（电力系统及其自动化专业论文）继电保护故障信息系统设计.pdf

a b s t r a c t浙江大学顶士学位论文 t o b u i l d ac o ，l e t ep o w e rg r j dr e l a yp r o t e c t i o na n df a u u i n f o r m a t i o ns y s t e mi sa ni m p o f u a n tg u i d e l i n ep r o j e c to fs t a t eg r j d c o m p a n yi nn i g h t hf i v ey e a rp l a n n i n g s op o w e rg r i dr e l a yp r o t e c t i o n a n df a u i tf o r m a t i o ns y s t e mb e c o m e sn ep r e s e n ti 田o r l a n t r e s e a r c hp r o g r a mi nc h i n a a d o p t i n gi e c 6 1 8 5 0 ( s u b s t a t i o n c o m m u n i c a t i o na n ds y s t e m ) a n di e c6 1 9 7 0 ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) i st h ep r i m a r yg u i d a n c et ob u i l ds u c h a no p e ni n f o r m a t l 0 nn e ts y s t e m t h i st h e s i s ，w h i c ht a k e sj i n h u a d i s t r i c tp o w e rg r i da sas t u d yc a s e h a ss t u d i e dt og e n e r a ld e s i g no f g r i dr e l a yp r o t e c t i o na n df a u i j ti n f o r m a t i o ns y s t e ma n do p e r a t i o n a l s a f e t y i ss p e c i a l i j ys t u d i e d a s w e l l a s i t ss o l u t i o n k 卫yw o r d s ：g r i dr e l a yp r o t e c t i o na n df a u u lt n f o r m a t i o ns y s t e m i e c 6 1 8 5 0 、i e c 6 1 9 7 0 、s e c u r i t yp r o t e c t i o n 2 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 全面建设电网的继电保护故障信息系统是国家电力公司九五规划中的重要大纲项目。 继电保护故障信息系统( r e l a yp r o t e c t i o nf a u l ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 已成为国内研究的一个 重要题目。众所周知，该课题的有两个难点，一是在如何在厂站端继电保护故障信息子站系 统将各厂家不同装置的通信接口、通信规约和数据规约统一起来，第二就是在调度端如何建 立继电保护故障信息数据库及相关高级应用，数据库与高级应用应该实现充分的开放。 为顺利实现浙江全省各级电压等级变电站故障信息综合系统的总体目标，并使开发的 软件系统减少维护量和频繁的升级换代，浙江省电力公司要求在系统设计时必须非常重视标 准化和规范化的建设，不仅严格按照现行的最新国家标准和相应的行业标准，而且还广泛参 照国际流行的标准，主要是变电站通信网络和系统协议i e c6 1 8 5 0 、能量管理系统( e m s ) 应用接口标准i e c6 1 9 7 0 ，这对系统设计与软件开发人员从系统的需求分析、整体设计、程 序开发到系统最终功能的实现、维护都提出了很高的要求。 电力系统采用微处理器的智能装置越来越多。继电保护领域也是如此。智能装置的优点 是可以采用单一的具复杂的功能的装置取代j = j 于保护、测量、控制、事件与故障记录等的单 列装置，从而降低设备空间、简化接线、投运与维护成本；另一个显著特点就是其通信能力， 从而使变电站的信息集成成为可行。但是信息集成的最大障碍就是各智能设备属于专有技 术，表现在不同厂家，或相同厂家不同时期的装置的通信规约( 包含信息规约) 与接口均不 相同，从而在集成中引入了必要的规约转换器、数据集中器，增加了硬件、软件、培训、工 程等费用。因此，根据信息技术的发展，发展全球意义下的统一信息平台、具“即插即用” 技术的装置取代专有技术的装置的呼声越来引起重视。而1 e c6 1 8 5 0 是变电站通信网络和系 统上的应用标准。