（电力系统及其自动化专业论文）变电站远程维护系统研究(1).pdf

华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no fs t a t ep o w e rd a t an e t w o r k ( s p d n e t ) p r o v i d e sa ni n f i n i t es p a c ef o r t h ed e v e l o p m e n to fp o w e rs y s t e ma p p l i c a t i o n s ，l e a d i n gt os u b s t a n t i v ea p p l i c a t i o n so ft h e n e t w o r k b a s e ds e r v i c e s m e a n w h i l e ，t h ew a yf o rm a n a g e m e n to fs u b s t a t i o n si sc h a n g i n g f r o ml o c a l m o n i t o r i n gt o r e m o t em o n i t o r i n g u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h em a i n t e n a n c e w o r ki ns u b s t a t i o n sb e c o m e sm o r ea n dm o r ec o m p l e xa n dd i f f i c u l t n o w a d a y s ，m a n yo l d d e v i c e si ns u b s t a t i o n sa r eb e i n gr e p l a c e d 、v i t l ln e wi n t e l l i g e n te l e c t r i c a ld e v i c e s ( i e d ) p r o v i d i n gm u c h m o r es t r o n gm a i n t e n a n c ef u n c t i o n so v e ro l dd e v i c e s t h ep u r p o s eo ft h e t h e s i si sd e s i g n i n gas u b s t a t i o nr e m o t em a i n t e n a n c es y s t e mw i t hf u l l ym a k i n gu s eo f t h e s e f u n c t i o n sa n da d v a n c e d t e c h n o l o g i e s t h es u b s t a t i o nr e m o t em a i n t e n a n c es y s t e mp r o v i d e sf l e x i b l em a i n t e n a n c ec h a n n e l s f o rr e m o t em a i n t e n a n c ew o r k e r s i tc a nc l e a ru pt h eh i d d e nt r o u b l e si nd e v i c e sa n dl o c a t c t h ef a u l te x a c t l y t h u s ，t h en o r m a lw o r k i n gt i m eo fs u b s t a t i o nw i l lb ee x t e n d e d ，a n dt h e o p e r a t i o nc o s tw i l lb er e d u c e d g e n e r a l l y , i tc a n b ec o n s i d e r e dt h a tt h es u b s t a t i o nr e m o t e m a i n t e n a n c es y s t e ma c t sa sa na s s i s t a n ts y s t e mo f t h es u b s t a t i o na u t o m a t i o n s y s t e m t h er e s e a r c hw o r ko ft h i st h e s i sc o n c e n t r a t e so nh o wt of u l l ym a k eu s eo fe x i s t i n g t e c h n o l o g i e s t o d e v e l o pam a i n t e n a n c es y s t e mt h a tm a yh e l paw o r k e rt oa c c o m p l i s h s u b s t a t i o nm a i n t e n a n c ew o r k b y n e t w o r k f i r s t l y ，i nc h a p t e r1 a n d2 ，t h ec u r r