CN111562774B - 地铁线网电力scada的分布式并行控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法及***，包括以下步骤：建立主线程，主线程包括操作：A1：获取线网控制指令，A2：根据线网控制指令和线网供电逻辑，解析出线网控制指令涉及的N条线路，N为大于或等于1的自然数；A3：将线网控制指令编译为N条线路对应的N个线路控制指令；为N条线路建立一一对应的N个子线程，子线程包括操作：B1：根据线路控制指令和线路供电逻辑，将线路控制指令解析为设备控制序列，并执行设备控制序列；主线程控制N个子线程按顺序依次执行设备控制序列。本发明实现一种快速的、自动的、并行的控制方法，且能够适应各线路不同电力SCADA监控***平台。

Description

地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法及***

技术领域

本发明涉及轨道交通控制领域，具体涉及地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法及***。

背景技术

目前我国城市轨道交通建设加快，很多城市已经进入线网化运营阶段。原先早期建设的线路都是设置独占式主变电所，而现在出现了越来越多的共享主变电所，同时为两条甚至更多的线路提供电力供应。但电力SCADA***的建设模式仍是附属于某一条地铁线路，主变电所和正线变电所的控制权属于且只属于一条线路，从而导致在地铁线网中心无法实现全局的控制，也就没法进行应急响应和供电优化。具体的问题包括：

一、控制技术局限于线路控制***，应急响应能力受限

程控卡片只限于线路控制***有权使用，线网中心进行协调时只能通过调度电话下达指令，再由线路执行，遇到紧急事件时应急响应能力受限。

二、线路延长或新线接入后，线网供电逻辑变化较大，且影响现有***运行

共享主变电所的供电范围随着线路延长和新线接入而发生供电逻辑变化，此时需要对原控制程序进行修改和扩容，代码修改量大。且需要重复调试，对已运行线路有非常大的影响。

三、对于不同线路的接入困难

不同线路的电力设备厂家不同、监控***集成商不同，技术上存在差异、难以兼容，接入同一平台较困难。

目前程序控制技术存在以上不足，因此开发一种新的针对城市轨道交通线网中心的快速停电操作和送电操作的技术非常必要。

专利CN103513962A公开了一种基于小型机的电力SCADA并行控制方法，此专利对机型和操作***均有限制，且是采用程控卡片通过预先设置的执行序列，仅能对单条线路进行的并行控制。此专利未能解决线网中不同线路不同厂商***之间指令通用的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是地铁线网中不同线路、不同电力设备厂家、不同监控***集成商，线网没有统一的标准控制体系，使得线网应急响应能力差，特别是线路需要调整（比如线路延长、新线接入）时，直接对现有运行线网线路造成影响，目的在于提供地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法及***，解决地铁线网电力SCADA统一控制，提高线网应急响应能力的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，包括以下步骤：步骤A：建立主线程，所述主线程包括以下操作：A1：获取线网控制指令，A2：根据所述线网控制指令和线网供电逻辑，解析出所述线网控制指令涉及的N条线路，N为大于或等于1的自然数；A3：将所述线网控制指令编译为所述N条线路对应的N个线路控制指令；步骤B：为所述N条线路建立一一对应的N个子线程，所述子线程包括以下操作：B1：根据所述线路控制指令和线路供电逻辑，将所述线路控制指令解析为设备控制序列，并执行所述设备控制序列；所述主线程控制所述N个子线程按顺序依次执行所述设备控制序列。

本发明将地铁线网电力SCADA中线网及线网中所有线路的供电逻辑集中统一起来，当获取到线网控制命令时，根据线网的供电逻辑，解析出控制命令需要涉及到的所有线路，并将获取到的线网控制命令编译为统一通用的线路控制指令，能让不同厂家不同设备的电力SCADA***均能识别此线路控制指令。将此统一通用的线路控制指令再下发到涉及到的每条线路，在涉及到的每条线路建立各自的子线程。子线程再对收到的线路控制指令进行编译，根据当前线路的线路供电逻辑，编译为当前线路可以执行的设备控制序列。同时，子线程在主线程的控制下，按顺序执行设备控制序列，以确认线路间子线程不会冲突。