i e c6 1 8 5 0 变电站通信网络和系统协议明确提出信息分层、可实现系统的 配置管理、面向对象、采用映射的方法和具体网络独立、数据对象统建模，符合采用网络 传输建立无缝通信系统的要求，已成为无缝通信系统传输协议的基础，避免了劳民伤财的协 议转换，因此对本系统的建设有着深远的影响。 随着计算机及软件技术的发展，同时随着电网快速的发展，电力自动化与信息化为电力 系统日趋复杂繁重的运行管理提供了强大的支撑。但是由于电力自动化与信息化十分复杂， 开发投运时问不一，技术不一，往往彤成了大量的信息孤岛，而且各应_ l 系统冈技术规范、 数据规范不一致，相互之问不能很好地进行信息共享、交互及互换。e m s ( 能量管理系统) 是电力系统白动化中集发、输、配、用为一体的自动化系统；为使e m s 应用软件之间的交 5 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 互正确无误，需要对交换的数据信息达成一致，即提供标准的元数据级的模型和标准应用程 序接口。国际电工委员会( i e c ) 近十年逐渐完善了能量管理系统的应用程序接口标准和模 型定义工作，即i e c6 1 9 7 0 体系，并号召e m s 生产厂家积极采用( 兼容) 该标准。i e c6 1 9 7 0 对继电保护故障信息分析与高级应用这一大型分析管理软件系统的开发同样具备指导意义。 在网、省、地区3 级调度建立数据中心，采用数据网为主、拨号为辅的数据传输方式， 对各电压等级的变电站继电保护装置、录波装置进行联网、信息集成与远传，同时接入变电 站综自系统；变电站采用国际电t i e c6 1 8 5 0 、1 0 3 、c o m t r a d e 规约进行信息集成；调度 中心端与厂站端实现i e c6 1 8 5 0m m s 信息交互：调度端组成继电保护专业信息系统，以i e c 6 1 9 7 0x m l 构建通用信息总线，与其他系统进行信息交互；以上是浙江省电力公司对建立 各级电压等级继电保护故障信息系统的基本需求，也麻成为金华电业局建立相应系统的指导 原则。 本文重点结合金华地区局的特点，探讨金华地区电网建立继电保护故障信息系统的总 体设计，并就该系统的安全运行提出了自己的见解和解决方案。 6 第二章技术概述浙江大学硕+ 学位论文 2 1 系统目标 第二章技术概述 本系统的目标就是充分利用网络与信息技术，建设统一规划、统一规范、统一信息平台的 电网继电保护信息采集监控系统，全面构筑电网安全稳定运行的屏障。 在5 0 0 k v 及以下变电站或发电厂建立保护及故障录波器信息系统子站( 简称子站) ，可 实现不同类型的保护、自动装置、故障录波器和其他智能装置的多形式联网( 串v i 、现场总 线、以太网等) ，并进行多规约信息采集、处理与集成，最终实现统一规约的传输。在各级 调度通信中心建立保护信息管理系统主站，提供统一的分析界面，使调度端能快速、全面获 取故障信息，迅速做出事故处理方案，同时为故障定位等高级辅助决策提供更准确的信息； 为故障及状态信息的深度加工、高级应用及二次设备的状态检测，优化生产调度与管理决策 提供支撑平台。 2 2 运行环境 继屯保护故障信息系统主站系统( 包括通信机、数据库、应_ i j 服务器) 在w i n d o w s 、 u n i x 平台上均可运行，具有优异的跨平台能力。主站用户端通过w e b 浏览器进行访问。主 站和子站之间的通信主要采用电力专用数据网s p d n e t 。 继电保护故障信息系统子站有两种模式：工控机和嵌入式，其中工控机子站为基于 w i n d o w s2 0 0 0 的软硬件平台，能够接入各种接口( 包括串口、以太网口、l o n w o r k 、c a n 等) 、国内外各厂家规约的微机保护装置。 2 3 设计原则 ( 1 ) 继电保护故障信息系统由调度端、厂站端两部分通过电力系统通讯网络组成。调 度端( 主站) 实现继电保护运行( 生产) 管理、电网故障信息处理等各种应用功能。厂站端 ( 子站) 主要功能为站内二次装置的接入和数据转发。 ( 2 ) 系统硬什应采用性能可靠、工作稳定的计算机系统。系统主要设备和网络初期采 7 第二章技术概述浙江大学硕士学位论文 用单机配置，远期根据需要可采用双重化冗余，系统设计应满足可分阶段实施的要求。系统 硬件和有关的接口设备技术性能指标应符合国际工业标准，主站端及子站端具有多路串口通 信及网络通信接口。 ( 3 ) 本系统软件应建立在统一而完整的数据库平台上，采用国际通用的操作系统和数 据库，通过数据库接口软件和用户接口软件在统一的图形界面和用户浏览器( b r o w s e r ) 窗 口下可以进行集中的数据库管理、实现各种统计分析和管理功能。支持系统和数据库等采用 商用软件。 ( 4 ) 系统硬、软件的设计采用标准化、模块化组件结构，支持i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 1 0 3 1 0 4 、 i e c6 1 8 5 0 标准规约、i e c6 1 9 7 0 标准的c i m 建模、c d t 规约、d n p 3 0 、四方保护规约、南瑞 保护规约( l f p ) 、南自保护规约等多种规约格式，适应多种网络通信( 接口) 模式，使系统具 有通用性，以解决不同厂家、不同型号的保护子站的兼容性问题。