（电气工程专业论文）超高压电网故障录波数据综合处理系统研究与实现.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：至塞 日期：塑：垒! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盟导师签名：垒塑垒日期：! 垡! ! ! ，! ： 摘要 进入2 l 世纪以来，现代电力网络向大电网、超高压发展已成为必然趋 势。随着电力体制改革的逐渐深入和山东电力系统规模的不断扩大，5 0 0 k v 电网已形成环网并成为山东电网的主网架，电网结构日益复杂，线路电压 等级和输送容量不断提高，现代电力系统对故障录波系统的可靠性、准确 性、实时性、可传输性等多方面特性提出了更高的要求，早先陈旧的故障 录波设备、落后的数据传输技术已经远远跟不上电力系统更新换代的步伐。 本文结合现阶段超高压公司故障录波系统的设备情况和运行状况，提 出了5 0 0 k v 超高压电网故障录波系统的改造方案。该方案通过对故障录波 装置的换代升级，采用先进的光纤网络数据传输技术、公用对象请求代理 技术c o r b a 和分布式结构模型，并结合m p l s v p n 技术在山东电力调度数据 网络中的应用，建立了全新的超高压电网故障录波数据综合处理系统。在 不久的将来会全面应用于山东电力超高压公司所辖的1 6 个5 0 0 k v 变电站， 将实现故障录波装置的远程集中管理和故障数据信息的集中分析处理，会 大大提高故障数据传输的可靠性及数据分析处理速度，为事故处理提供可 靠的实时故障数据和诊断，减少因故障造成的电网经济损失，保证电网及 时恢复送电，从而确保山东超高压5 0 0 k v 主网架的安全稳定运行。 关键词：超高压故障录波器故障数据信息数据综合处理 a b s l r a c l m o d e me l e c t r i cp o w e rs y s t e mi sd e v e l o p i n gt ot h el a r g e rs c a l e a n de x t r a h i g hv o l t a g ef r o m2 1 s tc e n t u r y ，w h i c hh a sb e e na n i n e v i t a b l et r e n d a l o n gw i t ht h er e f o r ma n dt h ee x p a n s i o no ft h e p o w e rs y s t e mi ns h a n d o n gp r o v i n c e ， 5 0 0k vg r i d sw h i c hh a s b e e nl i n k e dt ol o o pn e ti st h eb a c k b o n eo ft h es h a n d o n ge l e c t r i c n e t w o r k ，w h i c hl e a d st oh i g h e rd e m a n do nr e l i a b i l i t y ，a c c u r a c y ， r e a lt i m ea n dt r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo ff a u l tr e c o r d e r s t h e o b s o l e t ef a u l t - r e c o r d i n gd e v i c e sa n dt h el a g g i n gd a t at r a n s m i s s i o n t e c h n i q u ec a nn o tk e e pu pw i t ht h er e n e w a lo fp o w e rs y s t e m a c c o r d i n gt o t h ec u r r e n te q u i p m e n ti nt h es h a n d o n ge l e c t r i c e h v c o r p a n di t so p e r a t i n gs t a t e ， as c h e m em o d i f y i n gf a u l t r e c o r d e r su s e di n5 0 0 k ve h vn e t w o r ki si n t r o d u c e di nt h i st h e s i s a n e wf a u l t r e c o r d i n gi n f o r m a t i o n i n t e g r a t e dp r o c e s s i n gs y s t e m a d o p t i n gd i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r em o d e li sb u i l ti nt h i ss c h e m e ，b y u p d a t i n gt h eo l df a u l t r e c o r d e r s ， c