基于重構模式的智能變電站二次設備規(guī)劃與設計

基于重構模式的智能變電站二次設備規(guī)劃與設計

0能變電站二次系統(tǒng)與二次設備的重構需求隨著智能設備的推廣應用和分布式能源的引入，智能區(qū)塊必須具備自動適應多變操作模式的能力，以滿足越來越多的智能網絡二次功能的需求，及時發(fā)現(xiàn)和消除系統(tǒng)存在的隱藏誤差，確保網絡系統(tǒng)、經濟、合理運行。目前智能變電站二次系統(tǒng)存在著信息冗余采集、功能分散、集成度低、維護工作量大等問題,各種二次設備實現(xiàn)的功能之間存在著重疊,既造成有限二次資源的浪費,增加了變電站的建設成本,又給智能變電站的日常運行維護增加了工作量。另外,由于網絡技術的引入,智能變電站二次系統(tǒng)所面對的應用對象不再單一,各種二次設備的壽命周期互有差異,因此,在設備運行過程中由于網絡原因或設備自身缺陷所造成的故障風險增加［２］。智能變電站二次系統(tǒng)研究大多關注在對二次設備就地化、數(shù)據(jù)采集整理和交互、監(jiān)控一體化、集成調試以及一些高級應用的實現(xiàn)等方面,對二次系統(tǒng)及二次設備自身的可靠性、自適應性以及自愈能力的關注較少,二次系統(tǒng)的功能集成和分配停留在僅針對單個設備或間隔的功能配置,尚未形成對二次系統(tǒng)整體功能的集成、配置與優(yōu)化。為了解決上述問題,智能變電站二次系統(tǒng)需要一種靈活的實現(xiàn)方式,可按系統(tǒng)需求對二次功能進行動態(tài)配置和調控。而現(xiàn)有的智能變電站二次系統(tǒng)結構屬于一種剛性結構,系統(tǒng)配置的設備、設備所能夠完成的功能以及系統(tǒng)網絡結構均為預先設置,適應系統(tǒng)功能需求改變的能力較弱,系統(tǒng)自適應性差。重構技術是一種改變系統(tǒng)內部結構而不改變其外觀行為的技術。重構技術在二次系統(tǒng)的應用為柔化二次系統(tǒng)結構提供了一種實現(xiàn)手段,從而使其能在正常運行的狀態(tài)下實現(xiàn)功能及其分布的實時調控,優(yōu)化站內二次資源配置,規(guī)避網絡和設備運行的安全風險,降低站內網絡和設備的設計維護成本,提高二次系統(tǒng)的自適應能力和自愈能力。本文將現(xiàn)有的重構技術研究成果引入智能變電站二次系統(tǒng)的設計中,分析了動態(tài)重構技術在智能變電站二次系統(tǒng)中的可用性及優(yōu)越性;提出了一種可重構二次設備的設計實現(xiàn)思路,并對其可行性進行了探討;分析了二次系統(tǒng)的重構需求,并在此基礎上對系統(tǒng)重構的重構內容、重構方式以及重構判據(jù)進行了初步探討;最后,分析了實現(xiàn)智能變電站動態(tài)重構的難點和關鍵點,并指出了需繼續(xù)深入研究的問題。1智能能源矩陣的動態(tài)重建1.1動態(tài)重構技術重構早期作為一種計算機軟件技術,用于標識設計流程和修改代碼內部結構。隨著時間的推移,重構技術已從一種單純的軟件技術發(fā)展成為一種系統(tǒng)思想,重構的目的在于不改變現(xiàn)有系統(tǒng)功能的情況下,改變系統(tǒng)的實現(xiàn)方式以滿足用戶需求的變化,這種變化既可以是系統(tǒng)某些性能的提高,也可以是系統(tǒng)現(xiàn)有功能配置的改變與增減。目前動態(tài)重構主要采用的實現(xiàn)手段包括軟件重構、硬件重構以及軟硬件的協(xié)同設計等［４］。軟件重構屬于軟件工程研究領域范疇,與其相關的諸如重構方法、重構時機、重構模型以及重構軟件測試評估等各個方面都已得到了充分發(fā)展。硬件重構技術大多基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn),由于FPGA在一定的可重構控制模塊的驅動下可實時實現(xiàn)系統(tǒng)內的全部或部分資源的高速功能變換和分時復用,在提高系統(tǒng)硬件靈活性的同時又降低了系統(tǒng)成本,因此,在近年來逐漸成為動態(tài)重構研究領域的熱點［５］。