架构。这样模块之间通过服务调用，实现低耦合。 4.3 系统的架构的设计系统是架构可以分为系统的硬件架构和软件体系结构。为了实现系统性能需求和系统的开发需求。我们队系统的架构硬件架构设计如下图4.1：图4.1系统的架构硬件架构图关于与东方电子接口说明：1、黑色方框内的设备均运行在安全分区的一区。2、数据采集装置采集的数据分2种方式同时获取，保证重要数据实时性的同时，最大限度的保证数据的完整性和全面性。3、采集方式一说明：通过采集装置与东方电子scada系统通讯前置采用104协议，发送实时性要求较高的重要数据，满足信息平台一些应用功能的展示。发送的数据点数不会大于1万点，满足应用的前提下，尽量减少发送的数据量，达到减少对监控系统的影响。东方电子作为104协议通讯服务器端，易视腾作为客户端，并需要考虑双机热备连接处理的情况。4、采集方式二说明：通过采集装置接收监控系统发送的upd数据包，获取监控系统的所有数据。此方式获取的其他数据的实时性相对较差。但能保证数据的全面，满足信息平台其他应用的需要。该方式采集数据同样需要考虑数据采集热备的情况。5、采集装置通过上述两种方式获取到数据后，进行整合处理，通过隔离装置等安全分区设备后，使用易视腾内部协议发送给位于安全三区的联动服务器。6、联动服务器直接与信息平台接口进行连接，将各个变电站生产数据发送给平台。7、联动服务器与通讯前置进行接口，采集所有在线监测数据和辅助系统数据，用于联动。8、联动服务器将收到的数据根据联动规则，生成控制报文，用内部规约发给通讯前置模块，完成对各个变电站联动控制。9、通讯前置与各个变电站辅助系统智能单元、视频系统智能单元、在线监测系统智能单元进行通讯，采集相关数据或发送控制信息。10、通讯前置因为有2台，需考虑通讯热备。同样信息平台接口也应该考虑如何应对热备连接的处理。11、由于辅助系统智能单元为其他厂家产品，需考虑数据采集问题和控制问题，主要是通过61850采集时，通道容量是否足够，双方兼容性怎样，采集效率如何？如何控制（手动控制和联动控制存在不确定性）根据系统的功能和性能需要，我们在系统的软件架构上，采用了soa和分层架构的综合架构。在系统的功能我们采用了独立的服务模块通过总线来调用。在服务内部，我们采用了分层架构，分为dao和bll层。在客户端通过层来展示。下面给出架构图4.2：图4.2系统的架构硬件架构图4.4 本章小结本章主要介绍从系统的架构设计。从系统性能需求上和软件开发模式上对系统架构的要求来分析得出我们系统的架构。本章讲解了系统的硬件部署架构和系统的软件设计架构。我们的软件设计架构采用的soa架构和分层架构的结合使用。在服务总线连接着各个服务，各个服务内部采用了分层设计的思想。18浙江大学硕士学位论文第5章 error! no text of specified style in document.第5章 功能模块设计与实现5.1 引言本章是整个文章的重点，将具体的对智能变电站一体化信息平台的功能模块进行介绍。文章会从下面几个模块进行介绍：系统底层通信，设备状态评估，在线状态监测，视频智能应用和系统配置管理等模块。5.2 系统底层通讯及iec61850协议内部转化设计与实现5.2.1 通讯模块架构设计智能变电站一体化信息系统（包括二次运维服务、前置通讯、goose联动服务、ied）是智能化变电站未来的发展方向，也是国家电网未来的战略部署方案。综合处理系统集成了变电站综自系统的信息采集以及非生产设备数据智能化操作，并常规系统智能化、多系统集成化、信息控制自动化。智能变电站一体化平台融合了智能技术、通信技术、网络技术、安防技术、视频技术等，集变电站之外智能电网所有技术为一体，具有很强的一体化信息能力，系统包括前置通讯服务、goose联动服务器、智能单元以及信息处理平台。其中前置通讯服务搭起了智能变电站scada系统与综合处理系统的桥梁，负责从scada系统收集数据，提供给综合处理系统智能分析、判断和处理。本文主要针对讲述前置通讯服务的整体设计。本一体化平台系统通讯架构设计如下图5.1所示：图5.1系统通讯架构设计图图中术语注解：mms：制造报文规范。goose：面向通用对象的变电站事件离线配置：采用系统配置工具，将ied模型文件生成静态配置文件。在线模型：从装置通过服务直接获取模型的方式，区别于静态模型。ied：智能装置，如智能单元。5.2.2 iec61850客户端模块划分iec61850客户端划分很多模块，各模块之间的关系如下图5.2所示：图5.2 iec61850客户端模块关系图1、模型解析模块：作为独立的工具软件，负责解析xml格式文件生成易读的装置点表和列表文件。2、sisco包二次封装整理，包括编解码处理、库文件二次封装、功能模块与sisco包的衔接、报文重组等。3、配置文件解析模块，负责静态数据的读取和库的创建。4、功能模块实现，包括开入、压板、告警、事件、测量以及录波文件等的处理。5、与内部规约数据打包模块的封装，配合内部协议通讯模块，提高相关接口，保证数据实时上送。6、客户端多设备连接处理，支持与多设备的关联和释放，保证数据的可靠传递。7、内部规约分通道数据上送以及配置工具的开发。8、线程管理及守护。5.2.3 数据接口设计内存访问和函数调用接口是指61850客户端系统库与外围的接口，也是iec61850与外接口的数据交互平台，主要有：1、加载系统库。2、注册接口函数。3、申请上行应用模块，包括正常数据处理接口、处理录波处理数据及列表接口等。4、申请下行应用模块，包括召唤和控制功能等。5、释放系统库。主要数据结构及接口设计联合体val的类型包括：#define ccs_app_type_yx1 /* 遥信*/#define ccs_app_type_yc2 /* 遥测*/#define ccs_app_type_ym3 /* 遥脉*/#define ccs_app_type_act6 /* act事件*/#define ccs_app_type_acd7 /* acd事件*/联合体date的类型包括：#define ccs_bvt_bool1 /* bool类型，即st_boolean */#define ccs_bvt_enum221 /* 2位枚举，取值到*/#define ccs_bvt_dbpos37#define ccs_bvt_float32 19 /* st_float */#define ccs_bvt_int32 17 /* st_int32 */#define ccs_bvt_int32u 14 /* st_uint32 */#define ccs_bvt_open 26 /* 用于双位置遥信的分，基本类型为st_boolean */#define ccs_bvt_close 27 /* 用于双位置遥信的合，基本类型为st_boolean */#define ccs_bvt_ctlword 29 /* 定值控制字类型扩展，基本类型为st_int32 */主要接口函数1、st_ret ccs_lib_load(css_lib_ref *libref，st_char *libname)用途：库文件加载入口参数：libref为ccs库句柄;libname为库文件名输出：无返回为sd_success或sd_failure2、st_ret ccs_get_if_comn (hinstance *libref，st_ret（*lfncommon)（optype, pdat）用途：获取公共接口入口参数：libref为ccs库句柄输出：函数指针lfncommon返回：sd_success或sd_failure3、st_ret(*fnptrccscommon)(st_uint8 optype,st_void *pdat)用途：设置应用实现的处理接口入口参数：optype，数据处理接口类型包括有#define ccs_if_start_sys 8/* 启动ccs