另外，还应该充分考虑本系 统发展的问题，即系统网络的可扩充性，系统软件升级的方便性和系统功能的扩展性等。 ( 5 ) 系统的组成不能影响微机保护装置原有功能和运行的独立性、快速性、安全性和 可靠性。 ( 6 ) 充分考虑信息共享问题，不但满足继电保护专业管理、分析的需要还要兼顾调 度和变屯运行的需要。本系统应是一个开放性的系统，可方便地与其他网络系统和应用系统 互联( 如：主站端可与局m i s 系统、调度自动化系统等实现互联) 。 ( 7 ) 系统本身应具备严密的安全机制，确保系统操作与联网等的安全性( 如：具备防 病毒能力、防攻击能力，控制操作权限审核，控制操作许可、监护等) 。同时系统各模块具 有较强大的、完善的自诊断和自恢复功能。 ( 8 ) 系统既要满足电网故障情况下对保护、故障信息的快速采集、传送和分析应用， 又要实现h 常运行中对微机继电保护和故障录波器装置的监测、调控和管理功能。 ( 9 ) 系统接入g p s 全球定位时钟，为系统的服务器及工作站提供标准时钟源，进而为 本系统的全部子系统进行对时。系统具备g p s 时钟时间出错保护功能和时间人工设置功能。 ( 1 0 ) 通过调度端远传功能，及时掌握了解变电所诸多微机保护设备运行状态和故障 信息，系统提供基础数据，为建立继电保护运行管理决策支持系统。 ( 1 1 ) 变电站至主站系统的保护数据利用实时网通道传输。 ( 1 2 ) 通过i e c6 1 9 7 0 标准构建保护基础数据模型，完善自动化数据模型。通过i e c 6 1 9 7 0 建模标准构建s c a d a 数据模型、电网模型、保护数据模型，形成金华电网实际的数 据模型，最终为开展自动化装置模拟、保护定值校核、调度员培训仿真( d t s ) 以及金华电 s 第二章技术概述浙江大学硕士学位论文 网生产决策系统提供技术支撑。 ( 1 3 ) 通过该项目的实施规范保护系统的规约，相应制定出金华电网保护采集系统的 建设技术规范以及完善金华电网保护，故录装置的技术规范，为今后保护、故录的建设提供 指导性原则。 ( 1 4 ) 通过实时网实现保护采集系统的数据传输，通过实时网网管实现保护采集系统 的访问权限控制、流量控制、安全性、优先级等管理，保证重要业务的q o s ( 网络服务质量， q u a l i t yo f s e r v i c e ) 。 2 4i e c6 1 8 5 0 标准对本系统设计的指导 i e c6 1 8 5 0 通信协议对变电站自动化系统中的数据对象统一建模，采用面向对象技术和 独立于网络结构的抽象通信服务接口( a c s i ) ，并支持t c p i p 协议，是一个开放的、面向 未来的新一代变电站自动化通信协议。i e c6 1 8 5 0 已成为无缝通信系统传输协议的基础，避 免了繁琐的协议转换，实现了各智能电子设备l e d 间的互操作，因此对继电保护故障信息 系统软件的开发有着重要的指导作用。 2 4 1i e c6 1 8 5 0 的技术特点 i e c6 1 8 5 0 相对于其它标准，有如下突出特点： ( 1 ) 使用面向对象的u m l 统一建模技术； ( 2 ) 采用分布、分层的结构体系； ( 3 ) 使用抽象通信服务接口a c s i 和特殊通信服务映射s c s m 技术；抽象建模与具体 实现的独立性，服务与通信网络独立，适用于t c p i p 、o s i 、m m s 等多种传送协议； ( 4 ) 实现智能电子设备问的互操作性； ( 5 ) 提供自我描述的数据对象及其服务； ( 6 ) 具有面向未来的、开放的体系结构，能够定义其它领域的任何新的逻辑节点和公 共数据。 2 4 2i e c6 1 8 5 0 中的基本概念 ( 1 ) 功能( f u n c t i o n ) 9 第二章技术概述浙江大学硕士学位论文 功能就是变电站自动化执行的任务，如继电保护、监视、控制等。一般地，一个功能由 称作逻辑节点的子功能( s u b - f u n c t i o n ) 组成，它们之间相互交换数据。按照定义，只有逻辑 节点之问才交换数据，因此一个功能要同其他功能交换数据必须包含至少一个逻辑节点。 ( 2 ) 逻辑节点l n ( l o g i c a ln o d e ) 用来交换数据的功能的最小单元，一个l n 表示一个物理设备内的某个功能，它执行一 些特定的操作，逻辑节点之间通过逻辑连接交换数据，如图2 1 所示。一个l n 就是一个用 它的数据和方法定义的对象。与主设备相关的逻辑节点不是主设备本身，而是它的智能部分 或者是在二次系统中的映射，如本地或远方的i o 、智能传感器和传动装置等。 ( 3 ) 逻辑设备l d ( l o g i c a ld e v i c e ) 一种虚拟设备，为了通信目的能够聚集相关的逻辑节点和数据( 集) 。另外逻辑设备往 往包含经常被访问和引用的信息的列表，如数据集( d a t as e t ) 。按照i e c6 1 8 5 0 定义，一个 实际的物理设备可以根据实际应用的需要可以映射为一个和多个逻辑设备。有关逻辑设备的 定义不是标准i e c6 1 8 5 0 的范围，在实际应用中可以根据需求定义逻辑设备。 ( 4 ) 服务器( s e r v e r ) 一个服务器用来表示一个设备外部可见的行为。