（电力系统及其自动化专业论文）变电站远程维护系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s t t a c t w t t ht h e p o w e rs y s t e m b e c o m e s l a r g e r t h a r te v e r s u b s t a t i o n s y s t e m ss h o ww i d ea f e a a1 0 t sm a i n t e n a n c es p o t sa n dm a n a g e m e n tm o d e is t r a n s i t f n gf r o mm a n n e dm o d et ou n m a n n e dm o d e t h e s ef a c t o r sp u t f o r w a r df e q u e s t st 0t h es u b s t a ti o ns y s t e mm a i n t e n a n c et e c h n 0 1 0 9 i e s a n d 巾a i n t e n a n c es y s t e m s s ot h e i m p o r t a n c eo fs a f e a n dr e l i a b l e d i a g n o s i sa n dm a in t e n a n c et e c h n o l o g i e siso b v i o u sw h i c he n s u r et h e s e c u r i t va n dr e l i a b i1it y0 fs u b s t a t i o n s y s t e m s i ti sr e m o t e m a in t e r a n c e b a s e do n n e t w o r k ，c o m m u n i c a t i o n ， c o m p u t e r a n d m u l t i m e d i at e c h n i q u et h a tp r o v i d e ss a f e ，r a p i da n dh i g he f f f c i e n c y f o rs u b s t a t i o ns y s t e m s i tiso u rp u r p o s et 0p r o v i d eas y s t e mt h a t c a 几r e a liz es u b s t a t i o nr e m o t em a i n t e n a r c es y s t e m ( s r m s ) e f f e c t iv e l y a n din t e 儿i g e n t l y t h em a i nc o n t e n t so ft h is p a p e ra r ef 0 1 l o w e d ： t h ea r c h i t e c t u r eo fs r m si se s t a b l is h e d i ti n c l u d e sw h o l e f r a m e w o r k ，l o g i cf r a m e w o r k ，f u n c t i o nf r a m e w o r k ，s y s t e mi n f o r m a t i o n m o d e ，s o f ta r c h i t e c t u f e 。n e t w o r ka r c h i t e c t u r ee t c t h ew h 0 1 e f r a m e w o r kn o to n l yt a k ei n t oa c c o u n ts u b s t a t i o ns y s t e md e v e l o p m e n t b u ta ls oisc o m p a t i b l ew i t hm a r n t e n a n c es y s t e m t h ea r c h i t e c t u r e o fs r m si s c o m p o s e d o ft w ol e v e ls ：l o c a ls u b s t a t i o n s y s t e m m a in t e f l a n c e ，r e m o t es u b s t a t i o ns y s t e mm a i n t e b a n c e i tc a 0r e a l i z e t f o n s f o r m e rs u b s t a t i o nr e m o t em a i n t e n a n c einw i d ea r e a t h isp a p e r d is c u s s e ss r m ss o f t w a r ea r c h i t e c t u r e a n da n a l y s e sc 1 i e n t s e r v e r m o d ea n db r o w s e s e r v e rm o d e s r m ss o f t w a r