o m b i n go p t i c a ln e t w o r kd a t a t r a n s m i s s i o nt e c h n i q u e ，c o r b a ( c o m m o n0 b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) a n dm p l s v p nt e c h n i q u ei n t oi t t h i ss y s t e mc a n i m p l e m e n tt h el o n g - d i s t a n c e ， c e n t r a l i z e dm a n a g e m e n to ff a u l t r e c o r d e r s ，p r o c e s s i n gt h ef a u l td a t aa l lt o g e t h e r t h er e l i a b i l i t yo f d a t at r a n s m i s s i o na n dt h ea n a l y z i n gs p e e da r ei m p r o v e dg r e a t l y t h er e a lt i m ef a u l td a t aa n dd i a g n o s t i cr e s u l t sc a na l s ob e e n p r o v i d e dt oa n o t h e re v e n tp r o c e s s i n gs y s t e m i ft h e ya r eu s e di n t h e1 65 0 0 k vs u b s t a t i o n sd o m i n a t e db ys h a n d o n ge l e c t r i ce h v c o r p i nt h ef u t u r e ，t h e ym u s td e c r e a s et h e e c o n o m i cl o s so n a c c o u n to ff a u l t o c c u r r i n g ， a n dc o n t r i b u t et ot h es a f e ， s t e a d y r u n n i n go f t h ee l e c t r i cn e t w o r k k e y w o r d s ：e h v ，f a u l tr e c o r d e r ，f a u l td a t a ， i n f o r m a t i o n i n t e g r a t e dp r o c e s s i n g 2 1 引言 1 1 课题的意义 山东电力超高压公司是为适应现代电力网络向大电网、超高压发展的 必然趋势，于2 0 0 1 年正式运营的负责电网运行维护的单位。公司总部设在 济南，下设临沂分公司、淄博分公司、青岛分公司、济宁分公司共4 个分 支机构，负责山东全省5 0 0 k y 输电线路及变电站所有一、二次设备的运行、 检修、维护等管理工作。截止2 0 0 5 年底，超高压公司管辖的设备包括：5 0 0 k y 变电站1 6 座，主变压器7 3 台，变电容量1 7 3 3 4 万千伏安，输电线路2 8 条，总长度2 7 3 6 公里，固定资产原值近7 0 亿元，超高压电网分布于济南、 淄博、潍坊、青岛、日照、临沂、莱阳、滨州、济宁等地市，形成了山东 电网5 0 0 k y 超高压环网供电网络的主网构架。 由于超高压公司管辖的5 0 0 k v 变电站分布地域广、跨度大，以至于故 障数据的收集、分析及处理速度受到制约，往往不能及时为事故巡线提供 及时可靠的故障信息资源，不利于事故抢修人员做出准确的分析判断，并 排除故障或处理事故。可以这么说，故障数据信息系统发展的滞后，极有 可能造成严重的电网事故和巨大的经济损失。因此，对于5 0 0 k v 超高压变 电站，故障录波器的远程集中管理和故障数据信息的集中分析处理就显得 十分重要。它能使监控中心及时、全面、准确地掌握故障数据，快速地判 断故障类型，处理系统故障；便于对故障录波装置、继电保护设备的集中 管理和对其运行状态的全面实时监视；并且通过双端故障测距，提高故障 定位精度，减少巡线工作量及缩短故障恢复时间，减少因故障造成的损失， 及时恢复线路供电。这就要求我们利用先进现代通讯技术和计算机技术开 发出全新的故障录波数据远程综合处理系统。 1 2 本课题的主要研究内容 本课题对故障录波器的发展及其特点进行了较为深入地分析和探讨， 结合山东电力系统对故障录波器进行的早期联网改造和现阶段超高压公司 故障录波系统的运行状况，阐述了早先的故障录波系统传输效率低、安全 可靠性差等缺点；随后，通过对光纤通信网络和先进计算机软硬件技术发 3 展的简要介绍，为故障录波数据综合处理系统的开发应用提供了良好的软 硬件平台；最终，通过对故障录波设备及数据传输网络的改造，建立了全 新的超高压电网故障录波数据综合处理系统。 