系統(tǒng)軟硬件的協(xié)同設計技術指的是如何根據(jù)所需設計系統(tǒng)的性能、功耗、成本等因素合理劃分系統(tǒng)的軟硬件功能,并行開展設計,從而達到縮短開發(fā)周期、提高開發(fā)效率的效果。動態(tài)重構既可以采用軟件實現(xiàn),也可以通過硬件完成,二者各有所長,因此,如何協(xié)調控制可重構系統(tǒng)中的軟件重構和硬件重構,找到軟硬件的最佳結合點,是目前動態(tài)重構問題研究和實現(xiàn)的關鍵。1.2次設備實現(xiàn)方式對比動態(tài)重構的關鍵在于系統(tǒng)結構的柔性化,而對于智能變電站二次系統(tǒng)而言,系統(tǒng)結構柔性化的關鍵又在于系統(tǒng)內部功能的模塊化設計、靈活配置以及柔性通信網絡的設計?，F(xiàn)有的智能變電站二次設備大多由采集、計算、控制、通信以及輸入/輸出接口等功能模塊構成,雖然在不同的二次設備內部模塊的功能設計具有一定的差異性,但是在一定的粒度下同類功能模塊的實現(xiàn)方式仍然具有一定的共同特性。以計算模塊為例,目前交流量的計算在大多數(shù)二次設備中采用的是傅里葉算法,并且對于同一類設備而言計算模塊的實現(xiàn)方式也完全相同。如表1所示,在同種類型的二次設備中存在大量的通用模塊和半通用模塊,這些模塊可以在一定程度上進行復用。智能變電站動態(tài)重構的目的之一就是要實現(xiàn)二次系統(tǒng)內部功能的模塊化復用和靈活配置。要實現(xiàn)這一目標,必須打破設備之間的軟硬件壁壘,將系統(tǒng)的邏輯結構設計與物理結構設計分離,并統(tǒng)一配置相對獨立的功能模塊,將通用功能模塊公用化,提高系統(tǒng)資源的利用率。具備可靈活配置功能模塊的二次設備是實現(xiàn)智能變電站動態(tài)重構的基礎,在此基礎上方可談及動態(tài)重構的層次、方式、策略及可靠性、安全性等問題。智能變電站整體運行的安全可靠性一方面取決于功能模塊運行的安全可靠性,另一方面也受到站內通信網絡運行的可靠性、有效性和安全性的影響。通信網絡負荷過重、連接不完善、規(guī)約不統(tǒng)一等問題都會給二次系統(tǒng)帶來安全風險。因此,智能變電站動態(tài)重構的另一個重要內容是設計一個可重構的柔性通信網絡體系?？芍貥嬋嵝酝ㄐ啪W絡(簡稱柔性網絡)是網絡節(jié)點進行功能、性能或相應關系的調整,從而能夠滿足系統(tǒng)需求變化的一種可變的網絡系統(tǒng)。柔性網絡可重新建立通信網絡的網絡拓撲,動態(tài)分配網絡資源,依照系統(tǒng)需求調整網絡節(jié)點功能,支持通信協(xié)議的靈活配置,并且可以通過重構對系統(tǒng)進行維護和擴展,滿足用戶的個性化需求,在增強網絡功能的同時還降低了網絡的維護和升級成本［６］。柔性網絡可通過運行在網絡節(jié)點上的軟件分層逐級控制管理網絡資源,減少同種模塊功能在系統(tǒng)中的重疊處理,簡化二次通信網絡架構,既有利于快速應對網絡中的突發(fā)問題,防止問題擴大化,也有利于將復雜的重構技術分解實施,降低技術門檻,保證智能變電站二次系統(tǒng)整體動態(tài)重構的成功。1.3次系統(tǒng)設計及實現(xiàn)智能變電站的動態(tài)重構實現(xiàn)框架如圖2所示。根據(jù)1.2節(jié)所述,可將智能變電站動態(tài)重構體系分為基于功能模塊實現(xiàn)的設備重構和基于網絡實現(xiàn)的系統(tǒng)重構兩部分。1)基于功能模塊實現(xiàn)的設備重構的關注點在于過程層和間隔層二次設備的功能模塊實現(xiàn),包括各種二次功能在二次設備中的配置方式、數(shù)據(jù)交互方式、信息存儲方式、運行獨立性以及容錯設計等內容。