在通信网络中，一个服务器就是一个 功能结点，它能够提供数据，或允许其它功能结点访问它的资源。在软件算法结构中，一个 服务器可能是逻辑上的再分，它能够独立控制自己的操作。 图2 1 功能、逻辑节点和物理设备的关系 有关上面几个概念或定义的层次关系如图2 2 所示。一个服务器由一个或多个逻辑设备 o 第= 章技术概述 浙江大学硕士学位论文 组成：一个逻辑设备由多个逻辑节点组成；一个逻辑节点由多个数据对象组成，如距离保护 p d i s 、断路器x c b r ；个数据对象由多个数据属性组成，逻辑节点及数据在i e c6 1 8 5 0 7 4 中定义。数据属性具有各种数据类型、值和功能约束f c ( f u n c t i o nc o n s t r a i n t ) 。 c l a s sm o d e lo fi e c6 1 8 5 0 - 7 ( e x a p l e ) i n s t a n c e s ( e x a m p l e s ) 甲匹翌圆 l 1 木 l i m i c t l - t e v i x l x - y z ：l o g i c a i - i 砸v i c e 1 1 4 + jl 0 9 i c a ln o d ec l a s s e sd e f i n ei n7 - 4 行而鬲f 丽再n i1 广 阿丽圃 1 “”1 ”“1 ”。n 1j 1 。 术l 术 d a t ac 1i s s e sd e f i n ei n7 - 4 ，。j 一 i 坚ii 瞄t a r tl p h s s t a r t i ：p h s s t a r t 广 岛r 1 蛊k 。，a t ac l a s s e sd e f i n ei n7 - 3 塑卜j _ = 二= j 1 1 1 丰 i d t 叫m m i 啪i s e t 址a g ：n t - 舡豫i 姗 图2 2i e c6 1 8 5 0 抽象数据模型 2 4 3 变电站自动化接口模型 i e c6 1 8 5 0 按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和继电保护三人功能，从逻辑 上将系统分为3 层，即变屯站层、间隔，单元层、过程层，并定义了3 层间的1 0 种逻辑接1 5 ， 如图2 3 所示。 过程层通过接口4 和接口5 与间隔层通信，主要完成开关量i o 、模拟量采样和控制命 令的发送等与一次设备相关的功能，该层的物理设备主要是远方i o 、智能传感器和传动机 构。间隔层的功能是主要利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路保护设各 或间隔单元控制设备就属于这一层。间隔层通过接口4 和接口5 与过程层通信，通过逻辑接 1 1 第二章技术概述浙江大学硕士学位论文 1 33 完成间隔层内部的通信功能，该层的物理设备主要包括每个间隔的控制、保护或监视漫 各。变电站的功能分为两类：一是过程层相关的功能，主要指利用各个间隔或全站的信息对 多个间隔或全站的一次设备发生作用的功能，如母线保护或全站范围的联锁等，变电站层通 过接口8 完成通信；二是与接口相关的变电站层功能，主要是指变电站自动化系统与本地运 行人员的人机界面的接口h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r l a c e ) 、与远方控制中心的接口t c l ( t e c o n t r o li n t e r f a c e ) 以及与远方监视和维护t 程师站的接口t m i ( t e l e m o n i t o r i n g i n t e r f a c e ) ，主要通过接口1 、6 、7 完成通信功能，该层的物理设各主要包括带有数据库的变 电站计算机、运行人员的操作平台、远方通信接口等。 技术服务 墨篙需箍和变电站层之间保护数据的交换 高压设备 图2 3 变电站自动化系统接口模型 i e c6 18 5 0 的分层模式与现有大多数变电站自动化系统不同，在现有系统中过稗层的功 能郝是在间隔层设备中实现的，因此就没有独立的接口4 和接口5 。但是随着智能电流电压 互感器的使用，现代电力技术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能放到过程层中去，这也 说明i e c6 1 8 5 0 是一个适应未来的开放的标准。 2 5i e c6 1 9 7 0 标准对本系统设计的指导 当前电力系统自动化软件逐步走向网络化和组件化，不仅需要提供组件交互的互操作 机制，而且需要定义组件问的公共信息模型和组件接口规范，因此i e c ( 国际屯丁委员会) 誊亘一 l一匝一 | 塑4 )耋二蔷。 ，f 奇 层 醺 程生 第二章技术概述浙江大学顶士学位论文 制定了i e c6 1 9 7 0 国际标准，标准分5 个部分，其中主要规定了公共信息模型c 1 m ( c o m m o n i n f o r m a t i o nm o d e l ) 和两个级别的组件接口规范c 1 s ( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ) 。