4 2 故障录波器的发展 2 1 早先的故障录波器 故障录波器是电力系统发生故障及振荡时能自动记录故障实时数据的 一种装置，它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大 扰动引起的系统电流、电压及其导出量，如有功、无功及系统频率的全过 程变化现象。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为，了解系 统暂态过程中系统各电参量的变化规律，校核电力系统计算程序及模型参 数的正确性。多年来，故障录波已成为分析系统故障的重要依据。2 2 0 5 0 0 k v 电压等级的系统由于其运行涉及系统的稳定及系统电压和频率的崩溃 等系统级的异常情况，必须安装专门的故障录波装置。 故障录波器应用于电力工业已有多年历史，2 0 世纪6 0 年代末，我国电 力系统开始应用以光电转换为原理、1 2 0 胶片为记录载体的故障录波器。然 而这种“光线式”故障录波器的反应速度慢，提取报告程序繁琐，从提取 到冲洗再到成形，需要很长时间，可靠性低，更谈不上远传和联网“。2 0 世纪8 0 年代中期以来，故障录波器更有了迅猛发展。1 9 8 0 年，我国第一台 高压电网故障录波装置诞生；1 9 8 4 年，我国第一台微机继电保护装置问世， 历经1 0 余年，微机型故障录波器已完全取代了光电式录波器“。故障录波 器所记录的各种故障数据为电力系统故障分析及对各种保护动作行为的分 析和评价提供了主要依据，在事故的调查分析和处理过程中发挥着重要作 用。 2 2 故障录波器的特点 故障录波器和继电保护、监控及远动装置相比具有自己的特点： ( 1 ) 在数据采集方面，当判定为故障后，保护在取得足够的数据后可以 短时停止对数据的采集转去作保护运算，而故障录波系统则不允许数据采 集的任何中断；故障录波器为保持数据的真实性，应尽可能减少滤波，而 保护为判明故障则要消除各次谐波，因此在硬件上和软件上都要采取措施， 特别是软件滤波在保护的c p u 时间分配中占有较大比重”1 。 ( 2 ) 在启动判据上，保护要求在故障当时即刻准确判定，所以对启动判 据的准确性和快速性要求很高：故障录波器不需要执行跳重合闸，对启动 判据的准确性和快速性要求不高，较之保护其判据可大大简化。故障录波 器不仅记录故障过程还要记录故障前的波形和数据，所以在故障录波器中 要开辟一定容量的环行内存缓存区，不断地采取最新数据刷新这个环行缓 存区，一旦判明故障，就首先将缓存区中的内容( 包括故障前和故障过程的 数据) 保存起来，直到故障结束“m ”。 ( 3 ) 与变电站自动化监控系统中的事件顺序记录功能相比，故障录波装 置一般可取代前者，因此在既有自动化监控系统又有录波装置的场合，希 望录波装置提供与监控系统的通信接口。录波装置还要配备相应的通信软 件，以便将录制的数据和分析结果及时传送给监控系统“”。 ( 4 ) 和远动中的开关量相比，故障录波中的开关量着眼于事故分析的需 要，局限于故障时短时的记录，而远动中的开关量偏重于整个系统的正常 运行，虽然也有故障时的开关量信息，但它是着眼于宏观系统的需要。 ( 5 ) 现在的一些微机保护也具有故障录波功能，但由于保护功能的限制， 采集的电气量简单，录波时间较短( 多为3 5s ) ，一般不具有谐波分析能 力，有故障定位但精度不高。故障录波器则要考虑系统分析的需要，采集 量全面准确，录波时间较长，分析功能也强“”。1 ： ( 6 ) 与调度自动化构成的计算机网络记录的电网运行稳态过程相比，故 障录波器记录了电网故障的暂态过程。这决定了故障录波器在电网发生故 障时，几秒钟内会采集到大量的数据，如以1 2 位录波精度计算，4 条线路， 一个典型的单相接地，一个重合闸过程，在4 2s 内，录波器将采集6 0k 以 上字节的数据。因此要想将各变电站或发电厂的故障数据远传至调度中心， 要求计算机网络必须是一种远程、高可靠性、数据吞吐量大的系统。m “。 通过上述对故障录波器特点的分析，我们可以清楚地认识到现代电力 系统对其可靠性、准确性、实时性、可传输性等多方面特性的要求很高。 然而，随着电力网络的扩大化、复杂化和区域网互联趋势的到来，电力系 统的行为也将越来越复杂。一些原有的假设条件和简化模型的适用性都将 接受进一步的挑战与检验。在此情形下，丰富详尽的现场实测数据，尤其 是故障或非正常状态下的数据，无疑将具有越来越重要的价值。它们不仅 是分柝故障原因、检验继电保护动作行为的依据，也为电力工作者研究了 解复杂系统的真实行为、发现其规律提供了宝贵资料。因此，故障录波装 置作为电力系统暂态过程的记录设备，电力系统对其要求也越来越高了。 计算机技术的不断突飞猛进，为微机型故障录波装置进一步扩大信息量， 提高可靠性、准确性、灵活性、实时性，以及共享信息资源，提供了必要 的有利条件，也使实现真正意义上的故障录波数据远传及综合数据处理系 统成为可能”1 。 实现故障录波数据远传及综合数据处理具有非常重要的意义：可使 调度中心及时、全面、准确地掌握故障情况，从而快速准确地处理系统故 障；便于录波装置运行状况的集中监测和装置的集中管理；可实现 双端故障测距，从而提高故障定位精度，大大减少巡线工作量及故障恢 复时间1 ”。 2 3 故障录波早期联网改造 早先，因国内电力系统所配录波装置型号种类很多，结构各异，且 无统一的数据记录格式，故未能普遍实现装置联网和数据远传。