摘 要：本文通過對調(diào)度自動化系統(tǒng)故障處理的需求分析，指出規(guī)約分析軟件所要達到的功能，并通過研制產(chǎn)品的現(xiàn)場應(yīng)用實例，說明推廣和實施規(guī)約分析專用軟件的必要性和迫切性。
關(guān)鍵詞：規(guī)約分析 通道監(jiān)聽 主站模擬 子站模擬
一、 概述
現(xiàn)代電力調(diào)度已經(jīng)嚴重依賴于調(diào)度自動化系統(tǒng)所提供的各種信息。如果某個樞紐變或主力電廠有幾分鐘時間的信息不暢，調(diào)度人員就有抓瞎的感覺。因此，調(diào)度自動化系統(tǒng)的安全可靠運行，事實上已經(jīng)關(guān)系到電網(wǎng)的安全。如何長期穩(wěn)定準確地提供調(diào)度人員各種電網(wǎng)運行信息，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟效果。調(diào)度自動化部門的任務(wù)就是：保證電網(wǎng)運行信息的穩(wěn)定性、實時性、以及邏輯合理性。
近幾年隨著電力自動化技術(shù)、通訊技術(shù)及計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展, 大量廠家生產(chǎn)的各種自動化裝置在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，從而使得各種不同類型的裝置系統(tǒng)之間互聯(lián)機會變得越來越多。這對電力自動化系統(tǒng)的日常維護和運行管理提出了更高的要求，而作為數(shù)據(jù)和信息傳遞載體的通訊規(guī)約（協(xié)議）則是這些自動化設(shè)備互聯(lián)的基礎(chǔ)，因此熟悉各種通訊規(guī)約的傳輸規(guī)則，分析了解傳輸報文，對于各個自動化設(shè)備制造廠家變得至關(guān)重要，也是電力系統(tǒng)的運行維護部門的人員所必需掌握的基本技能。
二、當前的問題和困難
要保證上述功能，目前調(diào)度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場問題可以分為兩類：一類是設(shè)備本身的問題；另一類是運行中發(fā)生的問題。
1. 規(guī)約差異性
目前電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的廠站側(cè)運行著不同時期安裝的多個廠家的自動化設(shè)備如RTU、測控單元、以及保護測控一體化裝置。這些設(shè)備已經(jīng)在系統(tǒng)中運行多年，通常情況下，信息是準確和暢通的，這樣的工況，是否表明這些設(shè)備所使用的規(guī)約一定沒有差異呢？為此，我們必需首先區(qū)分以下概念：
A) 規(guī)約的全集和子集
B) 規(guī)約的兼容性
C) 規(guī)約的互操作性
D) 規(guī)約的差異性
A) 規(guī)約的全集和子集
處于成本和工期的考慮，不少廠家的設(shè)備雖然號稱標準規(guī)約（例如IEC870-5-101），其實只是做了全部命令中的一個子集，他們所說的標準，是指這個子集的命令是符合相關(guān)規(guī)約條款的，但是并不保證這個子集已經(jīng)覆蓋了規(guī)約所要求的一切功能。有時候一個在現(xiàn)場運行了十年的設(shè)備，后來居然發(fā)現(xiàn)有些命令它是不能執(zhí)行的，只是因為當時SAT時，實際運行不涉及這一功能，因而沒有顯露出來。這里的結(jié)論是：一個只具有標準規(guī)約命令子集的自動化設(shè)備，對于自動化系統(tǒng)的實際運行，不一定會表現(xiàn)出障礙。它們在現(xiàn)有要求下可以無障礙地保持正常的運行狀態(tài)，這也是自動化設(shè)備廠家敢于僅僅完成標準規(guī)約子集的原因。甚至有的廠家知道你當前需要這一條命令，立馬就做出這一條，不及其余，一種徹底的工程化解決方案。
B) 規(guī)約的兼容性