ea d o p t sc sa r c h i t e c t u r e t h e p a p e re x p o u n d sa t ma d v a n t a g e t h e k e yt e c h n 0 1 0 9 i e s o fs r m sa r er e s e a r c h e d t h e p a p e r s d is c u s s e sn o t t e c h n o l o g y0 f s e c u r l t y r e l o n ，t h e o r y ，f u n c t i o n ，t c pa n dn e t w o r kp r o g r a m m i n g t h er e m o t ec o n t f 0 1 t e c h n i q u e a n dr e s e a r c h e st h e a b i l i t y r e a l t i m eo fs r m s t h e s e c u r i t y0 f s r m s 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 jl 页 一_ _ 一 d e p e n d s o i l1 4 l p sv p nb a s e do ra t e ：t h er e l i a b i l i t ya n dr e a lt i m eo f s r ) 4 sa r ee r s u f e db yh e cc o d i n g ，c o n g e s t i o i l m e c h a n i s m ， a c k n o w2 e d g e m e i l ta n dr e s p o n s em e c h a n i s m ，v p v c i e t c s r m sisr e a l i z e d t h e m p l sv p n b a s e do ra t mo fs r m sis e s t a b l i s h e da n dt h es o f t w a r em o d eo fs r m si sd e s i g n e dw i t ht h eu m l t 0 0 1 w ed e v e l o pt h ep r o t o t y p i c a ls y s t e m ，i t i c l u d in gt h es y s t e m d e s i g n in g ，f u i l c t i o r l f e n l i z e d ，t h ee x p e r i m e r l t a t i o i lo ft h es y s t e m m a ir l t e r l e r c e ，a n dv a l id a t et h ed e s i g nt h i n k i n go fs e l 4 sf o rr e a l i z i n g s r m su n d e rt h ee n v i f o i l m e i l ta t ms p d i l e tf i h a l l y k e y w o r d ：s u b s t a t i o r a u t o m a t io f f ，r e m o t es y s t e m ，1 - e m o t em & ln t e n a i l e e m p l sv p n u m l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景 随着变电站自动化与信息化的发展，变电站从有人值班向无人值班、 无人值守过渡。为适应变电站管理模式的发展趋势，变电站自动化正在向 具有更多功能的综合自动化方向发展( 根据国际大电网会议w g 3 4 0 3 工作 组在研究变电站的数据流时的分析，变电站自动化需完成的功能大概有 6 3 种) 1 1 。实现这些功能的变电站自动化系统，由于系统复杂性的增加， 可靠性将降低。 其次，在变电站自动化系统中，各个子系统之间、系统和i e d 设备 之间的通信网络是整个系统的关键环节之一，而现有变电站系统没有这方 面的维护功能，无人值守变电站一旦发生通信故障，无法及时准确找出故 障原因并加以排除。 第三，随着我国西电东送和区域电网的全国联网，电力系统跨区域， 跨厂、网的情况将会出现，变电站将呈现宽地域、多维护点分布，这些 分布特点对变电站的维护技术和维护机制提出了更高的要求。 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，工作安排和协调程序繁琐。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，调度中心往往就无法判断具体的故障 原因整个系统都有可能是故障根源。如果采用现行的维护体制，将会贻 误故障处理的时间，甚至会威胁到电网的安全运行。 随着近年来电力通信网的迅速发展，智能化水平不断提高，功能同益 强大，电力通信网的业务已扩展到高速、数字化、大容量的用户业务。电 力通信网的结构也已从单一服务于调度中心的简单星形方式发展到今天 多中心的网状网络，以保证日益增长的电力信息传输需求。