随着网络 通信技术的飞速发展，对于故障录波测距装置而言，不仅要在变电站一端 实时地对故障种类及波形进行综合分析和报告，还要求将各种故障信息传 至主站端( 供电局端和调度端) ，从而实现信息共享，以利于从总体上掌握 本地区电网的运行及故障情况，这对于分析和优化电网结构，继而对电力 系统进行综合宏观调控，增加售电量，具有重要意义。为此，山东工业大 学曾经为山东电网研究开发了较早的故障录波数据远传及综合分析处理系 统，在软件系统设计中采用模块和层次设计思想，将数据管理与程序设 计分开，为实现异种录波装置的联网提供了较好的解决方法。系统连接方 案鉴于现场的实际情况，尤其对信息传输通道的可用性，系统连接可选 择下述两种方案来实现“”1 。 ( 1 ) 采用专用远动通道( 如一点多址微波通道) 如图l 所示，该方案适用于有多余可用信道的地区级电网，系统连接 方便， 整个系统由主站、远动通道及站端系统三大部分构成。主站以1 台 高档p c 机配以多串口扩展卡构成；站端系统由l 台置于变电站内的工控机 7 与站( 厂) 内所有录波装置通过标准r s 2 3 2 串口以一对一方式连接，该连接 方案传输速率高( 可达1 9 2 0 0b i t s ) ，可靠性较高，易于扩展，但需在 变电站增设l 台站端机，数据传输要增加这个中间环节。 ( 2 ) 通过电话线连接 如图2 所示，该方案适用于省级电网及没有多余专用通道的地区级网， 信息传输在主站与任一录波器之间以自动拨号方式直接进行。该方案结构 简单，易于扩展， 不占用专用通道，但信息量大时将过多地占用电话线 时间。 嗍重方案1 ：采用专用远动遇遵违接 衔蠲 剜2 方寨：诩j 坐瞧皤绶瞧绞 然而，随着科学技术的不断发展，早先的录波器采用串口通信，数据 传输速率低，对于大容量的数据传送需要很长时l - 丑】，这个弊端已经充分地 暴露出来，远远不能适应现阶段国家进行超高压、大电网建设的需要。由 于电力自动化技术具有光纤化、网络化的发展趋势，故障录波系统( 或装 8 置) 与其他电力自动化系统( 或设备) 一样必须适应这种发展趋势，即在 上级调度与变电站之间( 或变电站与变电站之间) 传输的故障录波数据，必 须采用t c p i p 协议，并与电力系统的其他信息一起在电力数据专用网络上 进行可靠传输例m 瑚1 。 另外，传统的故障录波测距系统后台分析软件运行于d o s 操作系统之 下，没有网络功能，无法将录波数据直接远传，而且也不能支持不同型号 的通用外围接口设备( 如网卡、打印机、m o d e m 等) ，而计算机发展到现在， w i n d o w s 操作系统日趋流行，网络化更是大势所趋，所以故障录波测距系统 后台分析软件应运行于流行的w i n d o w s 系列操作系统之下，充分发挥其网络 功能强，支持多任务及不同型号的通用外设，支持图形化的用户接口等优 点，这样才能开发出真正符合电力工业自动化运行要求的后台分析软件。 在人机界面方面，也应该更多地从用户角度出发，使操作更加简单灵活。 随着计算机技术的发展，局域网、广域网也在电网中得到了大量应用，通 过以太网或光纤通道传送录波器故障数据，不仅数据传输速度快、容量大， 而且抗干扰能力强、通讯可靠性高，已逐渐成为超高压电网故障录波远程 联网系统开发及应用的一大趋势。同时，高度自动化的电力系统也要求故 障录波装置更先进、更快速、更可靠，并能实现远传等综合功能，最终实 现全微机化的故障动态信息系统“州嚣m 。 9 3 超高压公司故障录波系统现状 3 1 建立故障录波远程分析处理系统的必要性 1 9 9 9 年，山东电网就实现了全网2 2 0 k v 及以上系统的故障录波数据联网 处理，其中2 2 0 k v 线路录波器由各地调分别管理；5 0 0 k y 线路录波器由省调 度中心直接管理。2 0 0 0 年底，超高压公司组建成立，当时其所辖的2 8 台故 障录波器分别接入省调度中心和相关地调，传输相关线路的运行及故障数 据，而作为山东5 0 0 k y 主网架构的运行、维护、管理单位，超高压公司却看 不到任何故障录波数据，这对山东电网的安全稳定运行是极为不利的。例 如，2 0 0 1 年3 月5 0 0 k v 邹淄线、照崂线故障时，由于未能及时有效地收集线 路故障录波数据，延误了事故分析处理时间，给山东电网造成了巨大的经 济损失。另外，原来的故障录波数据处理系统是针对微波一点多址串口通 信或通过电话交换网络通讯方式开发的，其传输速度慢，故障录波的数据 往往多次拨号才能得到，延误事故分析时间。所以利用新技术、新成果开 发建设全新的分布式光纤通道方式的故障录波远程分析处理系统是相当必 要的。此系统将利用故障模拟量和开关量信息，基于故障录波装置提供的 大量信息，采用网络通讯技术、计算机技术和分布式结构，通过面向对象 的系统设计方法，可以准确迅速地评判开关和保护的动作行为，确定故障 情况，并提供故障历史查询，有助于提高电网运行的自动化水平“汹1 。 3 2 光纤通信网络的支持 在硬件系统的构成上，随着山东电力集团公司三期光缆工程的建设完 成，超高压公司总部与5 0 0 k v 济南、淄博、潍坊、沂蒙、崂山、日照、滨州、 长清、聊城等各个5 0 0 k v 变电站均建立了光缆通道。