上面講到的子集與全集的關(guān)系，就是規(guī)約兼容性的例子之一。
還有一些實際格式并不兼容的命令，實際運行中卻表現(xiàn)出兼容性來。比如設(shè)備ID號的長字節(jié)和短字節(jié)，當你的設(shè)備臺數(shù)不多，一個字節(jié)就可以表達時，即使設(shè)備側(cè)是短字節(jié)，主站照收不誤，沒有表現(xiàn)出障礙來。所以，兼容性是比標準格式要求低的一個指標，雖然規(guī)約有差異性，現(xiàn)場表現(xiàn)卻是兼容的。
C) 規(guī)約的互操作性
兼容的規(guī)約，雖然是差異性規(guī)約，卻具有互操作性，上面的長短ID號是例。有些應(yīng)用中，為了避免修改規(guī)約的費時和麻煩，甚至可以通過工程設(shè)置的方式，把這個困難繞過去，實現(xiàn)互操作性。比如當報文長度受限時，考慮到修改規(guī)約的麻煩，現(xiàn)場工程師把一臺RTU分成幾個邏輯RTU來訪問，這樣只需要改變主站數(shù)據(jù)庫定義即可，從而實現(xiàn)互操作性。所以，互操作性是比規(guī)約兼容性更低一層的要求。
D) 規(guī)約的差異性
當現(xiàn)場工程師十八般武藝用盡也無法實現(xiàn)廠站設(shè)備與主站的互操作性時，這個差異就表現(xiàn)為設(shè)備的接入障礙了。這時候就不得不驚動廠家，來人現(xiàn)場測試規(guī)約，而廠家往往病急治表，改幾條命令，先弄通了再說，過后主客雙方都忙的不亦樂乎，既顧不上也想不起這檔子事了，于是成為永遠的差異保留著。不改變也罷，一有改變的要求，立即表現(xiàn)為故障，雙方人員急赴現(xiàn)場，翻檔案，找原經(jīng)手人，忙的不亦樂乎，解決的卻是雞毛蒜皮的小CAS。這就是當前設(shè)備規(guī)約標準化的現(xiàn)狀。2003年國電公司化大力氣牽頭要統(tǒng)一中國自動化設(shè)備廠家的101規(guī)約版本，其陣勢之浩大，可以感覺到的確是痛了，所以要“痛改前非”，這個“非”是什么？就是非標準化，非兼容性是也。
以上所說，僅涉及設(shè)備方面的問題。
2. 運行中的問題一
有經(jīng)驗的自動化運行維護人員一致認為，通訊故障占到自動化系統(tǒng)故障的大約80％。
當一個廠站的數(shù)據(jù)收不到時，宏觀表現(xiàn)就是“不通”。其實“不通”里面包含著眾多復(fù)雜的因素。仔細分析信道現(xiàn)象，有下面幾種狀態(tài)：
情況1：通訊正常，上下命令和數(shù)據(jù)準確收發(fā)；
情況2：通訊正常，下行命令正常，上行報文數(shù)據(jù)為“空”；
情況3：鏈路暢通，下行命令正常，無上行報文；
情況4：鏈路不通，上下行報文均不正常。
它的實際狀態(tài)是：
情況1：信道正常，兩端命令兼容，有變化數(shù)據(jù)上傳；
情況2：信道正常，兩端命令兼容，無變化數(shù)據(jù)上傳，因而報文的數(shù)據(jù)為“空”；
情況3：信道正常，命令可以下載，但RTU收不到或不認識，無法回答上行報文；
情況4：鏈路不通，無從判斷命令是否兼容、數(shù)據(jù)是否有變化等等。
3. 運行中的問題二
上面所說情況，是在投運初期，或者信道發(fā)生變化，或者更換了廠站設(shè)備以后的表現(xiàn)。運行中的另一類問題是，通信是正常的，鏈路、信道、規(guī)約兼容性方面都沒有問題，相當于在上述情況1之下，有錯誤數(shù)據(jù)產(chǎn)生：遙信方面大都表現(xiàn)為誤遙信或誤報警；遙測方面為大數(shù)據(jù)越限或數(shù)據(jù)歸零；遙控遙調(diào)方面表現(xiàn)為控制命令下行后，無返回信息，或者有返回信息，但是一次設(shè)備不動作，等等。
這些問題，沒有報文分析手段無法確認問題發(fā)生在哪個環(huán)節(jié)，該由誰到現(xiàn)場去排除，要去到現(xiàn)場的哪個設(shè)備（通訊還是自動化設(shè)備），責任界面如何分開，事后是否有證據(jù)可以支持分析？等等。
三．適用性產(chǎn)品的研制和功能