同时，综合计 算机技术、网络技术和计算机通信技术等先进信息技术的远程维护技术也 得到了飞速发展。基于变电站远程维护需求的驱动和相关技术的发展作为 保障，应用基于电力通信网的远程维护技术，实现变电站远程维护系统， 解决变电站系统由于复杂性、可靠性、广域分布等带来的维护问题，实现 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 维护的安全、高效和快捷成为可能。 1 。2 远程维护技术综述 1 2 1 远程维护技术优势 远程维护技术已在许多行业得到了应用，它的优点主要表现在【3 1 ： 1 技术先进。远程维护技术是网络技术、计算机技术、通信技术和自动 化技术等技术的综合。基于网络的远程维护系统通过被控端系统和应 用程序提供的接口，在获得访问授权的情况下，理论上都可通过远程 操作被控端来实现维护功能。 2信息集中。可以实现对若干系统或系统局部进行分散集中式控制、维 护与管理，使维护与管理决策科学化，从而获得较高的经济效益和维 护效率。 3 资源共享。远程维护系统不仅可以和监控系统等相关系统集成，而且 在整个集成系统范围内实现资源共享，提高系统的利用率，减少数据 采集和监控方面的投资。 4 提高效益。可以提高维护效率和所维护系统的平均无故障运行时间 ( m t b f ) ，提高系统的可靠性，降低系统的维护费用。 基于电力数据网的远程维护系统更显示出优越性： 1 所维护的系统可以通过电力数据网和远程维护的局域网相连，实现整 个网络的资源共享，而且电力数据网己可以做到安全性、可靠性、实 时性。 2 电力数据网络( s p d n e t ) 是面向全电力系统的公共数据网络，通过它可 以实现在授权的隋况下，共享被维护系统的所有数据。 3 基于电力数据网的远程维护系统，在一定程度上可以缓解专业维护人 员不足所造成的故障不能解决或故障拖延解决等问题。 简言之，基于电力数据网远程维护系统的优势就是：效率 ( e f f l c i e n c y ) 、效益( b e n e f i t ) 和广域维护( w i d ea r e a m a in t e n a n c e ) 。 1 2 2 国内外研究现状 远程维护技术的发展首先是从远程协作诊断技术开始的。1 9 8 8 年开 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 放式远程医疗系统的概念在美国被提出。远程医疗系统以计算机和网络通 信为基础，实现对医学资料( 包括数据、文本、影像资料) 的多媒体特性 和远距离会诊视频和音频信息的传输、存储、查询比较以及显示。远程维 护系统随之丌始在金融、电信、制造、石油、核电等领域得到迅速发展和 应用，各种应用于远程维护的软硬件得到开发，远程维护的信息交换格式 和标准被制定。 1 9 9 7 年1 0 月，在麻省理工学院建成了以集成电路制造设备a m e 5 0 0 0 为对象的远程监视、珍断平台。一些国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n e r y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t e ma l l i a f l c e ) 、c o m a d e m ( c o n d i t i o n m o n i t o r i n ga n de n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t ) 等进行了技术推广并制定了 一些信息交换格式和标准。随后，许多大公司也开始在这方面进行研发， 代表产品有：美国s c h w e i t z e re n g i n e e r in gl a b o - r a t o r i e s 的s e l 2 0 2 0 通信控制器和c y b e c t e c 公司的s m p 网关，两者都提供了对各类智能电子 设备( i e d ) 的无缝集成，响应远程用户的各种维护请求：s y m a n t e c 公司基 于c l ie n t s e r v e r 结构的p c a n y w h e r e 和e x p e r t c i t y 公司基于w e b 结构的 g o t o m y p c 远程控制软件，为用户了提供远程计算机的管理和维护功能 o j 。 国内，清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学等都先后推出了以 制造装备和大型设备为对象的诊断维护系统，并在工程实践中得到充分的 肯定和重视。 在电力系统领域，一些专家提出了采用远程维护技术解决变电站的维 护问题，目前主要有两种方案：r t u 远程维护系统方案和变电站远程维护 系统方案。 r t u 远程维护系统利用p s t n 与厂站r t u 连接，通过远程异步拨号连网， 实现远程维护主站对厂站r t u 的远程维护。许继电气公司四方分公司、华 中电力通信调度局等企业对r t u 远程维护系统进行了可行性和关键技术 研究，以及系统的软硬件开发和应用。该维护系统的使用，可以解决日常 工作中r t u 的绝大部分问题，而且技术相对简单8 】。