该 标准制定目的就是使e m s ( 能量管理系统) 的应用软件组件化和开放化，实现即插即用和 互联互通，促进不同厂商独立开发各种e m s 应用程序的集成，同时降低了系统的集成成本 和保护用户资源。 同样继电保护故障信息系统的主站设计时必须实现在厂站端，继电保护故障信息系统 子站将不同装置的通信接口、通信协议和数据协议统一后，主站能向所有子站开放；在调度 端，建立继电保护故障信息数据库及相关高级应用，并向其他系统实现充分的开放。这就要 求主站关系数据库基于i e c6 1 9 7 0 的设计与提供基于i e c6 1 9 7 0x m l 的信息交互。 2 5 1 公共信息模型c i m c i m ( 公共信息模型) 提供了一个可理解的电力系统逻辑视图，包括e m s 所需要的信 息，为各种应用提供了公共交换信息的一致语义。c i m 是一个抽象模型，它描述电力企业 中的主要对象模型，包括这些对象的公用类和属性，以及相互之间的关联关系。 c i m 中描绘的对象本质l 是抽象的，所以可以用在广泛种类的应用程序。c i m 的使用 远远超出了它在e m s 中的应用，应该把这一标准看成一个系统集成的工具，只要那里需要 一个公用电力系统模型来促进各种应用程序和系统之间的互操作性和插入兼容性，而且这是 和任何一种特定的实现无关的。 在i e c6 1 9 7 0 中，c i m 使用面向对象建模技术来定义，用统一建模语言u m l ( u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ) 描述，可以通过图形化的导航界面菲常方便的查看维护所有的c i m 数 据。统一建模语言u m l 定义良好、易于表达、功能强大，不仅支持面向对象的分析与设计， 而且支持从需求分析开始的软件开发的全过程。对象用公共类、属性及对象问的关系来描述， 对象之间的静态关系有：聚集、归一化和关联。 各个e m s 应用内部可以有各自的信息描述，但只要在应用程序( 或构件) 接口语义级 上基于公共的信息模型，不同厂商开发的应用程序或不同系统的应用软件问就可以以同样的 方式( 如x m l ) 访问公共数据，实现正确的信息交换。 2 5 2c i m 包结构 c i m 由一组包组成。c i m 包是将相关模型元件人为分组的方法，通过包来组织c 1 m 模 第二章技术概述浙江大学硕士学位论文 型使得模型更容易设计、理解和查看。整个c i m 共定义了1 3 个包( 核心包、拓扑包、电网 包、保护包、测量包、负荷模型包、发电包、域包、能量计划包、备用包、资产包和s c a d a 包等) ，范围涵盖了e m s 中所涉及的各种应用。包的界限并不意味着使用的界限，一个应 用可以使用儿个包中所表示的信息。 为保证其在继电保护故障信息系统的信息完整性与专业性，设计时引用了域包、核心 包、保护包；与之相关的拓扑包、电网包、测量包应从其他系统提供，但在系统中进行了缺 省设计，以保证脱离其他系统时保护信息的完备性。 ( 1 ) 域包( d o m a i n ) 类扩展：数据类型字典包用于其他任何包中类的特性的数量、单位 的数据类型的定义。我们主要扩展了和逻辑节点和公共数据类( c d c ) 相关的数据类型如： s p s ，i s c ，a c t , o r g i n a t o r , a n a l o g u ev a l u e 等等。 ( 2 ) 核心包( c o r e ) 类定义：核心包描写所有其他包共享的电力系统资源与关键设备的实 体。其他包并不完全使用核心包的所有实体，而且核心包不依赖其他任何包。其他应用包将 依赖核心包，为它的关联或类化。在核心包中我们引用和扩展的主要类有： p o w e r s y s t e m r e s o u r c e ，s u b s t a t i o n ，v o l t a g e ，b a y , e q u i p m e n t ，t e r m i n a l 等等。 ( 3 ) 保护包( p r o t e c t i o n ) 类定义：保护包是楱魄与线路包的个扩展，描述保护设备如继电 保护等。主要用于培训仿真和故障定位等。在保护包中我们引用和扩展的主要类有： p r o t e c t i o n e q u i p m e n t ，p r i m a r y d e v i c e ，b r e a k e r , s w i t c h ，l o g i c a l n o d e 等等。 2 5 3 可扩展标记语言咀 可扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是一种元数据标记语言( m e t a - m a r k u p l a n g u a g e ) 由万维网络联盟( w 3 c ) 设计。x v l l 是用来自我描述信息的一种新的标准语言， 以统一、开放、基于文本的数据模式描述不同应用或数据源中的私有数据，屏蔽环境和数据 结构的差异，提供了一种独立于运行程序的方法来共享数据。x m l 可提供描述结构化资料的 格式，能增加结构和语义信息，使计算机和服务器即时处理多种形式的信息。 