e n ts t a t eo fr e l a t e dr e s e a r c hi si n t r o d u c e d t h e nt h e p a p e ra n a l y s e st h ep r o b l e m se x i s t i n gi ns u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e ma n dp r o p o s e san e w i d e af o r d e v e l o p i n g s u b s t a t i o nr e m o t em a i n t e n a n c e s y s t e mu s i n g d i s t r i b u t e d o b j e c t t e c h n o l o g y c h a p t e r 3f o c u s e so nt h ea n a l y s i so ft h er e m o t em a i n t e n a n c e s y s t e m c o n s i d e r i n gt h e o p e r a t i o np r a c t i c eo f s u b s t a t i o ni nc h i n a ，i ta n a l y s e st h eu s e r sd e m a n d ，s y s t e mf u n c t i o n s ， m a i n t e n a n c em o d e ，m a i n t e n a n c es t r a t e g ya n dd e m a n d so ft e l e c o m m u n i c a t i o ni nd e t a i l ， a n dp o i n to u tt h ep r i n c i p l e sa sw e l la st h ed i f f i c u l t i e sw h e n d e v e l o p i n g t h es y s t e m c h a p t e r4d e a l sw i t ht h ei m p l e m e n t a t i o no f t h es u b s t a t i o nr e m o t es y s t e m f i r s t ，t h e n e t , h 7 0 r ks t r u c t u r ea n dt h es o f t w a r es t r u c t u r eo ft h es y s t e ma r ep r e s e n t e d a n dt h e nt h e m o s t i m p o r t a n tc o m p o n e n t si n c l u d i n g t h e i n t e l l i g e n t m a i n t e n a n c e m o d u l e ，s y s t e m m a i n t e n a n c ec o n t r o l l e ra n dm a i n t e n a n c ed a t a b a s ea r ed e s i g n e d t h ed e s i g nm e t h o do f 华中科技大学硕士学位论文 i n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c em o d u l e ，u h i c hi st h ec o r eo ft h es y s t e m ，i sd e s c r i b e di nd e t a i l a t l a s t t h es o l u t i o nf o rt h ei n t e g r a t i o no ft h er e m o t em a i n t e n a n c es y s t e ma n dt h ea u t o m a t i o n s 3 7 s t e m i ns u b s t a t i o n si s p r o p o s e d ，a n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h em a i n t e n a n c es y s t e mi s e v a l u m e d t os u mu p ，t h em a i n t e n a n c e s y s t e m i sa n o p e n a n dr e l i a b l e s y s t e mi n t e g r a t i n g t e c h n o l o g i e so fa u t o m a t i o n ，n e t w o r k ，d i s t r i b u t e do b j e c ta n di n t e l l i g e n t a g e n t ，a n d t h e s p d n e ta n dt h ed i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n