但是这种方案存在 下面的不足：一是维护对象单一，二是维护功能少，只能对r t u 进行维护， 不能满足由于变电站系统发展带来的复杂性、可靠性、广域分布等带来的 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 维护问题。 2 0 0 2 年，华中科技大学提出基于分布式对象技术的变电站远程维护系 统方案，系统以变电站的二次设备和站控层主机为维护对象，充分利用网 络技术和计算机技术，为远程维护的用户提供丰富的维护信息和强大的维 护功能，解决了变电站系统由于复杂性、可靠性、广域分布等带来的维护 问题。这是个基于c o r b a 、a g e n t 和w e b 技术的变电站远程维护系统建 模方案，改设计方案综合考虑了远程维护系统的开放性、实用性、安全性 等多方面因素，为变电站远程维护系统的开发提供了一个设计模板”1 。 由于该方案只是一个理论性的设计方案，因此存在以下不足： 1 该方案只建立了变电站远程维护系统的网络结构，没有建立完整的变 电站远程维护系统体系，也没有实现变电站远程维护系统，无法验证 系统是否满足变电站的维护需求。 2 g o r b a 和a g e n t 技术在变电站远程维护中还没有应用实例，该技术是 否适合变电站远程维护系统体系，是否满足系统设计思想还需要研究 和验证。 基于上述分析，论文的研究工作定位在变电站远程维护系统的技术研 究与系统实现，建立变电站远程维护系统的体系结构、功能结构，软件结 构和网络结构，研究变电站远程维护技术，实现一个原型系统，为变电站 远程维护系统的实现和应用推广作些前瞻性的工作。 1 3 研究的意义 目前在我国，电力系统经多年建设有了长足发展，其覆盖面广且十分 发达，同时，远程维护技术发展迅速，在电力系统方面的应用也越来越多， 这些部为变电站远程维护系统的实现奠定了坚实的技术和物质基础。本论 文以变电站系统的快速维护和可靠保障为目标，进行了基于a t m 电力数据 网的变电站远程维护系统研究和原型开发。 论文的研究意义主要表现在以下四个方面： i 在充分利用变电站远程监控资源的基础上，建立了变电站远程维护系 统体系。该系统的体系结构、软件结构与现有系统兼容，为实现维护 的有效性、敏捷性和经济性提供了结构平台。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 通过变电站远程维护的原型系统试验，验证了系统的设计思想，为今 后的开发应用提供了思路和启发。 3 变电站远程维护原型系统实现了在授权下更大范围内的资源共享，实 现了与变电站其他子系统的有效集成。 4 变电站远程维护原型系统实现了变电站系统或系统局部的分散集中式 管理与维护，使管理与维护决策科学化。 “为了给用户提供更好的解决方案，必须创新产品服务系统维护 是非常重要的实践环节。”【9 】相信随着变电站远程维护系统的发展和日趋 成熟，将会为用户提供更好的服务。 1 4 研究内容 论文主要进行了以下几个方面的研究： 1 建立了变电站远程维护系统体系，包括系统总体框架、系统逻辑结构、 系统功能结构、系统信息模型、系统软件的体系结构和系统网络； 2 深入研究了变电站远程维护技术，如远程控制技术，网络编程技术， 系统的通信协议，系统的安全性、可靠性和实时性技术： 3 实现了变电站远程维护系统，包括系统的m p l sv p n 网络，系统软件模型，变 电站远程维护原型系统的设计和实现，原型系统的试验和实用性分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章变电站远程维护系统体系研究 根据对变电站维护需求的分析，同时综合考虑我国变电站维护工作的 现状和发展趋势在参考国内外各方面先进诊断、维护应用的基础上，充 分利用远程维护技术设计和建立变电站远程维护系统体系u o - 1 5 ) 。 2 1 系统的设计原则 变电站远程维护系统的设计应遵循以下原则： 1 远程维护的安全、高效和快捷。即以有效性、敏捷性、经济型为目标。 推动变电站维护的自动化和信息化。 2 既有系统与远程维护系统的协调性、兼容性、有效性。对于已有变电 站系统，在尽可能降低成本、保证系统性能的前提下，充分利用已有 的资源为变电站远程维护系统服务。 3 网络流量的控制。随着电力系统的发展，各类占用网络带宽资源的应 用己在电力数据网大量出现。如何既能保证网络具有可靠的q o s ，又 能有效地减小网络流量，是所有分布式鼹络应用都面临的一个难题。 为此，必须遵循这样的原则：就地实现的功能一定不依赖于网络。 4 系统的可靠性。系统的可靠性决定了维护的完整和可靠，因此，可靠 性设计是设计的远程维护系统的重点。系统的可靠性由两方面保证： 一是在网络方面，该变电站远程维护系统和远动系统共用一个物理传 输网络：二是在通信协议方面，系统的网络通信采用能实现可靠数据 传输的通信协议。 5 系统的安全性，安全性对变电沾系统至关重要，虽然各种安全技术层 出不穷，但是黑客技术也在不断同步发展，如何建立一个相对安全的 系统，对整个电网的安全运行都有着不可忽视的重要意义。 6 以网络建设为支撑。建立以先进信息技术为核心的信息基础环境，如 网络系统、安全机制和可靠性机制等以支撑远程维护系统的运行。 7 支持已有的网络基础结构。变电站远程维护系统作为远动系统的功能 扩展，支持已有的远动系统的网络基础结构，支持既有的操作平台 支持远动系统的溺络环境和连接方式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 以上实现原则同时也是变电站远程维护系统的设计重点和难点设计 的每一步都应在综合考虑上述因素的条件下进行。 