资源描述框架r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 是x m l 在元数据表示方面的一 个应用，是一种通用的元数据结构。r d f 为元数据的产生、保存、交换、使用提供了一个 统一的语法架构，其以数据为中心，为交换机器可读信息的应用程序提供一种交互性，让不 同应i = i 在w e b 上交换机器可理解的信息，提供互操作的能力。资源描述框架r d f 分为模型 和语法( r d fm o d e la n ds y n t a x ) 以及模式( r d fs c h e m a ) 。 4 第二章技术概述浙江大学硕十学位论文 文本对象模型d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 是一个对象化的x m l 数据接口，一个 与语言、平台无关的标准接口规范。它定义了h t m l 文档和x m l 文档的逻辑结构，给出 了一种访问和处理h t m l 文档和x m l 文档的方法。通过利用d o m ，开发人员可以动态地 创建文档，添加、修改、删除文档内容，改变文档显示方式等等。d o m 由三部分组成，包 括核心、h t m l 接口和x m l 接口。 为了实现应用系统之间的数据交换，可以利用x m l 描述c 1 m 并作为公共信息交换的 格式，即以c i m 作为语义来制定电力行业的c i mx m l 语言。用统一建模语言u m l 描述的 c i m 模型可以直接映射到r d f 模型，并利用x m l 语言加以描述，即可获得x m l 文档形式 的c mr d fs c h e m a 。c i mr d fs c h e m a 一旦确定，则c 1 mx m l 语言已经确定，只要所有 的x i v l l 文档遵循该c i mr d fs c h e m a ，就能保证所有应用对x m l 文档数据语义理解的一 致性，实现数据的交换共享。 2 5 4i e c6 1 9 7 0 的应用特点 i e c6 1 9 7 0 在继电保护故障信息主站系统的应用具有以下特点： ( 1 ) 全面性。系统可从整个电网调度运行的角度出发进行信息建模，它包括了变电站 保护故障信息与主设备的关系，与站级控制与管理系统的关系，与电网级控制与管理系统的 关系。 ( 2 ) 专业性。系统可为调度运行系统集信息、分析和高级应用为一体的保护专业子系 统，应与其他系统有明确的边界与信息接口。 第三章总体设计浙江大学硕士学位论文 3 1 总体框架 第三章总体设计 继电保护故障信息系统建设的框架为：采用电力数据网为各级电压等级变电站的通信方 式；多主站侧为地调、县调设立集中式数据服务器、集中式w e b 服务器和可分散布置的通 信中间件服务器：数据传输按照3 层分布布置：远方子站，主站侧通信中间件服务器，主站 数据库服务；图31 是基于i n t e r n e t 技术的电网继电保护故障信息系统解决方案原理图。 图3 t 基于i n t e r n e t 技术的电网继电保护故障信息系统解决方案原理图 主站系统提供基于b s 构架与o r a c l e 数据库的后台继电保护故障信息分析系统，通过 对子站上传的信息进行实时显示、分析处理，可为调度员事故处理、电网的安全分析及继电 保护动作行为分析提供决策依据，同时主站w e b 服务器提供基丁i e c 6 1 9 7 0 的数据服务总线， 并支持网络浏览功能，可通过m i s 系统将有关信息发布给其它调度机构。 主站侧通信中间件服务器负责与子站的通信，接受主站侧工作站与子站的任务下发，及 子站数据与中心数据库数据之间的交互； 1 6 第三章总体设计浙江大学硕士学位论文 远方子站负责变电站智能设备数据采集和规约转换，与变电站综自系统的通信，与远方 多主站的通信。 3 2 主站信息建模与功能 采纳i e c6 1 9 7 0 作为主站的变电站信息建模；它的表现形式是依据i e c6 1 9 7 0c i m 的数 据库设计。在功能上，主站划分为以f 子系统： ( 1 ) 数据库：采用o r a c l e 关系数据库。 ( 2 ) 1 e c6 1 9 7 0x m l 服务：提供与主站其他系统的基于i e c6 1 9 7 0x m l 的信息总线服 务。对于数据源在外系统的，则提供发送来的x m l 包，将必须的信息转换写入关系数据库 中：同时以x m l 方式向外系统对数据源在本系统的信息服务。 ( 3 ) w e b s e r v e r ：基于i b m w e b l o g i c ，根据权限设计，向各工作站提供服务。专业服务 包括系统配置、数据分析、图形分析、故障测距、保护行为分析等。 3 3 主站通信中问件服务器设计 主站端通信中间什服务器是继电保护故障信息主站系统的一个核心部分：它具有以下功 能： ( 1 ) 侦听各子站的通信请求，并及时进行处理；包括子站消息机制的命令解析与转发， 数据传输请求解析与数据转换：命令解析与转发包括声光报警，启动呼叫系统等；数据转换 包括子站基于i e c6 1 8 5 0x m l 数据转写到主站数据库，基于c o m t r a d e 格式的故障录波 数据转写到主站数据库； ( 2 ) 侦听主站网络荐工作站对子站的通信请求，并及时进行处理；包括专业工作站上发 出的对子站各类信息的调用、启动、配置修改等；普通t 作站发出的对子站w e b 的信息查 询等；普通工作站发出的对主站w e b 的信息查询并启动数据库数据转化为i e c6 1 9 7 0 x m l 服务等； ( 3 ) 9 - 载均衡和重发 规划设计中，子站规模为儿干个，主站端可接入的专业工作站、非专业工作站数量也在 近百个，所以通信机的t 作模式设计为中间服务器模式，可以进行平行布置或分散布置，以 实现负载均衡和重发，保证通信畅通和可靠。 