o l 0 9 3f a c i l i t a t et h es u b s t a t i o nm a i n t e n a n c e s y s t e m u n d e ra no p e nf r a m e u o r k k e ) w o r d s ： r e m o t em a i n t e n a n c e d i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n o l 0 9 3 rs u b s t a t i o n a u t o m a t i o nt e c h n o l o g y i n t e l l i g e n ta g e n t 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题背景 1绪论 随着网络技术和自动化技术的发展，变电站自动化正在从有人值班向无人值班、 无人值守过渡，远程的监控和维护已经成为趋势。目前变电站的维护任务并没有独 立出来，而是简单地分配到各个职能班组。调度工作中的任务划分一般为：调度自 动化人员的管辖范围是厂站设备r t u 和调度自动化主站系统，通信人员负责远动通 道的维护，厂站二次设备则由继电保护和其他相关班组维护p 1 。一旦调度中心监控 界面上出现遥控误动、遥信状态错误、通信中断等故障时，调度中心就往往无法判 断具体的故障原因，保护设备、通信系统、远动r t u 或计算机监控系统都有可能是 故障根源，多数情况下必须由多个职能班组的专业人员同时去现场处理。由于各个 专业分属不同的部门管理，使得工作安排和协调程序繁琐，甚至贻误了故障处理的 时间，以致威胁到电网的安全运行。这仅仅是一个事故维护的例子，体现的是故障 定位功能。维护的内容应该还包括通过日常的工作尽量使得被维护对象健康，在未 发生故障之前发现设备缺陷，防患于未然。而目前的变电站的常规维护工作是不管 设备的工作状况如何，对设备进行周期性的检修，工作程序过于呆板。因此，有必 要考虑采用先进的维护管理模式对变电站的维护工作进行合理的分配和解决。 远程维护并不是一个新的概念，在很多领域都已经或正在考虑实施远程维护方 面的应用 】9 儿2 ”，但是对变电站而言，国内相关的产品和应用非常少，大部分变电站 目动化产品集中于满足自动化功能的实现上，而对变电站的维护功能的实现没有给 予重视，这导致变电站的设备的运行维护费用增加，也增加了事故的机率。变电站 的远程维护是一项全新的研究方向，随着变电站自动化系统的日渐完善，如何结合 变电站的实际工作开发适用于变电站的远程维护系统是当前迫切需要解决的问题。 目前，信息技术己逐步融合到电力自动化技术中，传统的远动信道也正在被基 于i p 技术的光纤网络取代，国家电力数据网络已经成为电力系统的重要基础设施， 各级调度自动化系统、变电站自动化系统和继电保护信息系统等都将接入国家电力 数掘网络，通过网络进行数据交换。另外，随着我国电力市场体制改革的实施和深 化乜力供需市场发生了巨大变化，加强设备的现代化管理，降低设备的维护运行 华中科技大学硕士学位论文 费用，已经成为电力企业的迫切需要。因此，目前变电站自动化系统的开发设计必 须要满足的基本要求之一就包括1 9 1 ：收集设备的状态数据，支持设备的状态维修和 可靠性为中心的维修系统，提高设备可用了和使用寿命。而维护工作的远程实现既 可以降低维护成本，也能够更好的利用网络实现信息的交流和集成。因此各地变电 站的自动化系统改造在如火如荼的进行中，无人值班无人值守的变电站数目剧增。 因此，在此基础上研究变电站的远程维护将有着积极的意义，丰富的维护信息， 不仅把变电站的运行维护人员从繁琐的工作中解脱出来，而且降低了变电站的运行 维护费用，增加了设备的服务年限，在一定程度上保证了电网的安全运行。随着无 人变电站的普及，远程维护的重要性也显得日益突出。本课题的工作就是在此背景 下开展的。 1 2 国内外研究现状 目前国内的相关研究大多仅限于讨论r t u 远程维护功能的实现。其中文献【1 的 主要观点是：r t u 远程维护系统和调度自动化主站系统互相独立，相互补充，二者 通过不同的信道与厂站( r t u ) 连接，前者通过公用电话网、后者通过传统的专用 远动信道。旦调度自动化系统的远动通道出现故障中断，而厂站r t u 运行正常时， 就可以利用远程维护系统经公用电话网将厂站r t u 的“四遥”数据( 遥信、遥调、 遥控、遥测) 上传至远程维护主站系统，再传到调度自动化主站系统。另外，远程 维护系统的主要功能还包括监视远动信道的稳定情况、传送常规远动信息和对r t u 进行远方复位等功能。这种r t u 的远程维护思路在变电站没有接入国家电力数据网 的情况下是切实可行的，而且在当时远动信道不稳定的情况下有积极的意义，但是 图1 1s m p 网关应用方案 雾 曙j 华中科技大学硕士学位论文 国家电力数据网的建成使得信道的故障机率降低，网络时代的到来带来的是人们思 考方式的彻底改变。远程维护系统开发的焦点问题已经不再是信道故障时带来的信 息远传问题，而是转向如何保证远动信息的安全传输，如何挖掘更加丰富的维护信 息如何远程进行正确的故障定位和分析，如何为远方运行维护人员尽可能多的提 供变电站设备的运行情况。 