這里的二次設備將不再是功能實現(xiàn)的主體,而是功能實現(xiàn)的載體,二次系統(tǒng)的設計將由針對設備設計轉向針對功能設計,二次設備成為二次系統(tǒng)中的節(jié)點設備,具備接受功能再分配的能力。2)基于網絡實現(xiàn)的系統(tǒng)重構的關注點在于智能變電站二次系統(tǒng)的整體運行狀態(tài),系統(tǒng)重構的實現(xiàn)基于柔性網絡和設備重構的配合。系統(tǒng)重構功能主要包括二次設備和網絡運行狀態(tài)的監(jiān)視、系統(tǒng)二次功能配置及運行效率評估、系統(tǒng)資源管理、二次節(jié)點設備在線備用、系統(tǒng)重構策略實現(xiàn),以及系統(tǒng)重構控制等。系統(tǒng)重構的關鍵點在于各種評估策略和重構策略能否正確通過可重構通信網絡傳輸并由重構設備正確、可靠、快速地實現(xiàn),使系統(tǒng)在正常運行時不受動態(tài)重構影響,而在異常狀態(tài)下能夠快速、有效、可靠地通過啟用動態(tài)重構策略,消除系統(tǒng)隱患和故障,保證系統(tǒng)實現(xiàn)基本功能以滿足最低安全運行的需要。2基于功能的設備重建2.1次設備設計中的問題現(xiàn)有的二次設備的設計如圖3所示?，F(xiàn)有設備多采用由主CPU和FPGA共同組成的多處理器系統(tǒng)作為硬件平臺,通過運行在硬件平臺上的操作系統(tǒng)管理硬件資源,并支持嵌入式軟件運行,完成系統(tǒng)的應用功能。嵌入式應用軟件采用模塊化的設計方式,通過基于優(yōu)先級的搶占式調度算法調度實現(xiàn)各個模塊功能的任務或進程。這種設計的優(yōu)勢在于充分發(fā)揮了軟件設計的靈活性和優(yōu)越性,開發(fā)成本比較低,在操作系統(tǒng)的支持下開發(fā)人員能夠很容易地實現(xiàn)各種應用功能,在一定程度上可以提高系統(tǒng)的集成度,保證系統(tǒng)的實時性、可靠性及穩(wěn)定性。但是,這種二次設備的設計方式將嵌入式軟件預先固化于硬件系統(tǒng)中,其功能模塊的集成高度依賴于操作系統(tǒng)的調度能力,而在實際運行中調度算法對同等優(yōu)先級的模塊時序性考慮較少,設備在其功能集成規(guī)模達到一定程度后很難保證其運行的可靠性與穩(wěn)定性,在某些情況下不得不采用多個此類多處理器系統(tǒng)以保證設備的運行效率與性能要求。軟件固化的另一個問題在于固化的同時對設備應用功能也進行了預置,單個設備所能實現(xiàn)的功能有限,給功能模塊統(tǒng)一靈活配置設置了障礙［７－８］。現(xiàn)有的軟件重構技術已經可以通過建立模塊信息表和模塊間依賴關系表來實現(xiàn)對功能模塊的動態(tài)加載、卸載、重載、替換以及自動加載［９］。FPGA在現(xiàn)有二次設備的設計中的主要用途是用來同步數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)的高速采集處理,而其在計算、邏輯、控制、通信編解碼以及存儲數(shù)據(jù)等方面所具有的優(yōu)勢并未被充分利用［１０－１３］。FPGA最大的特點就是靈活,可以定制實現(xiàn)各種應用功能模塊,具有將硬件設計軟件化的特性,這些都為可重構的二次設備的模塊化設計與靈活配置提供了有力支持。但目前FPGA的應用對于復雜系統(tǒng)來說尚缺乏有效的設計實現(xiàn)手段,從現(xiàn)有的技術來看,可將軟件重構設計中實現(xiàn)方法簡單、處理流程固定、重復利用率高的關鍵循環(huán)部分移植入FPGA中運行,從而減輕軟件重構的壓力。2.2次設備設計以實現(xiàn)智能變電站間隔層裝置基本功能為例,本文給出了一種設備重構的思路,其基本設計架構如圖4所示。系統(tǒng)的硬件架構仍采用主CPU+FPGA的設計模式,主CPU在操作系統(tǒng)中嵌入基于組件的模塊動態(tài)加載管理模塊,用以解析軟件代碼和管理上層應用軟件功能模塊。