电力生产要求的通信网 络可靠性非常高，它包括调度信息、远动实时信息、保护信息、故障录波 信息等一些重要信息。因此它不能象普通的市话网络，电话断一下是不会 影响安全的：而电力调度通信网络在任何时候都不能断，断了以后就没法 监控指挥电网运行，容易出现电网事故。为此，山东电力集团公司超前决 策，加大电力调度通信网络的建设力度，自1 9 9 9 年开始，由鲁能信通公司 开始进行了山东全省范围内电力专用光缆通信网、计算机广域网和a t m 宽 1 0 带数据交换网等基础网络的1 、2 、3 期工程的建设，现在已经完成了6 0 0 0 多公里，从济南可以通到全省1 7 个地市，可以到所有的县和大部分的乡镇。 采用光纤传输故障录波器的数据，具有通讯可靠性高、通讯速率高的特点， 可以直接采用基于e t h e r n e t 网络通讯标准的快速网络通讯。另外，大容量、 多功能的庞大计算机系统及网络，改造升级后的新型故障录波装置，也为 故障录波数据综合处理系统的开发应用提供了良好的硬件平台。 3 3 软件技术的支持 在软件系统的构成上，公用对象请求代理程序结构c o r b a ( c o m m o n o 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 ) 技术更为成熟，它易于集成各厂 商的不同计算机，使不同的计算机应用之间也能够达到协同工作的目的。 c o r b a 是开放式的、独立于厂商、用于网络上计算机应用的底层结构。任何 厂家、计算机、操作系统、编程语言及网络环境下的基于c o r b a 的应用均使 用i i o p 标准协议，所以任何基于c o r b a 的应用均能协同工作。也就是说，它 能使服务器真正能够实现高速度、高稳定性处理大量用户的访问，因此， c o r b a 技术得到了广泛的应用“”。它使分布式系统的模型更稳定，功能更强 大，为分布式故障录波数据综合处理系统的开发应用提供了强有力的软件 支持。 综上所述，建设全新的分布式光纤通道方式的故障录波数据综合处理 系统有其切实可行性。此系统的开发和应用，将实现故障录波器的远程集 中管理和故障数据信息的集中分析处理，大大提高故障数据传输的可靠性 及数据分析处理速度，为事故处理提供可靠的数据和诊断，并可减少因故 障延误送电造成的经济损失，保证超高压电网的稳定可靠运行。 1 1 4 故障录波数据综合处理系统的构成与实现 4 1 硬件系统( 网络) 结构 图3 给出了通过光纤通讯连接方式的系统硬件和网络系统结构。整个 系统包括三部分：主站系统、通讯网络、站端系统。 超高压公司主站系统由一台服务器、一台工作站，一台g p s 对时装置( 用 于网络对整个变电站故障录波器系统的实时对时) 组成。 每个变电站站端系统包括一台分站计算机( 工控机) ，以双绞线或光纤 方式连接站内多台录波器，并采用光纤与主站系统实现基于t c p i p 的网 络连接。 图3 硬件及网络连接方案 4 1 1 故障录波数据处理分站系统 首先通过原先故障录波设备的更新换代，进行分站系统的硬件升级。 由于济南站两台2 2 0 k yw d g l i i 型故障录波器，淄博站运行的3 台美国产 录波器为较早生产的装置，不具备测距功能，采用m o d e m 通讯方式，改造 为网络方式十分困难，且通讯协议不详，所以在2 0 0 2 年进行的故障录波联 网试验工程中，将上述老的故障录波器更换为w d g l i i i 型录波器。由于原 来条件限制，原有变电站分站系统的c p u 档次低，内存少( 4 m ) ，操作系统 为d o s ，无网卡，大多采用拨号方式，因此需要将分站机更换为一体化工 业控制计算机( 删x 2 6 6 、2 0 g 硬盘、1 2 8 m 内存、i o i o o m 网卡) ，站端计算 机操作系统采用l i n u x 操作系统。 在各变电站新上故障录波数据处理分站系统，对变电站的所有故障录 波器进行管理。基本采用了两种方式： ( 1 ) 对于济南、淄博、潍坊、临沂等老站，由于故障录波器均在保护 及控制室内，距离短，所以新配备的故障录波数据处理分站系统，增加h u b 一个，汇总变电站的所有录波器信息，然后采用超五类双绞线连接到通讯 机房去主站。 ( 2 ) 对于崂山、滨州、日照、长清、聊城站由于故障录波器位于不同 的保护小间，且小间与小问之间、小间与监控楼的通讯机房距离远，采用 超五类双绞线连接衰耗大，所以采用光纤做为传输介质，在每个小问增加 一个光纤收发器、光纤接线盒，在安装有分站管理机的小间还增加了一个 h u b 连接分站机网卡和收发器，所有故障录波器信息通过光纤汇集到故障 录波数据处理分站系统，并通过光纤连接到通讯机房的2 m 接口( 与0 a 、 m i s 系统共用) ，实现与主站系统的通讯。 当所监测的系统发生故障，接入系统的任何一台故障录波器启动，在 变电站的故障录波器将主动向超高压公司故障录波主站上传故障录波数据 和故障分析报告。 站端系统功能为： ( 1 ) 虚拟“录波器”软件组件对象管理：可以“即插即用”地实现录 波器或保护设备的接入。 1 3 ( 2 ) 信息汇集和转发：站端系统可接收终端装置的各种数据信息，并 在需要时转发至其上级主站；可中转来自上级主站或下级终端的命令。 ( 3 ) 系统设定及配置信息数据库：系统配置信息的数据管理。 ( 4 ) 通讯规约转换：由不同的软件组件对象实现不同的( 保护、录波 器等) 规约转换，具备扩展性。 4 1 2 故障录波数据处理主站系统 在公司调度值班中心建立故障录波数据联网处理系统主站系统，可方 便实现以下功能； ( 1 ) 信息管理功能：可按各种单个或组合条件查询变电站、线路、录 波器等信息；可进行一、二次设备属性查询；可按各种单个或组合条件查 询、统计年度或季度故障信息、开关动作次数；可对变电站故障录波器和 主站系统进行自检信息查询。 ( 2 ) 用户管理功能：可方便地实现用户数据库维护，添加删除用户等 功能。 ( 3 ) 双向数据通讯：录波器可主动上传数据信息；主站应用程序也可 主动向任意一台录波器索要各种必要的数据；主站g p s 时钟的统一下发， 保证全网统一时钟。 ( 4 ) 系统配置及数据库管理：采用通用的c s 关系数据库管理系统， 可实现各站端及终端装置的设备、定值参数、配置参数、线路参数查询统 计等功能。 ( 5 ) 数据分析处理功能：可进行录波数据波形显示分析、开关量动作 时序分析；故障分析，故障性质分析及单、双端故障测距分析；谐波分析、 序分量分析：保护动作行为分析等。 ( 6 ) 具备w e b 服务器端功能 在公司局域网上的任一计算机，均可通过通用的浏览器软件查询设备 及故障信息。 1 4 4 ，1 3 网络通信的设计 超高压公司总部与其所辖1 6 个5 0 0 k v 变电站均设有2 m 的网络专用通 道和光缆及光端机设备，故障录波器的数据与m i s 系统和o a 系统共用2 m 通道，采用光纤通讯方式进行数据信息的传送。 电网故障录波数据综合处理系统整体系统网络构成如图4 所示： s 图4 整个系统构成图 5 0 0 k v 变电站采用微机监控系统，站内配置一台终端服务器，可将故 障录波数据综合处理系统、网络型r t u 或传统r t u 的串行2 3 2 接口汇集成 一个l o b a s e - t 以太网接口，接入站内网桥；另外，如果故障录波数据综合 处理或网络型r t u 支持以太网接口，可以直接接入站内网桥；通过该网桥 ( i o m 转2 m ) 与光端机的2 m 接口相连，与主站网络的光端机2 m 接口一一 对应，实现变电站与超高压公司总部的网络通信功能。 变电站层网络构成如图5 所示： 图5 变电站层传统r 1 u 网络连接示意图 为保证信息传送的正确性和安全可靠性，故障录波数据综合处理的信 息必须采用专用通道，而且应有两条通道互为备用。在总部与变电站、总 部与分支机构用于综合自动化的2 m 通道已经具备的前提下，需要进行合理 的i p 地址规划，主站、主站分支机构、变电站的i p 地址在同一个网段上， w e b 发布服务器需要配置一个m i s 网络i p 地址。主站三个远程分支和各变 电站经光端机送上的数据通过集中式网桥( 机架式) 由2 m 转换为i o m 以太 网接口，经h u b 集中接入主站网络。其中，三个主站远程分支可直接访问 主站系统的服务器，实现远程监视和控制。主站与m i s 网之间配置硬件防 火墙。主站层通信网络如图6 所示。 1 6 h u bi i 图6 主站层通信网络连接示意图 4 2 软件系统构成 4 2 1c o r b a 技术的应用 一直以来，面向对象的技术( o b j e c to r i e n t a t i o n ，0 0 ) 是软件界努 力追求的目标，传统的对象技术通过封装、继承及多态提供了良好的代码 重用功能。但是这些对象只存在于一个程序中，外面的世界并不知道它们 的存在，也无法访问它们。要解决这些问题就需要提供一个标准的构件框 架，使不同厂家的软件通过不同的地址空间、网络和操作系统交互访问。 该构件的具体实现、位置及所依附的操作系统对客户来说都是透明的“”。 c o r b a 是o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 组织在1 9 9 1 年提出的公用对 象请求代理程序结构的技术规范。c o r b a 有很广泛的应用，它易于集成各 厂商的不同计算机，从大型机一直到微型内嵌式系统的终端桌面，是针对 大中型企业应用的优秀的中间件。最重要的是它能够使服务器真正实现高 速度、高稳定性处理大量用户的访问。现在很多大型网站后端的服务器都 运行c o r b a ，其中有些网站您可能每天都在访问。 c o r b a 的底层结构是基于面向对象模型的，由o m g 接口描述语言( o m g i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，o m gi d l ) 、对象请求代理( o b j e c t r e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 和i l o p 标准协议( i n t e r n e ti n t e r o r bp r o t o c o l ， 也称网络o r b 交换协议) 3 个关键模块组成“”。 使用接口描述语言编写的对象接口，使得与语言无关的独立性成为可 能。