2 2 系统的总体框架 2 2 1 系统的总体结构 针对变电站发展带来的问题，变电站远程维护系统应充分发挥现有变 电站远程监控资源优势，在此基础上利用信息技术建立合理的系统体系结 构，既与现有系统兼容、协调，又实现维护的有效性、敏捷性和经济性。 因此，变电站远程维护系统( s 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 m s r m s ) 和远动系统共用电力数据网，远动系统为s r m s 提供丰富的远动信 息，远程维护系统可以看作是远动系统的功能扩展。图2 1 所示的结构 f 是考虑了上述情况，并以信息技术为纽带，将广域分布的变电站系统有 机地连为一体，形成资源共享、相互协作、相互支持的变电站远程维护系 统胁” 。 图2 一l 远程维护系统的总体方案 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 按以上体系结构设计的变电站远程维护系统主要有以下特点： 1 维护体制。既结合了现行的变电站维护体制的主要层次，又符合以电 力数据网为平台的网络化的变电站管理模式和远程维护体制。 2 广域系统。广域分布是远程系统的基本特征，建立远程系统的目的就 是为地理上分布广泛的变电站提供有效的远程维护支持。 3 组织结构。远程维护系统由变电站维护人员、维护服务器和远程维护 中心组成与无人值守变电站的分层管理、分级控制的体制是一致的。 4 实现功能。维护服务中心的功能主要是维护数据分析、专家会诊、系 统软故障的远程维护等；现场维护人员的主要任务就是与远程维护中 心通过信息交互，快速、有效地对变电站系统的硬件进行维修或更换。 2 2 2 系统的逻辑结构 图2 一l 所示的系统的总体方案在物理结构上奠定了系统内的维护资 源共享、互相支持协作的基础。而系统逻辑结构的建立将使系统的维护资 源更加有机地结合起来，保证系统整个诊断、维护流程的顺畅运行。下面 将从知识管理、数据库管理、诊断维护三方面出发，建立一个知识资源共 享、系统诊断维护等信息交互的系统逻辑结构，增强系统的诊断维护能力， 具体结构如图2 2 所示。结构中主要组成部分介绍如下： 1 核心诊断资源：维护专家、知识库、维护历史数据库、系统状态信息 数据库、监控图像数据库。 2 接口层：与维护人员的接口、系统状态信息接口、维护服务信息输出 接口等。 3 ，支持环境层：a t m 网络、数据库。 知识库是远程维护的核心知识源，它包括维护知识库和故障诊断知识 库两个子库。维护知识库存放的是变电站整个自动化系统的设什、制造、 安装、调试等资料和数据；故障渗断知识库存储的是不断积累起来的诊断 维护知识，随着维护服务的不断增加，该知识库将为用户提供更加强大的 智能诊断服务能力。维护历史数据库中存放变电站系统的维护历史记录。 系统状态信息数据库存放的是确定的一段时间内被监控的设备或系统的 状态信息。监控图像数据库顾名思义就是为追溯异常、故障状态而保存在 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 数据库中的图像资料。 知识库 系统二状态数据厍监控图像数据库维护历史数据库 图2 - 2 远程维护系统逻辑结构 远程维护专家工作站的核心资源是维护专家、维护知识库、系统状态 信息数据库、监控图像数据库和维护历史数据库。这些数据库协同工作， 不但为专家的维护工作提供系统设计、制造、历史维护的经验和数据，而 且为专家提供系统异常、故障时的状态信息和图像信息。 现场维护人员通过接口层( 维护服务器提供) ，访问维护历史数据库、 系统状态信息数据库、监控图像数据库，并通过信息交互得到远程维护专 家的技术支持，使现场维护人员能够快速、高效的解决系统的硬件故障。 系统的几个重要的模块是：数据交换模块、系统状态信息模块、维护 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 模块、系统调度模块。图2 3 显示了变电站远程维护模块的逻辑关系。 图2 - 3 远程维护系统功能模块的逻辑关系 a ) 数据交换模块：变电站当地监控系统根据相应的规则，检查i e d 的运 行参数，对于符合事故或预警定义的状态则报警。系统通过数据交互 模块读耿故障、预警信息和维护所需的信息； b ) 系统状态信息模块：它通过远程操作定时扫描变电站的站控层主机系 统，获取被维护主机的系统和网络的配置和信息，以及应用程序、进 程和计算机性能的信息，亦可获取设备信息。这些为维护模块对站控 层主机的维护提供了可靠的信息； c ) 维护模块：根据数据交互模块和系统信息模块提供的预警和故障数据 和信息，通过程序下载，远程测试，远程操纵及系统配置等功能，对 系统的故障进行远程维护； d ) 系统调度模块：接受来自远程监控工作站的异常、报警信息，并提交 给维护、诊断中心的维护专家。维护专家访问数据库，获取所需的各 种信息并作出判断：如果是软故障，维护专家实施远程维护：如果是 硬件故障，通知现场维护人员进行排除，并通过维护信息交互，对现 场维护人员进行远程支持。另外，模块还负责远程维护系统使用的授 权，避免远程维护系统受到非法用户的使用。 系统调度模块是实现诊断与维护的核心模块之一，负责系统中信息调 度和模块的协同工作。