遠動信息是通過遠動通道、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行傳送的，遠動信息傳輸?shù)目煽啃砸殉蔀殡娋W(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)穩(wěn)定、準確、可靠運行的重要保證。由于遠動信息的傳輸過程環(huán)節(jié)復(fù)雜、傳輸距離較遠、設(shè)備種類較多，在任意一個環(huán)節(jié)上產(chǎn)生了誤碼，就會造成主站收到的上行信號無法解調(diào)，主站下發(fā)的命令不能被正常地執(zhí)行，此類問題頻繁出現(xiàn)時，利用現(xiàn)有的手段只能測出信號電平和波形，對于故障點卻不能快速準確地定位，致使專業(yè)技術(shù)人員查找故障原因時往往無從下手，還會造成相關(guān)專業(yè)部門之間的責任不清。
因此，提供一種有效的測試手段，迅速分析遠動信息、排除遠動信號傳輸故障顯得極其重要，開發(fā)遠動規(guī)約分析系統(tǒng)成為必需的和緊迫的選任務(wù)。
基本功能特點
由于遠動規(guī)約分析系統(tǒng)的責任重大，需要很好地解決這些問題，該系統(tǒng)至少應(yīng)該具備以下功能：
1、 通道監(jiān)聽；
2、 仿真功能；
3、 報文解析。
該系統(tǒng)要能被廣泛應(yīng)用，必須適應(yīng)各種不同的遠動規(guī)約，能夠連接不同的數(shù)據(jù)通道，如模擬通道、數(shù)字通道、網(wǎng)絡(luò)通道等。
經(jīng)過一年多的研制和近半年的使用，我們?nèi)〉昧艘恍嶋H的經(jīng)驗。
下面將詳細描述遠動規(guī)約分析系統(tǒng)是如何實現(xiàn)以上功能、以及在調(diào)度系統(tǒng)中是如何應(yīng)用而使工作提高效率的。
功能實現(xiàn)及應(yīng)用
1、通道監(jiān)聽。
通道監(jiān)聽主要是針對已經(jīng)建立通信的通道進行監(jiān)聽，是通過并接方式獲取通道數(shù)據(jù)，而且要確保不會對被監(jiān)聽的通道造成任何影響，這樣，通道監(jiān)聽的必需前提是：只收不發(fā)。
遠動規(guī)約分析系統(tǒng)的監(jiān)聽功能主要表現(xiàn)在以下幾個特點：
1）安全性。在監(jiān)聽過程中保證不會對通道數(shù)據(jù)造成影響，由軟件設(shè)計及硬件的連接兩方面來達到目標。串行通道的監(jiān)聽：在接線時就直接把對外發(fā)送的線斷掉。網(wǎng)絡(luò)通道的監(jiān)聽：通過帶有監(jiān)聽口的交換機進行監(jiān)聽，設(shè)置該監(jiān)聽口只能收數(shù)據(jù)而不能外發(fā)數(shù)據(jù)，在硬件上這個要求是可以實現(xiàn)的。
2）穩(wěn)定性。可以長時間監(jiān)聽通道數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用分頁技術(shù)顯示通道報文，滿頁后自動將歷史數(shù)據(jù)保存到硬盤，只要硬盤有足夠大，在不掉電的情況下，該系統(tǒng)可以一直運行。彌補了SCADA系統(tǒng)不能長時間保存數(shù)據(jù)的不足。
3）實時性。該系統(tǒng)接收到的報文為原始通信報文，本系統(tǒng)不做任何刪減處理，保證與后臺調(diào)度系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)一致，而且在監(jiān)聽過程中做其它操作也不會影響其實時監(jiān)聽。為通道診斷或故障排查提供實時性依據(jù)。
4）靈活性。遠動規(guī)約分析系統(tǒng)除了形成一些特有的事件外，還可以由用戶定義各種實用的事件，如遙測越限、遙測跳變等。而且還可以定義各種查詢條件，使操作者能夠快速的定位至某個事件、某個信息點或某幀報文等。
有了上述特點，該遠動規(guī)約分析系統(tǒng)至少能夠應(yīng)用于以下幾個方面：