主CPU的應用軟件分為兩部分,一部分是固化在設備內部的軟件管理模塊,這部分模塊實現(xiàn)監(jiān)控模塊運行狀態(tài)、解析配置文件和重構指令、控制模塊重構流程等調度管理性質的功能;另一部分是可重構的功能模塊,由可動態(tài)加載的軟件代碼和采用硬件編程方式固化在FPGA中的處理單元共同實現(xiàn),主CPU與FPGA之間可交互信息,FPGA各處理單元向功能模塊發(fā)送處理結果,功能模塊軟件代碼接收處理結果并進行后續(xù)加工。主CPU接收來自處理單元的自檢信號(正?；蚍钦?,并和自身代碼運行時產生的自檢信息綜合分析實現(xiàn)設備內部的模塊監(jiān)控和重構啟動判別。正常運行時各功能模塊之間相互獨立,通過內部信號量或公共數(shù)據(jù)共享空間進行配合。主CPU判斷功能模塊運行異常時,容錯設計可根據(jù)功能模塊的故障類型、故障范圍以及故障級別,評估設備缺陷情況,選擇容錯機制,并在設備無法滿足所需系統(tǒng)最小功能時向上級系統(tǒng)發(fā)出設備失效告警信號,請求系統(tǒng)重構。可重構的二次設備的設計關鍵在于功能模塊中主CPU軟件模塊與FPGA硬件處理單元之間的協(xié)同設計、模塊運行狀態(tài)判斷以及功能模塊的動態(tài)加載和卸載。其中,功能模塊中軟硬件協(xié)同設計的好壞直接關系到二次設備運行的效率和可靠性。合理處理并優(yōu)化主CPU與FPGA之間的關系,有利于最大限度地發(fā)揮FPGA的技術優(yōu)勢,提高設備的資源利用率,增強功能實現(xiàn)的靈活性,滿足二次設備功能重構的需求。模塊運行狀態(tài)判斷由運行在主CPU中的軟件完成,其實現(xiàn)基于邏輯的判斷和延時決策,判斷結果為設備重構確定重構時機提供依據(jù)。功能模塊的動態(tài)加載和卸載是實現(xiàn)設備重構的基本內容,可重構的二次設備不僅應可通過自身判斷實現(xiàn)設備內部的功能重構,還應可以通過網絡接收來自系統(tǒng)的重構命令,按照系統(tǒng)的需求進行自身的功能重構。可重構設備的具體實現(xiàn)過程還存在大量的細節(jié)問題需要解決,如FPGA處理單元的設計方式、模塊代碼的加載與卸載方式、重構指令的解析方式、功能模塊配置文件數(shù)據(jù)的打包下載以及FPGA與主CPU之間的通信方式等,這些問題都需要進行進一步深入探討。2.3硬件或元件動態(tài)重構設備重構中需要解決的另一個比較重要的問題在于備用模塊的配置以及容錯設計。為實現(xiàn)設備內部自身容錯所設計的備用模塊,其配置情況應根據(jù)設備功能模塊的可靠性、是否是關鍵性設備等具體因素具體分析,以確定一臺設備備用模塊的配置數(shù)量和配置方式。設備重構的容錯設計是設備重構能否實現(xiàn)自愈性的關鍵。當前二次設備的絕大多數(shù)故障是由硬件或元器件故障導致,而硬件或元器件在發(fā)生故障后往往無法自動恢復,必須進行停機更換。因此,如何正確調度備用模塊對故障硬件或元器件進行動態(tài)重構是設備重構的容錯設計需要解決的重要內容。重構設備的容錯設計需要采用軟硬件協(xié)同配合,容錯設計流程圖如圖5所示。容錯設計可將軟硬件組成的功能模塊進行劃分,選取有效的硬件測試點和邏輯測試點,硬件測試點利用硬件本身所提供的片上資源構建邏輯測試電路將其測試結果信號發(fā)送給主CPU［１４］,并通過軟件判別功能模塊的運行是否正常。當功能模塊發(fā)生異常時,主CPU計算系統(tǒng)軟硬件資源,并對異常狀態(tài)進行評估,判斷采用以下哪種方式對異常模塊進行重構:1在原程序代碼段的基礎上調用備用硬件處理單元替換故障單元;2卸載異常功能模塊,啟動備用功能模塊;3判斷功能模塊的損壞程度以及功能模塊自身的關鍵性,向二次系統(tǒng)發(fā)出不同級別的告警信號,為進一步處理設備故障提供可靠依據(jù)。重構設備容錯設計的關鍵點也是難點在于設備容錯粒度的大小選擇、設備自動修復的時間性能、系統(tǒng)備用資源的可利用率判別、容錯資源耗費量以及容錯機制等方面的問題。