本发明通过对线网控制命令的两次编译操作，先将线网控制命令编译为线网中线路间的通用控制指令，不同设备不同厂间的电力SCADA均能识别和执行，然后线路接到通用控制指令后，再将此通用控制指令编译为当前线路可执行的设备控制序列。本发明实现了线网间不同线路的统一控制和统一操作。特别是有线路延长或新线接入的时候，使用本发明方法，不会影响线网中线路的正常运行。

进一步的，所述步骤A还包括，所述主线程为所述每个子线程创建状态字段和指令字段，所述状态字段包括运行状态字段、运行步骤字段和等待状态字段，所述指令字段用于所述主线程通知所述子线程。

进一步的，所述运行状态字段包括运行、挂起、完成和关闭；所述运行步骤字段用于表示所述设备控制序列执行的顺序；所述等待状态字段包括所述子线程的等待时间和等待状态。

进一步的，所述步骤B还包括，建立一个定时器和一个消息队列，所述定时器用于控制所述子线程的同步和计时，所述消息队列用于所述子线程之间通讯。

进一步的，第一子线程和第二子线程为所述N个子线程中任意两个子线程，当把所述第二子线程的状态字段作为所述第一子线程执行所述设备控制序列的前提条件时，将所述前提条件放入所述消息队列中等待反馈，所述第一子线程的运行状态字段设置为挂起，当所述消息队列中的前提条件被反馈成功后，则将所述前提条件移出所述消息队列，所述第一子线程的运行状态字段设置为运行，同时启动所述第一子线程。

进一步的，所述状态字段可被所述主线程或所述N个子线程所读取，所述状态字段由其对应的子线程进行维护，所述指令字段由所述主线程进行维护，所述指令字段为所述N个子线程执行所述设备控制序列的前提。

进一步的，当所述子线程的等待时间超过预设值时，所述主线程进行超时处理，所述超时处理包括放弃本次全部操作、放弃该线路操作和提交人工处理。

进一步的，所述线网供电逻辑包括接入线网的线路信息、线路的主变电所信息、线网正常供电状态和线网故障应急供电状态；所述线路供电逻辑包括线路的电力接线图、线路的主变电所设备信息、线路的联络开关设备信息、主变电所供电范围调整时设备的操作序列、线路供电范围调整时当前线路对其他线路设备操作的依赖关系。

进一步的，所述主变电所供电范围调整时设备的操作序列包括当前线路的供电范围调整和跨线路的供电范围调整；所述接入线网的线路信息包括：线路数量、线路走向和车站数量；所述线路的主变电所信息包括：主变电所数量、主变电所地理位置、主变电所额定功率、主变电所最大功率、主变电所正常供电范围和主变电所最大供电范围；所述线网正常供电状态，包括所有主变电所都正常运行时，各主变电所各自的供电范围；所述线网故障应急供电状态，包括任意组合的主变电所因故障退出运行后，其他主变电所调整的供电范围；所述线网故障应急供电状态还包括共享主变电所的供电范围调整。

本发明的另一种实现方式，地铁线网电力SCADA的分布式并行控制***，包括人机界面、后台服务、数据库、遥控中间件和多个节点中间件，每个节点中间件对应一条线路，所述后台服务连接所述人机界面、所述数据库和所述遥控中间件，所述遥控中间件连接所述多个节点中间件；

所述人机界面用于：显示线网和线路的运行状态，用于获取操作指令，并将所述操作指令传递给后台服务；

所述后台服务用于：接收和判断所述人机界面的操作指令，根据所述操作指令在所述数据库调取线网线路信息，将所述线网线路信息传递给所述人机界面进行显示，同时过滤掉对电力***造成安全隐患的操作指令；当所述操作指令涉及线路间调整和转换时，将所述涉及线路间调整和转换的操作指令定义为下达指令，将所述下达指令以及所述下达指令对应的线网线路供电逻辑传递给所述遥控中间件；