1）協(xié)助調(diào)度人員進行故障排查。
在調(diào)度系統(tǒng)的實際運行過程中，經(jīng)常會遇到一些不規(guī)則的事件，如發(fā)生誤遙信，遙測越限或遙測跳變等，而這些事件在現(xiàn)時的主站系統(tǒng)中，是無法有效跟蹤的，而且由于出現(xiàn)的不規(guī)則性，增加了工作人員的難度，甚至是無從下手。
遠動規(guī)約分析系統(tǒng)可以對這些事件進行長時間監(jiān)聽，并實時記錄形成相應(yīng)的事件，工作人員便可以通過該系統(tǒng)進行詳細分析，并可通過事件快速定位至原始報文，查找故障發(fā)生源。因為保存了長期的歷史數(shù)據(jù)，使工作人員查找故障時有據(jù)可查。
2）對通道質(zhì)量進行分析。
由于遠動規(guī)約分析系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)等同于調(diào)度主站得到的數(shù)據(jù)，那么該系統(tǒng)分析出來的誤碼基本上是通道的真實情況。在監(jiān)聽過程中，由誤碼統(tǒng)計或幀簡析列表都可以看得出通道的質(zhì)量，比如高湖變及通城變，都是通過監(jiān)聽分析出其誤碼率特別高，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或命令執(zhí)行比較緩慢。
3）通過監(jiān)聽通道判斷該通道的規(guī)約一致性及連通性。
在整個調(diào)度系統(tǒng)中，由于設(shè)備種類比較多，而且各個廠家也不一樣，對規(guī)約的理解可能也存在一定的差異，就連同一種規(guī)約也有各地區(qū)不同的執(zhí)行細則。
微小的差異可能不會導(dǎo)致通信連接不上，但是卻會隱藏著其它的缺陷，如長時標與短時標的差異會導(dǎo)致SOE對時誤差偏大。那么，這些微小的差異就可以通過該規(guī)約分析系統(tǒng)分析出來，要求設(shè)備廠家解決。
4）應(yīng)用實例。
以高湖變?yōu)槔瑥恼{(diào)度主站可以知道高湖變的開關(guān)變位信息上傳很慢、GPS事件時間誤差達到1小時。但是根本不知道其產(chǎn)生的原因，通過遠動規(guī)約分析系統(tǒng)監(jiān)聽，便可以清楚地分析出，慢是因為誤碼、錯碼特別多所產(chǎn)生；GPS對時誤差1小時是因為子站上傳的對時報文為短時標的報文，所以只傳送分、秒、毫秒，當主站收到該短時標報文時，就自動以主站的小時數(shù)插入到SOE的時標中，本來應(yīng)該是“11:59:59 999”，但是上送時只送“59:59 999”，而主站收到的時候已經(jīng)是12點，那么SOE的時標就自然地變成“12:59:59 999”。正好相差一個小時，這就是規(guī)約差異性造成的缺陷。
對于通城變，在同一個RTU的不同通道上做相同的操作而產(chǎn)生不同的反應(yīng)，在其中一個通道上做遙控操作，很快就有響應(yīng)，而另一個通道上做則響應(yīng)得很慢，通過遠動規(guī)約分析系統(tǒng)監(jiān)聽，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，響應(yīng)快的通道其報文正確率很高，而響應(yīng)得很慢那個通道的報文誤碼和錯碼都很多，有了這些依據(jù)，再去處理時就能做到有的放矢。
2、仿真功能。
仿真功能在遠動規(guī)約分析系統(tǒng)中包括兩項內(nèi)容：一是主站模擬，一是子站模擬。
主站模擬：通過軟件來模擬真實的調(diào)度主站，向RTU請求數(shù)據(jù)或發(fā)送各種命令，并接收和處理RTU上送的數(shù)據(jù)報文及返校報文等。具備四遙的接收及處理功能，功能基本等同于真實的調(diào)度主站。
子站模擬：即模擬現(xiàn)場
RTU，能夠接收和模擬執(zhí)行主站下發(fā)的命令，可以模擬四遙的各種數(shù)據(jù)，如遙測點置數(shù)、遙信點變位、遙控及遙調(diào)的執(zhí)行和返校等，并將各類模擬出來的變化的實時數(shù)據(jù)上送給主站。
