變電站形態(tài)由傳統(tǒng)變電站發(fā)展為智能變電站后，變電站的運(yùn)行維護(hù)手段沒有得到有效提升。設(shè)備出現(xiàn)異常后，仍須檢修人員攜帶備品備件迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)或更換。如果沒有備品備件或故障原因復(fù)雜，還需要等待廠家工程服務(wù)人員去現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。這些都增加了設(shè)備停運(yùn)時(shí)間及檢修、工程服務(wù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　在智能變電站實(shí)踐過程中，二次系統(tǒng)由過程層設(shè)備實(shí)現(xiàn)與一次系統(tǒng)的采樣控制接口，間隔層設(shè)備與工程現(xiàn)場(chǎng)不再直接聯(lián)系，間隔層設(shè)備所需信息在智能變電站中全部通過通信方式獲得，間隔層設(shè)備的硬件和軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)一定程度的通用化，不同功能的間隔層設(shè)備可以采用通用的硬件和軟件平臺(tái)，可以由應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)面向不同設(shè)備以及不同工程現(xiàn)場(chǎng)的間隔層功能。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用軟件的動(dòng)態(tài)裝載技術(shù)已經(jīng)成為可能，因此，動(dòng)態(tài)重組在此基礎(chǔ)上深入研究智能變電站二次間隔層設(shè)備的通用化技術(shù)和備用技術(shù)，并研究二次設(shè)備失效后備用設(shè)備的應(yīng)用軟件的動(dòng)態(tài)裝載技術(shù)和在線啟運(yùn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)間隔層失效設(shè)備在線配置所需的應(yīng)用軟件并動(dòng)態(tài)啟動(dòng)備用設(shè)備，在極短時(shí)間內(nèi)即可恢復(fù)已失效功能，實(shí)現(xiàn)二次功能的備用部分的自動(dòng)替代性恢復(fù)，從而及時(shí)恢復(fù)系統(tǒng)完整性并提供給檢修人員充裕的時(shí)間處理故障。

　　本文將信息工程領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)——信息重構(gòu)技術(shù)引入智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，闡述了動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于智能變電站二次系統(tǒng)的適用性，提出了可用于二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。

　　1智能變電站動(dòng)態(tài)重構(gòu)

　　1.1系統(tǒng)配置原理

　　系統(tǒng)重構(gòu)在開發(fā)早期是作為信息工程領(lǐng)域的技術(shù)，主要用于修改代碼結(jié)構(gòu)和流程設(shè)計(jì)。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)不斷形成系統(tǒng)，目的在于不改變已有系統(tǒng)功能的情況下，通過修改系統(tǒng)的運(yùn)行方式來滿足需求變化。

　　動(dòng)態(tài)重構(gòu)是指在系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的過程中對(duì)功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。其實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

　　圖1動(dòng)態(tài)重構(gòu)方式

　　動(dòng)態(tài)重構(gòu)在現(xiàn)階段功能實(shí)現(xiàn)主要包括軟件重構(gòu)、硬件重構(gòu)以及二者的協(xié)同。軟件部分屬于軟件工程研究領(lǐng)域范疇；硬件重構(gòu)技術(shù)多基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）實(shí)現(xiàn)，可重構(gòu)控制模塊能夠驅(qū)動(dòng)FPGA實(shí)現(xiàn)資源的高速功能變換，目前FPGA越來越成為可重構(gòu)技術(shù)的熱點(diǎn)；軟硬件的協(xié)同技術(shù)指根據(jù)系統(tǒng)功能需求，統(tǒng)籌考慮性能、成本等因素合理配置軟硬件功能，可以有效提高效率，節(jié)約成本。