所述遥控中间件用于：接收所述后台服务传递过来的下达指令，根据所述下达指令以及所述下达指令对应的线网线路供电逻辑，将所述下达指令编译为一个或多个通用的线路控制口令，将所述线路控制口令传递给所述下达指令对应线路的节点中间件；

所述节点中间件用于：接收所述遥控中间件传递过来的线路控制口令，将所述线路控制口令编译成所述节点中间件对应线路的执行口令，并执行所述线路的执行口令；

所述数据库用于存储：线网线路信息、线网供电逻辑和线路供电逻辑，所述线网供电逻辑包括接入线网的线路信息、各线路的主变电所信息、线网正常供电状态和线网故障应急供电状态；所述线路供电逻辑包括线路的电力接线图、线路的主变电所设备信息、线路的联络开关设备信息、主变电所供电范围调整时设备的操作序列、线路供电范围调整时本线路对其他线路设备操作的依赖关系。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明是在地铁线网电力监控***中能够实现一种快速的、自动的、并行的控制方法，且能够适应各线路不同电力SCADA监控***平台。本发明对线路延伸和新线接入也能无缝适应，在扩容后只需修改数据库内容，而不需要对控制程序做修改。

2、由原来的线网通过调度电话通知线路调整供电范围，变为了线网直接通过***同时指挥相关线路进行供电范围调整操作，大大提升了应急响应能力，效果明显。

3、不需要对线路电力SCADA***监控平台进行修改，减少功能升级的风险。另外对***扩容和不同电力设备厂家和***集成商接入适应能力强，可在短时间内完成升级。***升级不需要修改控制程序，增加了程序的稳定性。

4、本发明通过在数据库中配置线网供电逻辑和线路供电逻辑，由***自动解析控制指令，并自动下发设备控制序列，进一步提高了地铁线网电力监控***的自动化、智能化水平。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例的方法示意图；

图2为实施例的***示意图；

图3为实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施1提出了地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法。该方法对以下三方面问题提出解决方法。

一）解决控制权受限于线路的问题

线路向线网开放安全指挥权限，由线网根据指挥指令生成线路控制指令序列，控制本线路的相关电力设备。且线路间可以并行执行指令，大大提升应急响应能力。

二）解决线路延长或新线接入后***扩容问题

针对线路延长或新线接入后，避免修改程序和***无缝扩容。控制部分采用通用控制代码，遥控点配置、闭锁逻辑配置、信息配置等采用关系型数据库存储。

三）解决跨平台兼容和不同厂家接入问题

为了适应不同监控平台，不同厂家接入问题，需要开发一种通用组件用于线路与线网间的接口接入。

本实施例是基于通用电力SCADA***监控平台，如图2所示。共分为三层结构，分别为接口中间件、后台服务和人机交互。各组件的作用和实现方式如下：

一、接口中间件

接口中间件的核心工作是线网控制指令的分析、分解、转译和通信。

接口中间件分为遥控中间件和节点中间件。遥控中间件负责分析线网的控制指令涉及到哪些线路，这些线路分别应该执行哪些操作；节点中间件负责线路***的接入，将涉及到本线路的控制指令转译为本线路的控制命令序列。如图1所示，以线网控制指令涉及到2条线路为例，具体操作方法如下：

1、遥控中间件是整个遥控过程的核心，根据线网电力***的逻辑结构，对不同的供电方式进行线路级的操作步骤分析和分解，然后采用多线程并行的方式向涉及到的线路下达通用的控制指令。

2、节点中间件包含指令转译和通讯驱动进程，包含了电力SCADA***常用通讯协议。指令转译将线网的通用控制指令转译为该线路***特定的控制指令序列；驱动负责线路SCADA***的接入和通讯。