這些問題都需要在實際設計中進行反復測試試驗,從中選擇最優(yōu)設計方案加以應用。2.4功能設置和應用可重構二次設備需要具有快速、準確、經濟的配置系統(tǒng)?？芍貥嫸卧O備的配置系統(tǒng)一般由外部程序存儲空間和配置文件組成。外部程序存儲空間用以存儲運行在設備上的功能模塊代碼,代碼可通過網絡下載,并由運行在操作系統(tǒng)中的功能模塊動態(tài)加載管理模塊調用執(zhí)行。配置文件在外部生成,通過與設備相連的網絡下載并存儲于設備內部,在設備修復故障功能模塊時可依據(jù)重構判別結果被修改。配置文件內容包括功能模塊信息表以及功能模塊關系表,系統(tǒng)可根據(jù)功能模塊信息表在外部程序存儲空間中找到所需加載的程序代碼,然后根據(jù)功能模塊關系表將其加載到指定位置。設備重構僅在兩種情況下啟動:其一是在系統(tǒng)需要對設備功能模塊進行重新分配時,由重構管理軟件平臺(簡稱軟件平臺)通過網絡向設備下載配置文件和軟件代碼,完成設備重構;其二是在主CPU判別出模塊異常時,由運行在主CPU內的判別程序判斷是否需要對故障模塊進行自動修復。前者的重構判據(jù)由系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)功能配置的需要生成;后者的重構判據(jù)由設備內部的容錯設計給出,在判斷故障對功能模塊的影響程度的基礎上給出是否需要重構的結論。在設備正常運行期間,功能模塊之間屬于弱耦合聯(lián)系,任一部分的故障不會干擾到其他模塊的正常運行。3基于網絡的系統(tǒng)重建3.1網絡架構的合理性及可靠性智能變電站二次系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)變電站的數(shù)據(jù)信號采集、傳輸和控制的實現(xiàn)模式,通信網絡直接參與了二次系統(tǒng)功能的實現(xiàn)并影響整個系統(tǒng)的可靠性。通信網絡在為數(shù)據(jù)信息交互帶來便利的同時也帶來了一定的安全隱患。網絡架構的合理性和可靠性是二次系統(tǒng)功能是否能夠全面有效實現(xiàn)的基礎,網絡負荷過重會增加數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)臅r延,極端情況甚至會發(fā)生網絡阻塞而造成整個系統(tǒng)癱瘓［１５］。為了避免這些極端狀況的產生,智能變電站二次系統(tǒng)不得不采用高性能的網絡交換機以及網絡監(jiān)視設備來監(jiān)控和管理通信網絡,不僅增加了變電站的建設成本,而且其設備本身的可用性與產品壽命也尚未得到實踐的充分檢驗,除此之外還增加了系統(tǒng)設計的復雜性?，F(xiàn)有二次系統(tǒng)的體系架構是預先固定的,當系統(tǒng)中的設備發(fā)生不可自動修復的故障或系統(tǒng)需要擴容時,只能依靠人工更換故障設備或進行系統(tǒng)改造以滿足要求,在增加人力、物力投入的同時也延長了系統(tǒng)檢修恢復時間。3.2柔性網絡的運行狀況下,節(jié)點設備是智能變電站的資源針對3.1節(jié)所述問題,系統(tǒng)重構采用可重構的柔性網絡技術,以軟件平臺為支撐,合理分配系統(tǒng)資源,控制網絡數(shù)據(jù)流量;通過對可重構網絡和設備節(jié)點的監(jiān)視、評價和備份,全面監(jiān)控二次系統(tǒng),自動識別系統(tǒng)風險,快速恢復失效設備節(jié)點功能。系統(tǒng)重構的基本架構如圖6所示。系統(tǒng)重構由軟件平臺、柔性網絡以及運行在網絡節(jié)點設備上的管理模塊(簡稱節(jié)點設備管理模塊)共同實現(xiàn)。節(jié)點設備管理模塊采集狀態(tài)信息,并采用逐級上送的方式送入柔性網絡;軟件平臺通過軟硬件接口收集節(jié)點設備運行狀態(tài)并據(jù)此對系統(tǒng)運行狀況進行評估,決定是否進行重構操作;重構控制命令通過柔性網絡在節(jié)點設備上逐級下達,控制命令最終由節(jié)點設備管理模塊接收、解析并執(zhí)行,重構結果由節(jié)點設備管理模塊返回柔性網絡并最終由軟件平臺接收處理。