戴 琳，武 瞳
国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100
变电站作为电力系统与电网运行中的重要设施，对电力供应的质量与效率具有较大影响。变电站中包含大量的带电设备与保护装置，如开关合闸、一次设备与二次设备等，变电站设备的管控操作直接影响变电站运行模式与供应模式的发展[1]。近年来，在电网规模不断扩大的背景下，变电站数量大幅度增长。随着智能电网的不断发展，大多数变电站逐渐转变为智能化厂站模式，其设备调度与管控难度也不断上升[2]。现阶段，我国在智能变电站设备操作与管理方面的研究逐渐成熟。然而，在智能变电站设备操作系统方面的研究仍然存在一定不足，主要体现在操作系统的响应时间较长，无法在用户请求数量较多的情况下及时作出响应[3]。智能变电站设备操作系统研究力度不足，直接降低了电力系统与电网运行的效率，增加了设备的管理成本[4]。一键式顺控操作能够有效地改善这一问题，可以通过发出完整指令，判断变电站设备的状态信息变化，依据各项任务的执行顺序自动执行系统的各条指令，直至指令执行完毕。基于此，文章在传统设备操作系统的基础上，引入一键式顺控操作理念，设计了一种新的智能变电站设备一键式顺控操作系统，以期为高效调度与管控变电站设备提供一定保障。
文章设计的智能变电站设备一键式顺控操作系统采用C/S硬件架构，具有较高的运行效率与质量。系统的开发平台采用NET平台，开发工具为Visual Studio 2014.NET，数据源工具为ADO.NET组件，开发主机为Windows 7 Professional 64位PC机。系统存储器采用型号为QSFP-40G-SR4的存储器，容量为850 Gbps，传输速率为42 Gbps（4×10.5 Gbps），数据包缓冲区容量为4 MB，支持BGP的连接方式，存储器的接入层与系统的上联链路口相连，1A-T口与系统接入层设备相连[5]。系统内的接收器采用PIN接收器，其接收灵敏度≤11.1 dBm，接收过载为2.4 dBm。系统的网络交换设备采用单相交换设备，外形为机架式，其输出功率容量为2 700 W/3 000 VA，额定输入电压为120 V，采用铅酸蓄电池的兼容电池类型，具有良好的使用性能。为了显著提高顺控操作系统硬件的运行质量，设定继电器的额定工作电压为14 V，额定动作电流为65.5 mA，释放电压为DC 1.0 V。
在智能变电站设备一键式顺控操作系统的硬件设计完毕后，再对系统的软件进行全方位设计[6]。
2.1 变电站设备状态管理模块设计
智能变电站设备状态管理模块主要负责对变电站设备运行状态进行全方位的管理与维护，通过创建系统操作票的方式，分析并处理设备的各项操作任务[7]。首先，根据智能变电站设备的内部功能结构，在设备状态管理模块中添加设备状态批量管理功能、设备数据导出与删除功能、封装设备类结构功能。定位设备运行功能，设计态管理模块操作界面的布局，不断调节系统操作时后台的委托响应频率。采用TCP协议，设计系统客户端与服务端的交互接口方式，保证状态管理模块各个通信节点之间连接的紧密性，保证设备状态管理的数据发送与接收功能良好运行。定义变电站设备目标数据的导出形式与SQL命令操作功能，添加设备的各项属性信息与条件数据，为设备状态信息的批量设置处理提供保障。在变电站设备信息状态管理中，采用逻辑操作的方式，通过对应的数据库与时序流程，发送并接收客户端的操作请求，进行相应的设备状态数据检索与返回。分析变电站设备内部传播衰减特性，获取变电站设备状态管理的具体表征公式：
式中：φi,j为变电站设备状态管理的表征；
τ为变电站设备内部传播衰减系数；
p为设备运行信号幅值。
通过公式获取变电站设备状态管理表征结果，并将其作为固定参数，添加在设备状态管理模块中，为态管理模块的运行提供保障。
2.2 系统交互功能设计
智能变电站设备状态管理模块设计完毕后，根据系统站控层交互服务获取设备的动态变化状况设计系统的交互功能。首先，构建系统交互功能运行模型，如图1所示。
如图1所示，在顺控操作系统交互模型中，主要通过站控层与通信子站，依据UDP协议设置系统操作指令，并下发相应的服务，调度与配置系统的遥测信号接收服务，接收对应的操作结果测点信号。启动系统交互服务功能，创建通信配置文件，根据通信端口与缓冲区间的运行状况，设置系统交互功能网络节点参数，远程下发一键式顺控操作指令，将智能变电站设备的测点数据保存到系统的缓冲区域中，为智能变电站设备的一键式顺控操作服务提供数据任务支持。
图1 顺控操作系统交互功能模型
2.3 系统数据库设计
智能变电站设备顺控系统交互功能设计完毕后，结合设备E-R实体关系原理，设计一键式顺控操作系统数据库。按照SQL Server数据库的相关技术要求，建立智能变电站设备顺控操作数据库表，描述设备状态条件的相关信息与数值，数据库表结构如表1所示。
表1 智能变电站设备顺控操作数据库表
根据系统运行的需求，对设备状态数据、顺控操作任务、项目数据进行存储，为智能变电站设备顺控操作数据的安全存储提供保障。
为了证明设计系统的有效性，进行系统测试，主要测试系统的性能与安全性。性能测试采用模拟请求的方式，对顺控操作系统的请求处理能力进行综合测试；
安全性测试是对系统运行过程中的操作权限、数据存储及运行安全等级进行测试。设置测试用户数量，在多个用户请求同时发起的情况下，利用脚本模拟的方式，模拟用户向顺控操作系统发起请求，实现在系统中创建用户登录站点、变电站设备运行及维修记录等功能；
接下来，采用白盒测试的方式，测试系统的安全性能，测试内容与结果如表2所示。
如表2所示，通过白盒测试的方式，完成顺控操作系统安全性能的测试。再在系统客户端主机中设置100个虚拟测试节点，每个测试节点同时含有5个虚拟用户进行并发执行操作，模拟虚拟用户并发的压力环境，通过加压测试的方式，分时段测试系统的性能。为了使测试结果更具有说服性，实验采用对比分析的实验方式，将文章设计的系统与传统的变电站设备操作系统[8]进行对比，对比两个系统的响应时间，结果如表3所示。
表2 顺控操作系统安全性能测试用例
根据表3的对比结果可知，文章设计的系统在各个测试时段内的最大响应时间与平均响应时间均小于传统系统，表明系统运行速度较快，能够在短时间内对大量虚拟用户的请求作出响应，系统具有较高的可行性。
表3 两个变电站设备操作系统的响应时间对比
为了解决变电站设备运行操作难度较大的问题，提高设备操作系统响应速度，高效管理变电站设备运行，文章在传统变电站设备操作系统的基础上，引入一键式顺控操作与智能化管理的理念，对系统的硬件与软件作出了相应的改进设计。显著提升了变电站设备操作系统的运行效率与响应速度，能够在较短时间内对用户的请求作出响应，可以为我国变电站的高效运行提供一定保障。
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