i d l 使得所有c o r b a 对象以一种方式被描述，仅仅需要一个由本地语 言( c c + + 、c o r b a 或j a v a ) 到i d l 的“桥梁”。c o r b a 对象的互通信要以 对象请求代理为中介，这种互通信可以在多种流行通信协议( 如t c p i p 或 i p x s p x ) 之上实现。在t c p i p 上，来自于不同开发商的o r b 用1 1 0 p 标准 协议进行通讯。 为了创建一个遵从c o r b a 规范的应用程序，对象请求代理o r b 是c o r b a 必须提供的。没有o r b ，c o r b a 应用程序就无法工作。c o r b ao r b 最显著的 功能，是对应用程序或其他o r b 的请求予以响应。实现细节对软件开发者 的透明性，是o r b 的一个杰出的特性。在c o r b a 应用程序运行期间，o r b 可能被请求做许多不同的事情，包括查找并调用远程计算机上的对象、负 责不同编程语言之间的参数转换( 如c + + 到j a v a ) 、用动态方法调用激活 远程对象等等。 图7 所示为一个独立的o r b 的结构，箭头说明o r b 的调用关系。为了 提出一个请求，客户端可以使用动态调用接口( d y n a m i ci n v o c a t i o n ) 或 者客户端的s t u b 程序。客户端也可以直接和o r b 交互。对象的实现( o b j e c t i m p l e m e n t a t i o n ) 通过i d l 静态骨架( i d ls t a t i cs k e l e t o n ) 或动态骨架 ( d y n a m i cs k e l e t o n ) 的调用来接受请求。 图7o r b 的结构示意图 图8 所示为一个远程调用过程。为了调用远程的对象实例，客户端首 先获取它的对象参数。客户端在进行远程请求时使用与本地请求相同的代 码，只不过用对象参数代替了远程实例。当o r b 检测对象参数并发现目标 是远程对象的时候，它会调度这些参数，把请求转移到网络上，从而连接 到远程对象的o r b 上。o r b 可以从对象参数中判断出目标对象是远程的， 客户端却做不到这一点。当客户端发出请求时，对象参数不用去分辨目标 对象的位置。这保证了对象位置的透明性c o r 队的这些基本原理简化 了分布式对象的计算机应用的设计。 1 8 图8 远樱调用过稃示意图 使用c o r b a 的好处就像不同部门间需要协同工作来获取最大利润一 样，不同的计算机应用之间也需要协同工作，c o r b a 能完成这些任务。它 是开放式的、独立于厂商、用于网络上计算机应用的底层结构。任何厂家、 计算机、操作系统、编程语言及网络环境下的基于c o r b a 的应用均使用i i o p 标准协议，所以任何基于c o r b a 的应用均能协同工作。 c o r b a 的产生有其特定的背景，它是在面向对象的技术兴起，客户服 务器模式普遍得到应用的前提下，为屏蔽通信和实现细节的需求，继承已 有系统，消除“孤岛”现象而产生的。它弥补了传统分布处理系统的不足， 具有很多新的特色洲“埘1 ： ( 1 ) 引入代理( b r o k e r ) 概念。代理起到如下作用：完成对客户方提出 的抽象服务请求的映射；自动发现和找到服务器；自动设定路由，实现服 务方程序的执行。 ( 2 ) 客户方程序与服务方程序完全分离。与传统的客户服务器方式有 很大的不同，客户将不再与服务方发生直接的联系，客户不再需要了解服 务对象的实现过程以及具体位置，而仅需要与代理发生联系，客户与服务 器方都可方便升级。 ( 3 ) 提供“软件总线”机制。任何应用系统只要提供符合c o r b a 系统 定义的一组接口规范，就可以方便地集成到c o r b a 系统中，这个接口规范 独立于任何实现语言和环境。如此，客户应用于服务对象之间可以透明地 交互运行，实现应用软件在“软件总线”上的“即插即用”。 ( 4 ) 分层的设计原则和实现方式。c o r b a 系统的底层核心是一个精练 的系统，各种复杂系统和应用可以由核心扩展和延伸。 ( 5 ) c o r b a 规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发应用系统， 实现对象内部细节的完整封装，保留对象方法的对外接口定义。 c o r b a 技术是先进技术发展的结果，它将面向对象的概念糅合到分布 计算中，使得c o r b a 规范成为开放的、基于客户朋鼹务器模式的、面向对象 的分布计算的工业标准。 1 9 4 2 2 故障录波数据综合处理系统的分布式系统模型 故障录波数据综合处理系统采用分布式系统模型，所谓分布式系统模 型是指由多个软件组件组成的软件系统分布在“网络平台”内部的多台计 算机上，同时协调运行，就象整个软件系统同时运行在同一台计算机上完 全一样。如图9 所示，这里“网络平台”不包括椭圆外部的录波设备。 j - 7 l - 翌堡一： 、 r - - k - - - 7 1 录波器i i i 图9 在t c p i p 网络平台上运行的分布式软件系统 这种基于对象组件模型的分布式系统模型，相对于传统的软件系统具 有非常大的优越性，体现在： ( 1 ) 完全将通讯细节隐藏起来，对象与对象之间的互操作就是调用接 口函数：如主站、厂站、保护、录波器之间的通讯变成一个对象调用另一 个对象的接口函数。 ( 2 ) 网络平台之内的操作，不再有“通讯规约”的概念。网络平台内 的计算机可运行不同的操作系统。 ( 3 ) 网络平台内可以包含拨号网络、光纤、其他s p d n e t 。具有很强的 容错能力即可靠性。可在对象级灵活设置系统的安全性。 ( 4 ) 真正意义上实现“即插即用”，而且是在网络平台内部任一台计算 机上实现即插即用。组件与组件之间没有编译时的连接，运行时可以组装。 通过采用先进可靠的基于c o r b a 技术体系的分布式系统模型，我们建 立了故障录波数据综合处理系统的软件平台，从根本上保证了整个故障录 波数据综合处理系统的开放性、可扩展性、可维护性。 2 1 5 调度数据网的构成 故障录波数据综合处理系统的网络通信是建立在超高压公司的调度数 据网中的，而超高压公司的调度数据网又是包含在山东电力调度数据网系 统中，故障录波数据综合处理系统的实现在很大程度上依赖于安全可靠的 调度数据网络，因此有必要对山东电力调度数据网系统进行详细的介绍和 分析。 电力调度数据网络是电力生产实时信息传输的网络，网络传输的主要 信息是电力调度实时数据、生产管理数据、通信监测数据等，是电力指挥 安全生产和调度自动化的重要基础，在协调电力系统发、送、变、配、用 电等组成部分的联合运转及保证电网安全、经济、稳定、可靠的运行方面 发挥关键的作用。 图1 0 电力调度数据网示意图 5 1lpo v e rs d h 技术体制 山东电力调度数据网络采用i po v e fs d h 的技术体制组网 i p 协议：是无连接的协议，属于网络层协议。 s d h 协议：是物理层协议，主要负责在物理层介质上传送字节数据。 i po v e rs d h ：以s d h 网络作为i p 数据网络的物理传输网络。将不同的网 络层次的业务映射到s d h 电路的各个时隙中，由s d h 网络提供完全透明的 传输通道。 所谓s d h 网络是由一些s d h 网元组成的，在光纤( 或无线) 上进行同步 信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。它有全世界统一的网络节点接 口和一套标准化的信息结构等级，具有丰富的开销比特专用于网络的维护 管理，采用同步复用结构并具有横向兼容性，因而能够灵活动态地适应任 何业务和网络的变化，是一种理想的新一代传输体制。传统的准同步数字 体系( p d h ) 由于存在一些难以克服的弱点，诸如缺乏标准接口、僵硬的复用 结构和极其有限的网管能力等，无法形成网络规模，而且网络生存性较差， 将逐渐被淘汰。目前，s d h 已成为公认的未来信息高速公路的主要物理传 送平台。 具体来说，s d h 技术与原来我们所用的p d h ( 准同步数字体系) 相比，具 有较大的优越性，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) s d h 具有世界标准，使1 5 5 m b i t s 和2 m b i t s 两大数字体系在s t m l 上得到统一。 ( 2 ) 高度灵活性：s d h 传输网具有信息透明性，可以传输各种净负荷 及混合体。 ( 3 ) 灵活的复用映射结构，使各种业务能灵活上下。 ( 4 ) s d h 设备使用指针调整技术，可以容忍各路信号频率和相位上的 差异。 ( 5 ) s d h 设备能容纳各种新的业务信号，如宽带i s d n 、f d d i ( 光纤分布 式数据接口) 、a t m ( 异步转移模式) 等。 ( 6 ) s d h 帧结构中安排了丰富的开销比特，因而使网络的操作维护管 理功能大大加强，便于集中统一管理，大大节约了维护管理的开支。 ( 7 ) 由于s d h 网络大都采用自愈环的网络结构，因此可靠性高、业务 恢复时间短、经济性好，十分适应现代传输网的发展趋向。 5 2m p l s v p n 技术在调度数据网的应用 随着计算机网络传输技术的发展，未来的山东电力调度数据网络的广 域网组网将采用m p l s v p n 技术实现，并且要求网络按安全等级划分v p n ， 在纵向上实现安全分区的隔离。 5 2 1 标记交换技术m p l s m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h ) ：在面向无连接的i p 网络中引 入了m p l s 面向连接的属性，提供了类似于虚电路的标签交换业务。 m p l s 属于第三代网络架构，是新一代的i p 高速骨干网络交换标准，其数据包通 过虚拟电路来传送，只须在系统开放互联模型( o s i ) 第二层( 数据链结层) 执行硬件式交换( 取代第三层即网络层软件式路由) ，它整合了i p 选径与 第二层标记交换为单一的系统，因此可以解决i n t e r n e t 路由的问题，m p l s 使用标记交换( l a b e ls w i t c h i n g ) ，网络路由器只需要判别标记后即可进 行转送处理1 ，使数据包传送的延迟时间减短，增加网络