軟件平臺運行在站控層,是可重構節(jié)點設備的管理者,也是啟動系統(tǒng)重構的控制者。軟件平臺監(jiān)視系統(tǒng)內所有網絡及設備的運行狀態(tài),管理系統(tǒng)資源,排除系統(tǒng)故障設備,控制系統(tǒng)重構節(jié)奏。軟件平臺既可運行在獨立的站控層管理機中,也可以模塊形式嵌入智能變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng),其設計時所選取的載體形式需要根據(jù)實際需要及其實現(xiàn)功能的復雜程度而定。節(jié)點設備即第2節(jié)所描述的可重構設備,節(jié)點設備是可以通過柔性網絡相互關聯(lián)的,每個節(jié)點設備都可接收來自其他節(jié)點設備的狀態(tài)信息。節(jié)點設備上的功能均單一配置,不設置主從備用形式,但可根據(jù)需要在網絡中配置一定數(shù)量的備用節(jié)點設備,用于在網絡內出現(xiàn)異常時被喚醒以代替異常節(jié)點實現(xiàn)其應用功能。柔性網絡作為系統(tǒng)重構實現(xiàn)的載體,其特點在于網絡本身所存在的弱點和風險可通過對網絡節(jié)點設備的調配解決或規(guī)避,而不再依賴于附加的監(jiān)測設備。系統(tǒng)重構通過改變節(jié)點設備的功能配置、節(jié)點設備之間的關聯(lián)方式以及啟用備用節(jié)點設備等手段來改變通信網絡的拓撲結構,從而保證二次系統(tǒng)通信網絡的安全可靠性。3.3資源狀態(tài)的記錄與評估作為系統(tǒng)重構的核心支撐,軟件平臺需要管理、感知全網的二次資源,發(fā)現(xiàn)網絡及其節(jié)點設備的運行異常并對其采取預防性處理措施,接收節(jié)點設備的重構請求并根據(jù)當前資源狀況統(tǒng)一調配系統(tǒng)資源,管理二次功能配置、組合及重構等。從資源管理角度,軟件平臺可將二次系統(tǒng)按照不同電壓等級或者不同間隔劃分成多個資源模塊,對于每個節(jié)點設備的軟硬件資源以及資源的配置、使用情況進行記錄和統(tǒng)計,并按照資源管理邏輯周期性地對模塊內資源的狀態(tài)信息進行收集、整理和評估,依照評估結果判斷資源利用的合理性,并做出是否需要進行設備或功能重構的結論［１６－１７］。從網絡控制角度,軟件平臺一方面將監(jiān)視網絡負荷流量,在發(fā)現(xiàn)網絡負荷過重的現(xiàn)象時通過改變節(jié)點設備上的功能配置,關閉或調整某些配置不恰當?shù)墓δ苣K來防止或消除網絡異常的發(fā)生;另一方面可通過柔性網絡控制系統(tǒng)中設備節(jié)點的啟動與退出,在收到節(jié)點設備發(fā)出的請求重構信號后,軟件平臺將退出故障設備節(jié)點并自動調整網絡拓撲,控制并消除故障設備節(jié)點對系統(tǒng)所帶來的影響。為了實現(xiàn)系統(tǒng)重構,軟件平臺上需要設置管理數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫保存著整個二次系統(tǒng)的功能模塊代碼、配置文件以及網絡拓撲結構圖,對如系統(tǒng)內設備個數(shù)、每個設備配置的功能、IEC61850配置文件等進行存儲并與設備和網絡同步。管理數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲結構設計是數(shù)據(jù)庫設計的一個關鍵問題,數(shù)據(jù)結構的設計需要在保證系統(tǒng)信息完整的情況下考慮其及時性、可用性、統(tǒng)一性和靈活性,數(shù)據(jù)庫所存信息必須能夠被設備節(jié)點準確識別并可在各設備節(jié)點之間進行傳遞。