从本质上，通信中间件服务器的下行服务接口麻遵循i e c6 1 8 5 0 标准，使其可对所有的 1 7 第三章总体设计浙江大学硕士学位论文 变电站级继电保护故障信息子站厂商实现开放。它的上行服务接口是i e c 6 1 8 5 0 i e c 61 9 7 0 c i m 转换器，而1 e c6 1 9 7 0c i m 将以关系数据库的信息为表现形式。 3 4 子站信息建模与功能 采纳i e c6 1 8 5 0 作为子站中的变电站信息建模和子站构建的基础；子站的一个关键设计 就是其上行接口应符合i e c6 1 8 5 0 的规范，从而使得子站成为对外无缝通信的智能装置。为 此我们确定子站按照1 e c6 1 8 5 0 7 2 设计其上行接口，并按照i e c6 1 8 5 0 8 1 使a s c i 映射到 m m s t c p i p e t h e m e t 上。 就各厂家l e d 的规约转换，有以下几种模式： ( 1 )调度中心级集中转换：采用常规方式将装置厂家规约或保护管理器厂家规约的信 息集中到调度中心，然后进行信息规约转换：这种模式的优点是，对变电站级的信息统一可 以不受限制，形式上信息规约转换工作量小；但是这种模式的缺点也是明显的，一是在调度 中心级的应采用更合适的基于统一信息建模( c i m ) 的i e c6 1 9 7 0 ，二是大量存在的厂家规约 的反复变化，使得主站不能稳定下来，在实际工作中不能实现。 ( 2 )变电站级集中转换：采用多厂家保护管理机，与一台集中处理的规约转换装置机。 在目前国内许多保护厂家提供保护管理机的情况下，这种模式似乎是最经济可行的，它的优 点是接口单一。但是这种模式的缺点是，难以提出一种统一的规约转换方式，可以摆脱多厂 家保护管理机的规约不统一和不开放的限制，同时由于集中的规约转换装置仍要将上级的命 令发送到保护故障装置底层，厂家保护管理机的命令规约必须完全开放；另外，集中处理的 规约转换装置与保护管理机本质上的效能是相同的，采用本模式，实际上是多了一层，存在 着成本高、效率低、可靠性降低、受厂家保护管理机开放性限制的缺陷。 ( 3 ) 变电站级分布集中转换：采用统一的装置，在小系统采用单装置，在大系统采用 分布多装置，对保护故障装置进行直接或组网接入，并进行规约转换。这种模式的优点是， 装置的功能明确，专业性强，能适应灵活的扩展，同时便于与变电站级的其他系统进行集成， 也便于间隔级、站级的其他信息接入； ( 4 ) 分布式保护故障装置级转换：在将来各种智能装置均采用统一的信息标准和接口 标准的情况下，本模式将会成为唯一的选择。 我们推荐采用第3 种模式。由于目前变电站站级监控与管理系统与保护装置的通信采 用大多采用1 0 3 规约，因此为实现与站级监控与管理系统的信息交互，首先将保护装置的厂 1 8 第三章总体设计浙江大学硕士学位论文 家规约转换为统一的1 0 3 规约，便于与站级系统的信息交互：然后再将统一的1 0 3 规约信息 转换为i e c6 1 8 5 0 。 3 5 继电保护故障信息系统的功能架构与信息流 本系统使用了b s c 的设计模式兼顾了b s 和c s 系统的优点，在实现了瘦客户端的 同时又实现了系统实时性的要求。 本系统采用主站( 应用服务器+ 通信服务器+ 数据库服务器) + 变电站子站基丁b r o w s e r s e r v e r c l i e n t 结构和主站与子站基于i e c6 1 8 5 0m m s 通信的整体实现模式，即主站由w e b 应用服务器、通信服务器、数据库服务器3 者构成：通信服务器( m m s 客户端) 与子站 ( m m sv m d 服务器) 形成c s 结构实现m m s 通信，形成主站与子站的信息交互传输通道； 主站w e b 应用服务器( 客户端) 与通信服务器( 服务器) 同时形成c s 结构，形成主站浏 览客户向子站的信息调用通道，或驻留程序发起的对子站信息的自动调用；w e b 应用服务 器向主站的浏览客户提供包括数据库信息与子站信息调用等服务，同时对于子站自发的告警 与故障信息，由通信服务器的j a v a 报文服务( j m s ) 直接驱动，实现其在主站浏览客户界 面上的实时动态显示，以满足实时性的要求；主站数据库服务器提供应用服务器、通信服务 器、以及通信服务器与子站通信等初始化的依据，同时实现必要的数据存储和服务。 系统的功能架构见图3 2 。 