国外的研究工作已经有了一定的进展并出现了相应的产品，其中与远程维护 相关的部分主要是作为变电站自动化产品的一个辅助功能实现。代表产品有美国 s c h w e i t z e re n g i n e e r i n gl a b o r a t o r i e s 实验室开发的s e l 2 0 2 0 通信控制器【3 6 l 和c y b e c t e c 公司的产品s m p 网关i ”i 。二者都提供了对各类i e d 设备无缝集成，响应远程用户 的各类请求( 如数据请求、修改定值等) ，提供对所连l e d 设备的透明连接，实现 对i e d 的直接控制。其中s m p 网关比s e l 2 0 2 0 通讯控制器增加了w e b 服务功能， 这使得其在网络的应用上比s e l 2 0 2 0 更为灵活。图1 - 1 给出了s m p 网关的应用方案， 由图可以看出，s m p 应用网关在新旧设备的集成上做的非常不错，由于老的i e d 、 r t u 、p l c 等设备一般存在通信能力有限且不同厂家的产品协议不一致问题，s m p 网关为所有的i e d 设备提供了一种透明集成方案。同时内嵌了一定的远程维护功能， 比如通过远程的t c p i p 连接进行设备的实时整定，目志访问等。 虽然如此，但由于这些产品的设计重点并不在变电站的远程维护上，所提供的 维护功能大多仅局限于些如保护定值的远程修改和远程读取s o e 等常规功能上， 并没有从整体上生成站内设备的维护策略；同时这些i e d 集成设备容易变成系统的 瓶颈，一旦故障，所有i e d 设备的数据将不能正常上传，整个远程监控系统的工作 陷于瘫痪。 1 3 论文的主要工作及章节安排 鉴于上述原因，本论文的主要工作是：充分利用现有的网络技术和变电站自动 化技术，克服已有的变电站远程维护产品的缺陷( 如上述两家公司的i e d 集成产品) ， 为远程维护系统的用户提供丰富的维护信息和更加强健的功能。 论文的阐述围绕着变电站远程维护系统的设计实现展开。各章节安排如下：第 二章介绍了目前变电站自动化系统的结构及发展趋势，并且针对变电站网络构架的 多样性和设备的分布式特点，介绍了分布式对象技术的发展，提出利用分布式人工 智能技术构架变电站远程维护系统模型：在第3 章论文对远程维护系统的功能和要 求以及设备的维护策略选择等方面进行了详细分析，并讨论了变电站维护的相关问 华中科技大学硕士学位论文 题的解决方案比如网络安全保障、被维护设备的通信能力、维护信息与其他远动信 息的传输协调问题等；第4 章利用a g e n t b u i l d e r l 3 开发工具对系统进行了初步设计， 详细设计了系统的重要组成部分一智能设备维护模块，为变电站远程维护系统的开 发提供了一个通用模板，论文对设计的每一步都给出了详细的分析和设计思路。 考虑到国内外有关变电站设备状态检修的研究工作已有很多，所以论文的重点 主要放在如何利用现有的先进技术实现系统对远程维护的支持上。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 引言 2 远程维护技术基础 现有的自动化技术和网络技术的结合是变电站远程维护系统实现的基础。 变电站自动化技术在近几年的迅速发展使得变电站的运行工作已经发生很大改 变，其管理模式从原来的有人值班到现在的无人值班无人值守，运行人员正逐渐从 繁重的监控工作中解脱出来。科技的发展正是以减轻人们的劳动负担，提高人们的 工作效率为目的的，在变电站实现了远程监控后，变电站维护工作的繁琐和效率低 下问题也因此而显得尤为突出。因此，实现变电站的远程维护势在必行。当运行人 员不在现场，所有故障的处理方式就全部要依靠维护系统提供的分析结果，同时维 护系统的设备故障预警功能，也可以防患于未然，降低变电站的维护成本和事故影 响，所以可以认为变电站远程维护系统是变电站自动化系统的一个辅助子系统，其 存在增强了变电站自动化系统的健壮性和可维护性。另外，变电站远程维护系统和 自动化系统有很多原始数据、数据处理方法以及硬件设备都需要共享，因此，不论 从开发成本还是从高效利用资源的角度看，如何将远程维护系统和现有的变电站自 动化系统进行无缝集成是必须考虑的问题。 另外，随着以i n t e m e t i n t r a n e t 为代表的网络技术的发展，计算环境从集中式发 展到分布式，为使用户能够透明地应用异构型计算资源，分布式对象技术应运而生。 除了电力系统自身的分布式特点外，基于i p 技术的国家电力数据网的建成，也促使 着电力系统的应用朝着分布式应用发展。由于变电站站内设备为分层分布式布局， 一次设备、二次设备和监控主机分别位于过程层、间隔层和站控层，因此变电站自 动化系统的开发一般都采用面向对象的分层分布式设计，远程维护系统的设计也要 充分考虑被维护设备的分布特点，同时，各变电站的网络构架有很大差异，二次设 备的连接从r s 2 3 2 、r s 4 8 5 串行总线到现场总线到局域网都有，另外，除了站内设 备，主站侧的远动系统也是远程维护系统的维护对象，作用对象的范围扩大到分布 于广域网上的设备，而分布式对象技术正是解决网络异构环境下的分布式对象间的 透明通信问题。因此，采用分布式对象技术对提高远程维护系统的性能有着不可忽 视的作用。 华中科技大学硕士学位论文 本章主要对变电站自动化及分布式对象技术进行简单介绍，为变电站远程维护 系统的开发设计打下技术基础。 