3.4系統(tǒng)重構過程控制軟件平臺在兩種情況下會啟動系統(tǒng)重構:其一是在接收到來自設備節(jié)點的請求重構信號后,軟件平臺自動認為節(jié)點設備失效并啟動系統(tǒng)重構;其二是在網絡長期存在告警信號,如網絡傳輸延時過長、網絡流量負荷過重以及通信中斷等狀態(tài)信號時,軟件平臺可根據(jù)告警信號的緊急程度、持續(xù)時間以及告警內容對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行評估,依據(jù)評估結果決定是否需要啟動系統(tǒng)重構。系統(tǒng)重構既可利用柔性網絡中的備用設備節(jié)點來實現(xiàn),也可通過動態(tài)配置或重載系統(tǒng)功能,改變網絡拓撲結構來實現(xiàn)。系統(tǒng)重構的過程和節(jié)奏由軟件平臺控制,節(jié)點設備管理模塊在軟件平臺的控制下協(xié)同完成系統(tǒng)重構,系統(tǒng)重構流程如圖7所示。節(jié)點設備管理模塊每完成一步操作,需向軟件平臺返回執(zhí)行狀態(tài)信號,軟件平臺根據(jù)返回狀態(tài)信號決定下一步的重構步驟。系統(tǒng)重構過程中需要考慮的因素眾多,既有時序性的重構問題,也有區(qū)域性的重構問題。諸如二次系統(tǒng)冗余資源的配置與管理、重構過程中網絡運行狀態(tài)的監(jiān)視及異常判別信息設置、軟件平臺與節(jié)點設備之間的信息交互、節(jié)點設備的接入和退出、異常節(jié)點設備配置信息的獲取與完整性判別、備用節(jié)點設備的啟動和接入、重構的連續(xù)性及異常終止告警信息處理、功能配置網絡拓撲結構合理性評估、系統(tǒng)重構過程控制以及重構過程中正常數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù)的判別等問題。系統(tǒng)重構的原則在于:1二次系統(tǒng)正常運行時不啟動重構;2不可因重構而影響系統(tǒng)其他二次功能的運行;3在重構未完成之前不可改變現(xiàn)有的二次系統(tǒng)功能分配與運行方式;4在系統(tǒng)故障且重構失敗的情況下,二次系統(tǒng)可以維持最低安全運行的需要。4智能變電站動態(tài)重構技術隨著智能變電站的發(fā)展,智能變電站二次系統(tǒng)應具有更大的靈活性和更高的可靠性,智能變電站動態(tài)重構為實現(xiàn)這一目標提供了必要的手段。但要實現(xiàn)真正的智能變電站動態(tài)重構,還存在許多需要解決的問題。1fpga內部流程電力系統(tǒng)尚未對基于FPGA的動態(tài)重構開展應用研究,因此,如何將FPGA內部的邏輯、計算及存儲資源合理利用,以滿足電力系統(tǒng)設備的需要,在設計時必然會有大量的細節(jié)問題需要探索和解決。2統(tǒng)一整體的設計單元無論是設備重構還是系統(tǒng)重構,都存在軟硬件協(xié)同設計的問題,軟硬件設計不再是兩個獨立的設計單元,而是相互關聯(lián)的統(tǒng)一整體。如何在發(fā)揮軟件管理優(yōu)勢的前提下提高硬件設計的靈活性,使之協(xié)調配合以達到提高系統(tǒng)整體性能的目的,是實現(xiàn)動態(tài)重構的關鍵點和難點。3實現(xiàn)設備節(jié)點與平臺數(shù)據(jù)互通智能變電站二次系統(tǒng)功能的配置過程中需要考慮的因素眾多,如:每個系統(tǒng)功能實現(xiàn)所耗費的資源、同一設備節(jié)點下功能模塊之間的接口與交互、配置文件的編寫與解析、功能模塊在設備節(jié)點的重構方式等。這些因素及因素之間存在的內在聯(lián)系不僅需要從理論上加以證明,更需要從實踐經驗中加以總結及提升。4資源模塊的反饋二次系統(tǒng)資源模塊的分層和分域能有效地控制由于二次系統(tǒng)規(guī)模擴大所帶來的重構復雜度和相關開銷的增加,而資源模塊向軟件平臺所反饋的信息是系統(tǒng)重