1 、浏览器访问主站廊用服务器嘲站； 2 、浏览器下载a p p l e t 和可扩展矢量s v g 图片 9 第二章总体设计浙江大学硕士学位论文 3 、主站应用服务器根据浏览器客户的申请或应用服务器驻留程序向通信服务器发出r e q u e s t 对象请求； 4 、通信服务器构造m m s 请求p d u 发往子站m m s 服务器( v m d ) ； 5 、m m s 服务器向通信服务器返回响应p d u ；6 、对一些必须数据进行写库： 7 、向主站w e b 应用服务器发为r e s p o n s e 应答对象； 8 、浏览器对获取应用服务器上数据库响应或子站响应的数据或两者的协同到客户端界面： 9 、数据库服务器对通信服务器的数据支持：1 0 、应用服务器对数据库服务器的请求： 1 l 、数据库服务器对通信服务器的数据请求的响应；1 2 、予站主动k 送自发的告警与故障信息i 1 3 、通信服务器通过j m s 主动通知应用服务器其受到的子站白发的告警与故障信息： 1 4 、浏览器下载w e b 服务器实时监控的应用服务程序到客户端并且获得服务器发送的故障实时信息。 图3 2 系统的功能架构 m m s 协议采用c s ( 客户服务器) 模式来描述v m d ，以上主站通信服务器相当于 m m s 请求的客户端，而子站( 服务器) 代表完成操作控制的v m d 模型与实设各的统一体。 客户对实设备操作时，向服务器发山请求协议数据单元( p d u ) 。服务器在收到服务请求后， 将在服务器方的操作映射到实设备上，由实设备执行相应的操作过程。服务器的v i v i d 根据 实设备的执行报告修改内部的逻辑状态及有关属性，然后再向客户发送应答协议数据单元 ( p d u ) 。这样就完成了一次m m s 服务的过程。 主站与子站的信息流主要有以f ： ( 1 ) 主站浏览客户发起的对数据服务器的数据访问 对数据库数据的查询、分析，包括对保护及录波装置的历史信息( 定值、事件等) 和高 级应用( 包括录波分析、故障分析等) 。 ( 2 ) 主站浏览客户发起的对子站的数据访问 主站浏览客户发起的对子站所集成的自动装置的定值、模拟量、开关量、事件、故障、 扰动信息( 录波文件) 的即时召唤，由通信服务器转发给子站，并使其接受后根据设定实现 对数据库的直接写库，或由麻用服务器根据通信服务器返回的报文结合数据库的信息，对主 站浏览客户提供信息界面，同时可能有关的数据写库由发起访问的主站浏览客户决定。 ( 3 ) 主站应用服务器驻留程序发起的对子站的数据访问 实现对子站集成的自动装置的定值等有关重要量值实现定期的自动巡检，自动形成相关 报告；对可能产生的子站存储溢山的信息( 如有些厂家的子站最多只能存放单个保护装置的 扰动录波文什为8 个) 及时自动收集，以防重要信息的丢失。 ( 4 ) 子站自动发起的告警与故障信息 2 0 第三章总体设计浙江大学硕上学位论文 子站对其集成的自动装置所巡检或收到的告警与故障信息，自动形成报文，上报主站。 主站在接受后，应实现数据存储，并以一定方式及时告警与通知，包括实时发送给接入主站 系统的浏览器客户。 第p q 章主站系统设计与实现浙江大学硕士学位论文 4 1 主站框架 第四章主站系统设计与实现 主站系统硬件配置环境如图4 ，1 所示。 图4 1 主站典型配置 主站用户通过一般浏览器访问w e b 服务器，当用户访问的数据为历史数据时，w e b 服 务器从数据库获取数据；如果为召唤子站设备的当前数据时，则w e b 服务器向通信机发送 召唤请求获取数据，如图4 2 所示。 图4 。2w e b 服务器实现 第四章主站系统设计与实现浙江大学硕士学位论文 4 2 基本功能 4 2 1 数据获取 主站主要采用t e c6 1 8 5 0 m m s 与子站进行通信并能够兼容符合1 e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 | 0 4 的继电保护故障信息系统子站，能够通过i e 浏览器方便的访问子站所有设备的信息，并能 实时接收子站主动上送的重要信息，还可以下发一些特定的控制命令。 诵度端能够接收以下数据：子站系统的基本配置和参数、继电保护设备的遥测量、遥信 量、定值、自检报告、事件报告、录波器相关数据等主站端能够实时检查与厂站端的连接情 况，在通信中断时主动进行重新连接。 4 2 2 数据处理 主站系统能够将获取的数据进行分析处理，主要包括： 保护测量处理：_ 】_ = 程值计算、有效值检查、零漂抑制、测量分析等； 信号量处理：状态检测，并可根据检测结果报警或启动处理过程等； 保护信息处理：保护装置状态查询、保护定值的召唤、保护信号复归、软压板投退等 故障信息处理：产生故障报告、报警、启动处理过程等。 4 2 3 数据存储 主站系统能够将实时采集到的信息和分析处理后产生的各种数据保存在数据库中，作为 继电保护故障信息系统内部数据交换以及与其它系统信息共享的统一平台，数据库采用流行 的商j _ f 数据库。 系统提供基于x m l 文件的c i m 数据库导入导出工具，采用基t - s o a p 协议的c i m x m l 文档传输，与其他系统实现信息交换。s o a p 的采用实现了c 1 m x m l 文档的交换， 郎当故障系统服务器需要某个c i m ，x m l 文档时，就采用s o a p 向文档提供方发出需求文 档的请求，提供方收到请求消息后，就把请求方请求的c i m x m l 文档嵌于s o a p 中，然 后发送给请求方。请求方收到内嵌c i m x m l 文档的s o a