遥控中间件具体设计如下

线网控制数据读取后，执行步骤如下：

（A1）后台服务发出执行需求，***建立控制执行主线程，该线程根据数据库内的线网供电逻辑、线路供电逻辑等数据，分析此次执行需求的通用控制逻辑、涉及到的线路及各线路的控制逻辑，为该次操作所涉及到的线路建立同数量的线路控制子线程，同时建立一个定时器子线程和一个消息队列。

定时器负责各控制子线程同步和计时，消息队列负责子线程之间通讯

（A2）控制执行主线程创建共享内存区，为每一个线路控制子线程分配三个状态字段和一个指令字段：

a.运行状态字段，分别为运行、挂起、完成、关闭；

b.运行步骤字段，即执行到控制序列的第几步；

c.等待状态字段，包括本子线程的等待时间和等待状态；

d.指令字段，由控制执行主线程通知子线程。

各线路控制子线程可以读取其他子线程的状态字段，但只能维护本子线程所分配到的状态字段；执行主线程可以读取所有子线程的状态字段。指令字段由执行主线程维护，作为各子线程的执行步骤的前提条件。

（A3）各线路控制子线程独立的与线路电力SCADA***通信，将分解到本线路的控制指令转译为本线路特定的控制序列，然后按步骤顺序执行该序列的电力遥控过程，并相应的维护本线程的状态字段。

（A4）实际的电力遥控过程由线路电力SCADA***执行，并向线网反馈每一步的执行状态。定时器子线程定时通知各线路控制子线程，由各子线程维护本身的等待状态字段，如果本子线程处于等待状态，且等待时间超过预设值，立即向执行主线程反馈，由执行主线程判断如何进行超时处理，包括放弃本次全部操作、放弃该线路操作、提交人工处理等。

（A5）一般而言，各线路控制子线程是独立运行的，但如果需要另一线路控制子线程的状态字段值作为其某一步骤的前提条件时。本子线程将当前条件要求放入消息队列中等待反馈，本子线程等待挂起。当消息队列中的前提条件被反馈成功后，则移出队列并用于唤醒挂起的子线程。

（A6）定时器子线程定时通知执行主线程，由主线程遍历各线路控制子线程的状态字段。当主线程监视到所有子线程均运行完成或被放弃操作后，结束此次执行。流程结束。

线路控制子线程发生故障，处理方式如下:

（B1）当某一子线程发生故障，即报告某一步骤操作失败时，本子线程维护运行状态字段，并暂停执行流程，等待执行主线程通知处理方式。

（B2）当某一子线程执行到某一步骤，且需要另一子线程的状态字段值作为前提条件时，如果作为前提条件的子线程因故障被放弃执行，则本子线程同样放弃执行，退出运行。

3、节点中间件和遥控中间件之间通过网络通讯方式交互，一般而言，遥控中间件运行于线网电力SCADA***主服务器上，节点中间件运行于线网与线路的接口服务器上。

二、后台服务

后台服务是整个方法的框架，后台服务是处理外部事件和用以数据库交互关键部件，后台服务运行于线网电力SCADA***主服务器上。

后台服务由几个部分组成：

1、人机前台消息相应，用于处理人机界面操作，如遥控执行、异常处理等。

2、人机前台消息反馈，用于反馈程序执行实时过程、最终结果等。

3、数据库交互，调用线网供电逻辑和线路供电逻辑等信息。

三、人机界面

人机界面只负责人机交互并发送消息给后台服务，因此此方法并不依赖线路特定的电力SCADA监控平台。

四、数据库结构

为了实现程序控制，并使方法能适应***无缝扩容和减少***扩容后程序的修改量。因此线网供电逻辑和线路供电逻辑的设计非常重要。原则上，线网供电逻辑不应依赖于特定的线路供电逻辑，线路供电逻辑则由线路的供电***提供。在线路延伸或新线接入后，只需要通过维护软件对数据库中线网供电逻辑和线路供电逻辑进行维护即可满足需求，避免了程序的重复调试和修改程序的工作。