2 2 变电站自动化技术 传统变电站由于缺乏现代先进的自动化技术和网络技术的支持，存在很多缺点， 一般传统变电站大多采用常规设备，尤其是二次设备中的继电保护、自动装置和远 动装置等采用电磁型或晶体管式，结构复杂，可靠性不高，本身又没有故障诊断能 力，只能靠一年一度的整定值校验发现问题，才进行调整与检修或必须等到保护装 置发生拒动或误动后才能发现问题嘲。这样不仅维护工作量大，而且不能满足电力 系统的高可靠性要求。变电站自动化系统的应用在一定程度上解决了这个问题。 i e c 国际电工委员会对变电站自动化系统( s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ) 的定 义为f l ：变电站自动化系统( s a s ) 就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自 动化。s a s 的主要功能是指变电站必须完成的任务，这些功能包括控制、监视和保 护变电站的设备及其馈线。同时，还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组 态、通信管理、软件管理其中，i e d 智能电子设备是变电站自动化系统的重要基 础设备，i e d 综合实现了变电站的测量、保护、控制功能。对缩小变电站的占地面 积，简化二次接线起着重要作用，同时，i e d 微机保护设备在性能上有着常规保护 不能比拟的优点，并且其定值可以在线修改，避免了常规二次设备的停电定值校验 工作，从根本上提高了变电站的运行性能和自动化水平。另外，i e d 设备的出现也 使得变电站的数据集成变得简单易行。可以说，变电站自动化系统的发展是以i e d 设备的发展为基础的，即在目前i e d 设备所能提供的功能上进行自动化系统的各种 方案设计。 以下主要对和远程维护系统相关的变电站自动化系统的结构和数据传输部分进 行介绍。 2 2 1 变电站自动化系统的发展m l l | l i ”o 目前，国内外推出的变电站自动化系统及产品很多，根据该技术的发展过程及 系统结构特点，归纳起来可分为3 种典型结构： 集中式结构：实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设r t u 装置以 实现“四遥”。所有的采集、判断、控制功能集中于单c p u 的r t u 实现。结构上仅 华中科技大学硕士学位论文 是站级概念，有关重要信息( 如保护动作信息等) 通过硬接点送给r t u 装置，变电 所的监测量一般经变送器变换后送给r t u 。开关监测量是直接引至r t u ，r t u 的控 制输出一般经遥控执行柜发出控制命令。该类系统的特点是：系统功能不强，硬件 设备重复，整体性能指标低，系统连接复杂，可靠性低，但其成本低，特别适合于 老站的改造。 分散式结构：面向功能设计，r t u 从硬件结构上按功能进行划分而分为数据采 集单元( 模拟量、开关量、脉冲量) ，主机单元( 总控单元) 、遥控执行单元、保护 单元等。各功能单元( 设备) 通过通信手段实现有机结合，构成系统，可替代常规 的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线功能， 各种功能比较完善，且人机界面较好。但系统仍然比较复杂，联结电缆较多，系统 可靠性不太高。虽然做到了一定程度上的分散( 功能分散) ，但没有从整体上来考虑 变电站自动化系统的结构，一般仅是监控系统和保护系统简单的相加。我国目前的 很多自动化系统均属此类结构系统。 分层分布式结构：采用国际上成熟的先进设计思想，引入了站控级和间隔级概 念，系统采用分层分布式结构。设备分变电站层设备( 站控级) 和间隔层设备( 间 隔级) 。间隔层设备原则上按一次设备面向对象组织。每一间隔层设备包括保护、控 制、测量、通信、录波等所有功能。功能强大的i e d 智能电子设备的引进使得这种 设计简单易行。系统设计的原则是：凡是可以在本间隔层设备完成的功能，尽量由 间隔层设备就地独立处理，不依赖于通信网和变电站层设备。变电站层设备是通过 间隔层设备了解和掌握整个变电站实时运行情况，并通过间隔层设备实现变电站控 制，它还负责站内信息收集、分析、存储以及与远方调度中心的联系，这类系统实 现了信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路，它 完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。由于间隔层设备可放在开关柜上或放置 在一次设备附近，从而可大大缩小主控制室面积，节省控制电缆，减少c t 负担。 同时大大提高了整个系统的可靠性、可扩展性，是变电站自动化系统的流行设计方 式。 2 2 2 变电站信息传输技术的发展 在保证变电站安全稳定运行的条件下实施无人值班的前提是，变电站各类数据 下确无误地实时远传，保证运行人员能够在远方监控整个变电站。这就需要高可靠 性的信道和先进的信息传输技术的支持。 华中科技大学硕士学位论文 远动信道m 1 1 “i 传统的电力远动信道包括架空明线或电缆、电力线载波和微波中继。电缆信道 只适于近距离传输，传输速率较高：电力载波信道干扰严重，通信速率低( 几百比 特几千比特每秒) ，误码率高；微波中继容量大，通信稳定，采用中继方式可以实 现大范围通信。