系统调度模块的工作流程如图2 4 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 3 系统功能结构 图2 - 4 系统调度模块的工作流程 2 3 1 系统功能结构 根据系统的逻辑结构，对变电站维护系统的功能进行了设计，系统的 功能模型如图2 - 5 所示。 2 3 2 分系统功能 图2 5 变电站远程维护系统功能模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 1 系统管理功能结构( 图2 6 ) 安全管理：对系统的资源和系统的用户进行安全譬理，包括系统使恩 者的授权、口令保护、登录管理、注册管理等； 图2 - 6 系统管理功能模型 知以管理功能结构( 图2 - 7 ) 知识库建设：知识库为维护专家提供变电避系统设计、魁造、安装、 调试的资料数据和诊断维护的经验、知识，是实现智能诊断的基础； 知识获取、更新功能：获取复杂、特殊的异常或故障诊断维护时的新 经验、新知识，并更新知识库； 电子手册管理：不断利用新知识更新已有的电子手册。 图z 一7 知识管理功能结构 数据管理功能结构( 图2 - 8 ) 图2 - 8 数据管理功能结构 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 历史数据管理：建立系统维护历史数据库，该历史数据库中存储的是 系统维护的记录： 运行档案维护：对系统维护历史库中的面向变电站系统建立的运行档 案进行维护，它包括维修档案，设备硬件和部件更换档案等。 2 远程诊断功能结构( 远程诊断功能主要由维护专家通过对故障相关信 息的分析束完成，如图2 - 9 ) 信息分析及处理：对获取的维护所需信息进行分析，为接下来的诊断 提供可能出现故障的特征信息； 诊断功能：利用维护中心的各种诊断手段对系统故障、预警状态进行 诊断，得出系统当前可能出现的故障或故障区域，提出诊断维护策略； 运行趋势分析：根据当前系统信息，判断今后系统运行可能出现的问 题，为系统的维护提供有效的使用及维护指导。 图2 - 9 远程诊断功能结构 3 远程维护功能结构( 图2 1 0 ) 图2 1 0 远程维护功能结构 软故障维护：如果渗断故障是软故障，就通过远程操作进行系统的远 程维护； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 远程技术支持：如果诊断故障是硬件故障，就通知现场维护人员进行 硬件维护。维护专家通过音频、视频等信息交互手段实现远程技术支持： 维护实例管理：对成功的维护实例，包括故障原因、状态、维护方法 及相关的技术支持等存入知识数据库。 4 现场维护技术支持：现场维护人员通过音频、视频等信息交互手段得 到维护专家远程技术支持。 2 4 系统信息模型 变电站远程维护系统的信息模型如图2 一1 1 o 女镕- 一镕自* 自m * * ：* - _瞎m m m m 图2 - 1 1 系统的信息模型 系统信息模型反映了系统的主要功能之间的信息关系。系统通过有效 组织，调动系统内的诊断与维护资源为系统的维护提供支持。系统的资源 凋度、维护管理等为系统远程维护中心的主要功能。系统资源调度根据维 护请求，调度维护专家、信息交互、实时维护、远程技术支持、现场维护 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 5 页 等资源为变电站远程维护提供服务。数据管理功能将当前所有正在进行的 诊断维护活动信息写入维护历史数据库，成功的维护结果由知识管理功能 整理为新的知识，写入故障诊断知识子库。现场维护人员通过与维护专家 交流和查询数据库，完成变电站系统硬件维护工作。 2 5 系统的网络体系 在信息技术高速发展和应用目益广泛的今天，数据通信网络在所有的 网络应用中正发挥越来越重要的作用，变电站远程维护也不例外。变电站 远程维护系统要求网络必须具有数据传输高质量( q o s ) 、高可靠性 ( r e l i a b i l i t v ) 、高安全- 陛( s e c u r i t y ) 和实时性( r e a lt i m e ) ，而 a 硼( 异步传输模式) 网络全部满足这些条件。表2 一l 总结了a t m 和其它 组网技术的比较”9 1 。 a t m 与其它组网方式相比，具有如下技术优势 2 0 - 2 2 1 2 4 1 ： l 满足维护系统对突发性、实时性和多媒体业务的需要。由于a t m 采用 统计复用技术，可以动态分配带宽，对于具有突发性特点的数据业务 来说极为有利。同时，a t m 以固定长度的信元传送用户业务，又可以 保证对延时敏感的用户的需求。为满足多媒体业务网络中不同特点的 用户信息的要求，a t m 技术中规定了多种服务质量级别，并且有相应 的服务质量保证机制。 2 a t m 的服务质量保证提供数据传输的质量。每一个连接都有一系列参 数来标定所传输的数据，如：业务特性、业务类型、q o s 参数等，网 络一旦接收了用户请求，建立了连接，a t m 将保证该用户连接的q o s 。 3 a t m 保证了维护的大数据量传输。在a t m 网络中能够提供从2 m b i t s 到5 2 2 m b i t s 不同速率等级的多神物理接口，满足维护系统对不同带 宽的要求。 