线网供电逻辑(模式)包括：

1. 接入线网的线路信息，包括数量、走向、车站数量等；

2. 各线路的主变电所信息，包括数量、地理位置、额定功率、最大功率、正常供电范围、最大供电范围等；

3. 线网正常供电逻辑，即所有主变电所都正常运行时，各主变电所各自的供电范围；

4. 线网故障应急供电逻辑，即任意组合的主变电所因故障退出运行后，其他主变电所应调整的供电范围，主要涉及到共享主变电所的供电范围调整。

线路供电逻辑包括：

1. 线路的电力接线图；

2. 线路的主变电所设备信息；

3. 线路的联络开关设备信息；

4. 主变电所供电范围调整时，设备的操作序列，包括本线路的供电范围调整，以及跨线路的供电范围调整；

涉及到跨线路供电范围调整时，本线路对其他线路设备操作的依赖关系。

由于采用了上述实施例方法，在地铁线网电力监控***中能够实现一种快速的、自动的、并行的控制方法，且该方法能够适应各线路不同电力SCADA监控***平台（前提是采用国际或国家标准电力***通信协议，如果是非标准协议，也可以按本实施例方法定制化开发）。本实施例对线路延伸和新线接入也能无缝适应，在扩容后只需修改数据库内容，而不需要对控制程序做修改。

本实施例由原来的线网通过调度电话通知线路调整供电范围，变为了线网直接通过***同时指挥相关线路进行供电范围调整操作，大大提升了应急响应能力，效果明显。不需要对线路电力SCADA***监控平台进行修改，减少功能升级的风险。另外对***扩容和不同电力设备厂家和***集成商接入适应能力强，可在短时间内完成升级。***升级不需要修改控制程序，增加了程序的稳定性。进一步提高了地铁线网电力监控***的自动化、智能化水平。

本实施例的核心在于，通过在数据库中配置线网供电逻辑和线路供电逻辑，由***自动解析控制指令，并自动下发设备控制序列。

如图3以线网接入4条线路为例的软件部署图，将后台服务和控制中间件部署在电力中心服务器，节点中间件部署在各条线路的接口服务器，关系型数据库部署在数据库服务器，人机界面部署在操作工作站，供电力操作人员使用。维护终端主要提供给维护人员使用，可以修改数据库中的线网供电逻辑和线路供电逻辑。

本实施例没有对机型和操作***做限制，是线网的并行控制，核心在于适配多线路不同厂商的***，对指令进行自动转换；对线网供电逻辑进行分析，结合线路供电逻辑，自动生成执行序列。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：建立主线程，所述主线程包括以下操作：

A1：获取线网控制指令；

A2：根据所述线网控制指令和线网供电逻辑，解析出所述线网控制指令涉及的N条线路，N为大于或等于1的自然数；

A3：将所述线网控制指令编译为所述N条线路对应的N个线路控制指令；

步骤B：为所述N条线路建立一一对应的N个子线程，所述子线程包括以下操作：

B1：根据所述线路控制指令和线路供电逻辑，将所述线路控制指令解析为设备控制序列，并执行所述设备控制序列；

所述主线程控制所述N个子线程按顺序依次执行所述设备控制序列；

所述线网供电逻辑包括接入线网的线路信息、线路的主变电所信息、线网正常供电状态和线网故障应急供电状态；所述线路供电逻辑包括线路的电力接线图、线路的主变电所设备信息、线路的联络开关设备信息、主变电所供电范围调整时设备的操作序列、线路供电范围调整时当前线路对其他线路设备操作的依赖关系；

所述主变电所供电范围调整时设备的操作序列包括当前线路的供电范围调整和跨线路的供电范围调整；

所述接入线网的线路信息包括：线路数量、线路走向和车站数量；

所述线路的主变电所信息包括：主变电所数量、主变电所地理位置、主变电所额定功率、主变电所最大功率、主变电所正常供电范围和主变电所最大供电范围；

所述线网正常供电状态，包括所有主变电所都正常运行时，各主变电所各自的供电范围；

所述线网故障应急供电状态，包括任意组合的主变电所因故障退出运行后，其他主变电所调整的供电范围；

所述线网故障应急供电状态还包括共享主变电所的供电范围调整。

2.根据权利要求1所述的地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，所述步骤A还包括，所述主线程为每个所述子线程创建状态字段和指令字段，所述状态字段包括运行状态字段、运行步骤字段和等待状态字段，所述指令字段用于所述主线程通知所述子线程。