后两种方式是常用的远动信道。 在网络通信技术发展方面最引人注目的就是光通信技术的发展。在低损耗传输 窗口下，光纤就具有2 5 t h z 的带宽。目前比较先进的光纤密集波分复用技术d w d m 只挖掘了光纤通信能力的极少一部分。随着通信技术的进一步发展，光网络的进一 步普及，带宽不会成为未来通信上瓶颈问题。事实上，国家电力数据网络( s t a t ep o w e r d a t an e t w o r k ，简称s p d n e t ) 就大量采用光纤信道，经过不断的发展，目前已经是一 个跨越城市( 含郊区和县) 和城市群，有着微波、载波、帧中继、光纤、卫星等多 种方式的大型通信网络，并且许多新的通信设备、通信系统，例如：s d h 、光纤环 路、数字程控、a t m 等，都纷纷被电力通信网所采用。至9 7 年下半年，s p d n e t 一 级网络基本建成哪。这标志着电力系统数据通信已经开始进入网络时代，不仅大大 提高了国调与相关网、省调间实时系统数据通信的质量和可靠性，而且还有效带动 和促进了相关应用的开展，为电力系统信息化建设奠定了坚实的硬件基础，为电力 系统监视控制和综合管理水平的进一步提高提供了有力的保障。 在网络环境下，电力系统的控制领域也逐渐从多岛自动化向系统集成的方向发 展，从局部、静态控制优化转向全局、动态控制优化；基于不同软硬件平台、不同 网络构架的各级电力自动化系统需要有机地协同工作。 信息传输技术 电力数据网络的通信业务既要安全高效地实现操作电力系统的功能，又要满足 电力系统行政管理的需求。在电力数据网络上传输的数据可以分成实时性应用数据 和非实时性应用数据两大类，具体包括：l 、电力实时数据业务：即电力调度的远程 监控信息，包括遥测、遥信、遥控、遥调、远程保护以及维护信息：2 、电力视频语 音业务：包括遥视、电视会议、调度电话等；3 、其它业务：各类行政管理业务可以 很容易利用i p 网络的传输机制实现；电力市场的开放要求电力远动信息增加预报竞 争入网电价及用电要求、用电量申报等，以做到电价变动对用户透明。对于变电站 自动化来说，目前主要是第一类远动信息，但是随着无人值班变电站的普及和光线 网的铺设，多媒体视频音频业务也会越来越多，远动信息的内容也越来越丰富。那 么如何在带宽有限的网络上保证各类远动信息传输质量就成为目前电力工作者关 心的一个热点问题。 华中科技大学硕士学位论文 传统的i p 网络供的是“点对点”( u n i c a s t ) 的和“尽力而为”( b e s te f f o r t ) 的服 务，专用于普通数据业务的传送，虽然提高了信道利用率，但难以保证对时延敏感 的实时数据的传送质量。各类远动信息以及增值业务对实时性要求不同，必须采用 不同优先级传输，支持全业务，满足多级别的q o s 要求的网络传输p o l ，解决方案应 该包含5 个方面的内容：流量控制、管理控制、资源预留、资源管理和q o s 路由。 这5 个方面基本反映了处理一个保证传输性能业务所必须的过程。首先，用户必须 在通信开始前确定业务的特征和期望的传输性能指标；网络只有在有足够的带宽的 情况下才能接受请求，这和资源的重新分配是同步进行的，这就要借助一定的路由 完成。i p v 6 在i p 地址方案、路由协议、安全性、移动性、q o s 等方面的支持，是一 个完全的解决方案，但到完全实施至少要1 0 年的时间。目前常见的提供q o s 保证 的过渡性解决方案有i e t f 的实时传输控制协议r t p r t c p 和资源预留协议r s v p 、 i t u 的h 3 2 3 标准以及解决e 血e m e tl a n 实时通信问题的允许优先访问控制技术 p a c e 、i e e e 8 0 2 1 p 和8 0 2 1 2 标准。应该指出的是r t p r t c p 协议是基于u d p 协议 的，并没有具备可行性机制，没有指定恢复丢失数据包的任何机制，无法确保信息 的及时传送。 由于远动数据多为多点传输，组播( m u l t i c a s t ) 技术对解决远动信息q o s 比较 有效。传统的i p 网络中，从信源服务器送出的数据包只能传送给一个客户机，其他 用户不能顺路获得该包的拷贝。在该方式下，客户必须分别对信息源服务器发单独 的查询，信息源服务器必须向每个用户发送他们自己申请的数据包拷贝。这样往往 造成信源服务器负载过重，对用户的响应时间过长。口组播技术允许路由器一次将 数据包复制到几个通道上，也就是说，采用组播技术，一个服务器可以向一组终端 用户发送单一的信息流，而无需同时向每个目标站点发送一个数据拷贝，从而减少 引起网络拥塞的可能性。 + ，t 2 2 3 变电站计算机网络安全防护 变电站计算机网络安全是指利用各种技术确保变电站计算机网络的系统安全( 含 硬件及软件) 和各类电力信息安全，以保证变电站安全可靠地运行。 以f j ，在规划设计变电站计算机网络时，往往着重考虑的是如何实现变电站自 动化系统的功能及其运行的可靠性，变电站计算机网络的安全问题没有得到足够的 重视。 如今，随着国家电力数据专用网建设的深入，特别是远动系统网络化1 1 进程的 华中科技大学硕士学位论文 加快，变电站的计算机网络安全问题的重要性日显突出。