在了解仿真功能的基本特點后，下面描述仿真功能在調(diào)度中應(yīng)用：
仿真功能在調(diào)度中至少可應(yīng)用于以下幾個方面：
1）變電站預(yù)驗收。
事實上，變電站驗收是一項非常耗時，而又非常緊急的事情，命令一下達，就必須驗收成功，而實際工作表明根本是不可能如此理想的，總會遇到這樣或那樣的問題，因而延誤驗收工期。
主站模擬功能可以提前將在驗收過程中可能會遇到的問題暴露出來，比如子站RTU的規(guī)約與主站的規(guī)約是否一致？是否能夠正常通信？RTU的系數(shù)是否正確設(shè)置？子站信息分組是否正確？對遙控遙調(diào)的命令是如何返校？等等。
凡此種種，如果能在驗收前就都已經(jīng)解決掉的話，驗收過程中就只需要抽檢一下就可以確保能夠正常驗收。因為已經(jīng)有預(yù)驗收作基礎(chǔ)，而且預(yù)驗收時模擬的主站是完全模擬真實的調(diào)度主站。
遠動規(guī)約分析系統(tǒng)在變電站驗收中，不僅能夠確保驗收如期完成，而且也避免了驗收過程中對真實調(diào)度主站所造成的影響。
2）檢查調(diào)度主站的數(shù)據(jù)庫。
每個新站，在投運前都要做好其對應(yīng)的信息點數(shù)據(jù)庫，和主站二次開發(fā)的動態(tài)畫面等，數(shù)據(jù)庫和動態(tài)畫面的定義是否正確，需要與子站RTU通信來檢查才能檢查是否正確，這是傳統(tǒng)的檢查方法。
模擬子站功能可以打破這種檢查方法，只需要將子站的信息點表導(dǎo)入到遠動規(guī)約分析系統(tǒng)中，模擬的子站就等于真實的子站，在模擬子站上操作等同于在變電站現(xiàn)場操作，大大簡化了很多不便的因素，故檢查起來也更加快捷有效。
3）測試調(diào)度主站的性能。
在現(xiàn)實工作中，主站的很多性能指標都是需要測試而沒有辦法測試的，比如遙信雪崩測試，在物理上是沒辦法達到這種效果的。遠動規(guī)約分析系統(tǒng)的子站模擬功能，具備了雪崩測試功能，可以對多點同時變位，對整個站的所有點同時雪崩，從而測試主站對報文的處理能力。要測試主站性能也可以通過讓遙測點同時隨機變化，同樣也會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，達到測試主站性能的一個效果。
3、報文解析。
報文解析功能主要是對報文進行詳盡到位的解析，以純中文界面來表示十六進制報文數(shù)據(jù)。
報文解析功能旨在方便工作人員查閱報文，即使不熟悉或不懂規(guī)約，只要通過遠動規(guī)約分析系統(tǒng)來解析就可以清楚地知道報文是什么內(nèi)容，相當于一本規(guī)約詞典。
而且報文解析功能貫穿整個系統(tǒng)，包括監(jiān)聽、模擬等，它是可以在線或離線解析，解析過程不會影響報文存取。
報文解析結(jié)果以樹狀顯示，獨立于原始報文，有別于其它規(guī)約分析系統(tǒng)的方式，即報文與解析混合到一起。樹狀顯示相對其它顯示方式來說就顯得更加靈活清晰。
四、總結(jié)
以上論述表明，遠動規(guī)約分析系統(tǒng)在電力調(diào)度系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，并能夠給調(diào)度人員帶來效益和方便，如在故障排查、變電站預(yù)驗收、報文解析等方面。對于簡單的規(guī)約分析來說，遠動規(guī)約分析系統(tǒng)已經(jīng)相當完美，但筆者認為，該系統(tǒng)還可以從規(guī)約一致性及連通性方面加以改進，由軟件自動區(qū)分差異并給出差異報告或者建議性報告。
遠動規(guī)約分析系統(tǒng)的規(guī)約庫所包括的規(guī)約已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)階段的要求，但是著眼未來，還需要增加IEC－61850系列規(guī)約，做到與時俱進。