4 a t m 满足维护服务的要求。a t m 通过设置a a l 层，对业务类型进行划分， 通过a a l 层把不同电信业务转换成统一的a t m 标准，实现使用同一个网 络来承载多种应用业务的目的，使a t m 能够广泛适应维护业务的要求。 5 为i p 业务提供有效的技术传送平台。i p 业务将是未来最重要的网络 业务。利用a t m 作为i n t e r n e t 的骨干传输网可以克服传统i n t e r n e t 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 网络的种种局限。 功能 x 2 5 帧中继 a t m o s i 网络层链路层 链路层 时隙复用 x v c 复用 端口共享 协议敏感 突发业务 高吞吐量 面向连接 低中速低中速 中高速 传输速度 0 1 5 k 01 5 k 2 5 m 6 2 2 m b i t s 6 4 k b i t s 2 m b i t s 时延高低 很低 延时变化 支持可变不变 提供业务数据业务数据( 多业务)多业务、多媒体 低速数据高速数据、突发 高速数据、多媒 主要应用 终端用户业务、l a n 互连体、l a n 互连 传输介质模拟数字电路数字微波、光纤数字微波、光纤 表2 - 1 几种主要数据网技术对比 信息技术的发展对电力生产和管理产生了很大影响，文献面向2 1 世纪的国家电力数据网络u g 中也提出：a t m 网络是电力系统数据通信网 络的最佳选择。 据资料介绍，目前江苏，广东，河南等省已建成或正在建设省级的a t m 三级电力数据网( s p d n e t i i ) 。已建成的a t m 电力数据网采用光放大技 术、多协议标记交换( m p l s ) 技术、虚拟网( v p n ) 等组网技术，将省局、 市局、发电厂变电站连接起来，交换容量达到4 0 g b i t s ，核心节点间的带 宽为6 2 2 m b i t s ，骨干节点间的带宽为1 5 5 m b i t s ，连接发电厂变电站的信 西南交通大学硕士研完生学位论文 第”页 道带宽至! j ) 为e 1 e 2 4 l 【2 ”。 考虑到变电站维护要求和电力数据网的发展趋势，决定构建基于a t m 电力数据网的变电站远程维护系统。 2 6 系统软件的体系结构 信息技术的高速发展推动了应用程序体系结构不断更新，构建基于 t m 电力数据网的远程维护系统有两种选择。印基于c i i e n t s e r v e r ( 客 户机服务器) 结构的远程维护系统和基于b r o w s e s e r v e r ( 浏览器服务 器) 的远程维护系统。下面通过分析比较，选择合适系统软件的体系结构。 一、c i e n t s e r v e r 豹原理_ 移结扮 c l i e n t s e r v e r 结构是一种两层结构的系统。第一层在客户端结合了 表示与业务逻辑，即负责处理用户的输入与输出，并完成事务的逻辑处理； 第二层通过网络结合了数据库服务器或服务程序。服务器与客户端之间通 过消息传递机制进行对话，客户端发出请求给服务器，服务器进行相应的 处理后经传递机制送回客户。其结构如图2 一1 2 所示。 图2 - 1 2c l i e n t s e r v e r 结构示意圈 在典型的c s 结构中，程序被分为两部分，分别运行于客户端 ( c t ie n tj 和服务器端 m s e r v e r s o c k = s o c k e t ( p f i n e t ，s o c k s t r e a m ，0 ) ： m p d o c 一 m s o c k s e r v e r a d d r s i n f a m i i y = a f i n e t ： m p d o c 一 【1 1 一s o c k s e r v e r a d d r s i n p o r t ：h t o n s ( m p d o c 一 m s e r v e r p o r t ) n 1 p d o c 一 m s o c k s e r v e r a d d r s i na d d r sa d d r ：h t o n l ( i n a d d ra n y ) ： bin d ( m p d o c 一 m s e r v e r s o c k ，( l p s o c k a d d r ) m p d o c 一 m s o c k s e r v e r a dc 初始化套接字 v o i di n i t s o c k ( ) ： 接受连接 b o o la c c e c p t c lie n t o a t a ( ) ： 接收c i i e n t 端发送的消息数据，进行消息处理 b o o lg e t m e s s a g e d a t a0 ： 由c l i e n t 端获得鼠标位置 p o i n tg e t m o u s e p o s0 ： 设置光标位置 s e t c u r s o r p o s ( p o i n tp o i n t ) ： 鼠标移动事件函数，实现对鼠标的控制 v o i d m o u s e e v e n t ( d w o r dd w f l a g s ，d w o r d d x ，d w o r dd y ，d w o r d 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 8 贡 d w d a t a ，d w o r dd w e x t r e i n f o ) ： 获得s e r v e r 端屏幕图形 h b i t m a p6 e t s e r v e r b i t ( d w o r db i t w i d t h ，d w o r d b i t h e i g h t ) ： 发送s e r v e r 端屏幕到c l i e n t 端主机 v o id s e n d d e s k t o p t o c l ie n t0 ： 实现s e y y e r 端屏幕在c 1 ie n t 端主机桌面上显示 二、基于现有低带宽远动通道的远程维护功能 维护系统是基于a t m 网络的，但是考虑到现有低带宽远动通道的需 要，所以也实现了基于现有远动通道的基本辅助功能。这些功能主要包括： 文件传输，远程技术支持，诊断手册的使用咀及其他的远程维护功能。 远樱维护专家丁作站 图4 1 0 现有通道下的远程维护编程原理 维护服务器端 图4 - 1l 现有通道下的变电站远程维护客户端流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 9 页 系统客户端 图4 一1 2 现有通道下的变电站远程维护服务器端流程 下匾所有涉及到远程网络命令或信息传输的功能，都是通过s o c k e t 套接字与远端连接，接收和发送操作命令或信息，然后远端采用异步选择 机制从s o c k e t 读取信息，如果在维护服务器端，则执行远程操作：如果 在远程维护专家工作站，则显示在工作站的屏幕上。维护操作的编程原理 和工作流程如图4 1 0 、4 一l l 和图4 12 所示。 1 文件传输 文件传输是变电站远程维护系统的重要功能，专家可利用这项功能获 取变电站系统的故障及其相关的信息，比如下载变电站的系统状态信息数 据库文件来获取变电站系统状态信息。原型系统采用f t p 来实现文件传输 功能，下面就是文件传输的编程实现： 创建一个c i n t e r n e t s e s s l o n 对象 m p i n t e r n e ts e s s i o n c i n t e r n e t s e s s io i l ( a f x g e t a p p n a e ( ) ，l ， i n t e r n e t o p e n t y p e p r e c o n f i g ) ： 调用g e t f t p c o n n e t i o f t 创建c f t p c o n n e c t i o n 对象 m p f t p c o n n e c t i n p i n t e r n e t - g e t f t p c o n n e t i o n ( 1 1 、一h o s t m ，1 1 1 一u s e ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 0 页 m p a s s w o r d j ： 如果创建成功，连接到f t p 服务器( 安装在维护服务器) ，然后调用 g e t f i l e 0 函数和p u t f i l e 0 等函数就可以实现文件传输。 2 远程技术支持 提供远程技术支持也是远程维护专家工作站的重要功能，专家利用这 个功能为现场维护人员提供技术支持。由于是原型系统，采用最简单的文 字交流方式。下面是文字交流的程序实现： a 文字交流客户端程序的编程实现 采用流套接字，获取s o c k e t 句柄 m c s o c k e t = s o c k e t ( i n i n e t ，s o c k s t r e a m ，0 ) ； 初始化套接字 w 3 i di n i t s o c k0 ： 获取对话窗口的文字 g e t d l g i t e m ( i d c c l i e n t ) 一 g e t w i n d o w s t e x t ( w r i t e t x t ) ； 进行连接； i n tn c o n n e c t 。c o n n e c t ( mc s o c k e t ，( l p s o c k a d d r ) & s o c k a d d r ， s i z e o f ( s o c k a d d r ) ) ； 发送对话窗口文字 o n s o c k e t s e n d ( ) ： 进行异步选择，获取网络事件f dr e a d ，然后发送读数据消息到应 用程序 i n ti e r r o r c o d e 2 w s a a s y n c s e l e c t ( m c s o c k e t ，m _ h w n d ， w m s o c k e t r e a d ，f d r e a d ) ； o n s o c k e t s e n d ( ) ； 为实现全双工通信，必须要有接收数据操作： o n s o c k e t r e a d ( w p a r a mw p a r a m ，l p a r a mi p a r a m ) ； 显示远方发来的文字信