作为电力自动化系统的数 据源和各种控制行为执行者的变电站自动化系统，如果由于网络的安全原因引起误 动、拒动、整定参数的错误更改、上传数据紊乱等，将对电力系统的安全稳定运行 带来严重威胁，有时候甚至可能引发灾难性事故。2 0 0 1 年3 月份，我国某大型水电 站发生了一起由于网络安全漏洞导致的跳闸甩负荷冲击事故，事故的发生向人们敲 响了网络安全的警钟。必须将变电站网络安全问题的认识提高到与电网安全同等重 要的地位。变电站作为电力系统的数据源，其安全性更是不言而喻，增强网络安全 意识，加强电力系统的网络安全防护已经势在必行。 在安全措施上，变电站的计算机网络安全的保证可以从站内系统安全和w a n 中数据安全两方面加以考虑： 站内系统安全 站内系统安全包括两个方面的内容：一是系统的物理安全，二是操作的安全控 制。应当制定完善的管理运行及人事制度，采取数据备份、安全防护、辐射防护等 措施，避免由于管理不善，自然灾害，物理损坏( 如硬盘损坏、设备使用寿命到期 等) ，设备故障( 如停电、电磁干扰等) ，意外事故等引起的系统崩溃；采取报警确 认，应急恢复等措施避免因操作失误( 如删除文件，格式化硬盘，线路拆除等) 引 起的系统崩溃：采取如开机键入口令，文件访问权限控制等保护存贮在硬盘上的信 息和数据；采用身份认证、分级别操作权限设置与判别、操作审计日志等程序设计 措施防止非法操作或操作失误：通过防火墙等网管软件或路由器配置实现网络互联 设备的安全控制，对整个子网内的所有主机的传输信息和运行状态进行安全监测和 控制。 w a n 中的数据安全 广域网中，i p 数据包繁多，信息的可靠性主要通过安全服务与安全机制来保证。 具体包括对等实体认证服务、访问控制服务、数据保密服务、数据完整性服务、数 据源点认证服务、禁止否认服务；加密机制、数字签名机制、访问控制机制、数据 完整性机制、认证机制、信息流填充机制、路由控制机制、公证机制。 2 3 分布式对象技术 随着分布式对象技术的发展，尤其是c o r b a 、d c o m 和j a v a 等技术的成熟， 异构系统可以非常容易地实现互连和互操作。基于c o r b a 的分布计算理论认为， 分布计算是由分布对象实现互操作完成的。c o r b a 的对象请求代理o r b 实现了分 华中科技大学硕士学位论文 布对象间的无缝集成，由于该理论的完善性和技术的通用性，c o r b a 已经成为目 前研究分布对象计算的理想平台。但是，由于c o r b a 的互操作是基于对象引用的， 当异地对象由于特殊的原因发生诸如重启动的操作时，它的对象引用可能发生改变， 而对于客户应用而言，如果不能及时更新该对象的对象引用，系统将很难继续运行 下去。因此，人们考虑用a g e n “多a g e n t 系统模型来处理分布式应用，使得分布式 应用具有a g e n t 多a g e n t 系统的特点，方面，能够有效地组织和管理分布对象， 从而使得分布式系统地可靠性得到增强；另一方面，通过a g e n t 之间的知识共享与 交换，可以增加系统的开放、资源共享与可重用等方面的能力。 下面主要以分布式对象技术的发展为主线，对相关概念和技术方向进行简要介 绍。 2 3 1 分布式对象技术的产生 面向对象技术已经成为种重要的系统设计思想和程序设计方法，它使人们分 析、涉及和实现系统的方法同人们认识客观世界的过程尽可能的一致。抽象性、继 承性和可重用性是面向对象技术的特征。面向对象技术把数据和相关的方法封装在 一起，构成对象：通过封装来精细地描述数据和方法的作用域；通过继承来扩展作 用域和构造新对象，并且对象引用与对象实现是相分离的。面向对象技术的发展， 提高了软件的可重用性和软件的开发质量。 随着以i n t e m e t i n t r a n e t 为代表的网络技术的发展，计算环境从集中式发展到分 布式。分布式系统的发展使用户能够透明地应用异构型计算资源，分布式处理显得 日益重要。早期典型的分布式处理系统和标准( 如r p c 和d c e ) 具有许多限制和 图2 1 分布对象计算示意图 不足，而面向对象技术与分布计算技术融合形成的分布对象计算技术，有助于复杂 华中科技大学硕士学位论文 分布式系统的研制开发。分布对象计算技术在网络计算平台上部署分布计算环境一 中间件( m i d w a r e ) ，提供开发工具和公共服务，支持分布式应用，实现资源共享和 协同工作。 中间件的加入使得客户端不再直接与某个特定的主机或进程联系，而是与一个 一般的抽象的服务器进行交互。对于客户端而言，真正的服务器实现的服务和中间 层提供的服务乃是一致的。这种结构的对象化就形成了分布式对象计算模型，如图 2 - 1 所示。 分布对象计算中参与计算的分布对象是对称的，其中分布对象又被称为组件 ( c o m p o n e n t ) ，组件是一些独立代码的封装体，在分布计算环境下可以是一个简单 对象，但大多数情况下是一组相关的对象复合体，提供一定的服务。分布环境下， 组件是一些灵敏的软件模块，它们可以位置透明、语言独立和平台独立地互相发送 消息。实现请求服务。 虽然常规的面向对象的分析和设计技术也可直接用于分布式系统的分析和设 计，但传统的面向对象的编程环境( 如c + + ) 在运用时遇到了问题，传统的对象和 访问程序必须在同一进程内，并且只有特定的编译器才能创建并感知对象的存在， 外部进程无法访问这些对象。