3.根据权利要求2所述的地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，所述运行状态字段包括运行、挂起、完成和关闭；所述运行步骤字段用于表示所述设备控制序列执行的顺序；所述等待状态字段包括所述子线程的等待时间和等待状态。

4.根据权利要求3所述的地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，所述步骤B还包括，建立一个定时器和一个消息队列，所述定时器用于控制所述子线程的同步和计时，所述消息队列用于所述子线程之间通讯。

5.根据权利要求4所述的地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，第一子线程和第二子线程为所述N个子线程中任意两个子线程，当把所述第二子线程的状态字段作为所述第一子线程执行所述设备控制序列的前提条件时，将所述前提条件放入所述消息队列中等待反馈，所述第一子线程的运行状态字段设置为挂起，当所述消息队列中的前提条件被反馈成功后，则将所述前提条件移出所述消息队列，所述第一子线程的运行状态字段设置为运行，同时启动所述第一子线程。

6.根据权利要求3所述的地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，所述状态字段可被所述主线程或所述N个子线程所读取，所述状态字段由其对应的子线程进行维护，所述指令字段由所述主线程进行维护，所述指令字段为所述N个子线程执行所述设备控制序列的前提。

7.根据权利要求3所述的地铁线网电力SCADA的分布式并行控制方法，其特征在于，当所述子线程的等待时间超过预设值时，所述主线程进行超时处理，所述超时处理包括放弃本次全部操作、放弃该线路操作和提交人工处理。

8.地铁线网电力SCADA的分布式并行控制***，其特征在于，包括人机界面、后台服务、数据库、遥控中间件和多个节点中间件，每个节点中间件对应一条线路，所述后台服务连接所述人机界面、所述数据库和所述遥控中间件，所述遥控中间件连接所述多个节点中间件；

所述人机界面用于：显示线网和线路的运行状态，用于获取操作指令，并将所述操作指令传递给后台服务；

所述后台服务用于：接收和判断所述人机界面的操作指令，根据所述操作指令在所述数据库调取线网线路信息，将所述线网线路信息传递给所述人机界面进行显示，同时过滤掉对电力***造成安全隐患的操作指令；当所述操作指令涉及线路间调整和转换时，将所述涉及线路间调整和转换的操作指令定义为下达指令，将所述下达指令以及所述下达指令对应的线网线路供电逻辑传递给所述遥控中间件；

所述遥控中间件用于：接收所述后台服务传递过来的下达指令，根据所述下达指令以及所述下达指令对应的线网线路供电逻辑，将所述下达指令编译为一个或多个通用的线路控制口令，将所述线路控制口令传递给所述下达指令对应线路的节点中间件；

所述节点中间件用于：接收所述遥控中间件传递过来的线路控制口令，将所述线路控制口令编译成所述节点中间件对应线路的执行口令，并执行所述线路的执行口令；

所述数据库用于存储：线网线路信息、线网供电逻辑和线路供电逻辑，所述线网供电逻辑包括接入线网的线路信息、各线路的主变电所信息、线网正常供电状态和线网故障应急供电状态；所述线路供电逻辑包括线路的电力接线图、线路的主变电所设备信息、线路的联络开关设备信息、主变电所供电范围调整时设备的操作序列、线路供电范围调整时本线路对其他线路设备操作的依赖关系；

所述线网正常供电状态，包括所有主变电所都正常运行时，各主变电所各自的供电范围；

所述线网故障应急供电状态，包括任意组合的主变电所因故障退出运行后，其他主变电所调整的供电范围；

所述线网故障应急供电状态还包括共享主变电所的供电范围调整。

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