常规的c s 访问模式中，客户机进程不可能直接访问 异地服务进程中的常规对象。 目前所形成的分布计算的主流技术1 2 2 1 包括o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 推 出的公共对象请求代理体系( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 、m i c r o s o f t 公司的分布式组件对象模型a c t i v e x d o c m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 和s u n 公司推出的远程调用模型j a v a r m ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 。三种主流 分布计算技术各有特点，它们之间逐渐融合。o m g 定义了d c o m c o r b a 的互操 作标准，采用e j b e a n 作为自己的分布对象计算环境。最终，r m i 可能会与c o r b a 融为一体，而只存在两大体系c o r b a 和d c o m 。而目前c o r b a 是其中影响最大 和最具代表性的一种分布式对象技术。 2 3 2 分布式对象技术的倒t - - c o r b a t ” 对象管理组织o m g 目前具有9 0 0 多家成员，其推出的c o r b a 规范充分体现 了分布对象计算系统的异构性、互操作性、可移植性和可重用性，是业界支持最广 泛最重要的分布式对象计算标准。 华中科技大学硕士学位论文 1 1c o r b a 的功能特性 ，结构和规范性 c o r b a 是一个通用的分布式对象规范说明，它没有给出参考的实现方案，所 以为实现提供了极大的灵活性，而d c o m 和j a v a 的r m l 有明确的实现背景，规范 珥格细致，不利于优化。 跨平台的能力 目前a c t i v e x d c o m 实现基本用于微软操作系统w i n d 9 x n t ，对于r m i 则 要在客户端安装j v m 。符合c o r b a 规范的产品支持广泛的平台，几乎可用在所有 的操作系统上。 跨语言支持能力 d c o m 几乎只支持c * ，r m i 则要用j a v a 语言编写。与此相对比，c o r b a 具 有语言中立性，可以包容多种编程语言。i d l 可以将接口翻译成c 、c + + 、a d a 、j a v a 等。 、，安全性能的可靠 d c o m 使用r p c 用于异地对象间通信，没有提供分布式的数据网络，使用d c o m 实现的a c t i v e x 控件具有其资源的所有权限，缺乏固有的安全性。而r m i 的安全性 依赖于j a v a ，包括严格的安全性和资源级安全性。严格的安全性用来保护用户不受 那些由于不正确类型的映射和不合法内存存取而引起的错误。资源级安全性用来限 制j a v a 程序磁盘访问权限、网络访问权限等。与此相比，o m g 已经为基于c o r b a 的系统指定了广阔范围的安全服务，该服务不仅提供了保密性和认证机制，而且实 现了非否认机制( 用于确保参加者不能后来否认他们的许诺) 。 2 1o m a 体系结构 o m g 的o m a ( 对象模型框架) 总体上抽象描述了其面向对象技术的内容。按 照该框架，一个应用系统实际上是建立在“软总线”o r b 上构件，各构件通过软总 线自适应通信，完全屏蔽系统平台、开发语言的差异。 ，对象请求代理o r b ：负责在分布式环境中透明地收发请求和响应，是实现 互操作的基础。 ，列象服务：为使用和实现对象而提供的基本服务集合。 ，公共设施：向终端用户应用提供的一组共享服务接口。 ，应用接口：是由销售商提供的产品，位于参考模型的最高层。 ，领域接口：是为应用领域服务而提供的接口 华中科技大学硕士学位论文 i i 3 ) o r b 结构与c l i e n t s e r v e r 访问方式 分布对象技术采用面向对 象的多层c l i e n t s e r v e r 计算模 型，该模型将分布在网络上的 全部资源( 无论是系统层还是应 用层) 都按照对象的概念来组 织，每个对象都有定义明晰的 访问接口。创建和维护分布对 象实体的应用称为服务器 f s e r v e r ) ，按照接口访问该对象 的应用称为客户( c l i e n t ) 。服务 图2 - 2 对象管理结构 器中的分布对象不仅能够被访问，而且自身也可能作为其他对象的客户。因此在分 布对象技术中，客户与服务器的角色划分是相对的、多层次的。支持客户访问异地 分布对象的核心机制称为对象请求代t 望( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 。o r b 处于分 布对象技术的核心位置，从o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的o m a ( o b j e c t m a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e ) 中，我们能够体会到面向对象的分布计算技术典型结构( 见 图2 2 )