　　1.2基本框架

　　二次監(jiān)測(cè)評(píng)估及重構(gòu)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)行設(shè)備與重構(gòu)設(shè)備的監(jiān)測(cè)信息采集、根據(jù)規(guī)則庫評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、匹配重構(gòu)控制策略、管控主運(yùn)行設(shè)備與重構(gòu)設(shè)備的切換等任務(wù)。同時(shí)，二次監(jiān)測(cè)評(píng)估及重構(gòu)管理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及監(jiān)控信息傳給站控層監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)站控層監(jiān)控系統(tǒng)的一體化信息采集。

　　動(dòng)態(tài)重構(gòu)基礎(chǔ)按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為過程層、間隔層和站控層，在這一點(diǎn)上與智能變電站相配合，所不同之處在于間隔層增加了備用的IED，站控層增加了管控主機(jī)。如圖2所示。

　　圖2二次系統(tǒng)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)圖

　　管控主機(jī)可以監(jiān)視全站IED的狀態(tài)變量，在線評(píng)估IED運(yùn)行狀態(tài)，而管控主機(jī)可以控制和管理全站IED。在某個(gè)IED故障時(shí)，給予告警并記錄信息，同時(shí)顯示故障IED的歷史運(yùn)行信息，對(duì)故障進(jìn)行分析，并指導(dǎo)運(yùn)行人員做出判斷，這樣實(shí)現(xiàn)IED重構(gòu)。

       2重構(gòu)設(shè)備

　　目前的動(dòng)態(tài)重構(gòu)設(shè)備多采用主CPU和FPGA共同組成的多處理器做為硬件平臺(tái)，通過運(yùn)行操作系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的硬功功能。硬件平臺(tái)基于嵌入式計(jì)算機(jī)，通信協(xié)議包括MMS、GOOSE、IEEE1588等通信服務(wù)，可以滿足智能變電站即插即用的要求；軟件平臺(tái)采用操作系統(tǒng)和嵌入式數(shù)據(jù)庫。

　　2.1軟件平臺(tái)

　　CPU板的軟件包括硬件驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)級(jí)平臺(tái)、通信、應(yīng)用、人機(jī)、測(cè)試及自檢等幾大部分，操作系統(tǒng)選用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)vxWorks，利用中斷機(jī)制及任務(wù)機(jī)制，來協(xié)調(diào)處理不同功能。硬件驅(qū)動(dòng)部分主要包括與硬件有關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序及硬件管理程序，包括內(nèi)存分配、網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)、人機(jī)接口收發(fā)、維護(hù)接口驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)管理、信號(hào)燈、對(duì)時(shí)驅(qū)動(dòng)等的管理等。

　　系統(tǒng)軟件平臺(tái)的功能主要包括系統(tǒng)管理、硬件自檢、軟件校驗(yàn)、時(shí)間處理、以及必要的信息打印輸出等。

　　軟件系統(tǒng)作為一個(gè)平臺(tái)，組織結(jié)構(gòu)上具有相當(dāng)?shù)纳炜s性、靈活性，因此采用當(dāng)前主流的、具有多進(jìn)程/多線程、準(zhǔn)實(shí)時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)。應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)組成采用了多進(jìn)程和共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，各個(gè)進(jìn)程以共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和消息交換，由管理進(jìn)程進(jìn)行各個(gè)應(yīng)用進(jìn)程的協(xié)調(diào)啟動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)護(hù)。

　　利用共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，管理進(jìn)程程序通過搭配不同的應(yīng)用進(jìn)程，可以靈活的實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用系統(tǒng)。增加新的功能，就增加啟動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的進(jìn)程；不需要的功能，只是簡(jiǎn)單的不啟動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的進(jìn)程；這些都由配置通過管理進(jìn)程程序來實(shí)現(xiàn)，具有很好的開放性、靈活性。一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程的出錯(cuò)，不會(huì)影響到整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行，具有良好的可靠性、安全性。

　　其應(yīng)用功能主要包括通信處理、重構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)、配置參數(shù)等管理以及裝置的整體校驗(yàn)測(cè)試等。

　　設(shè)備數(shù)據(jù)及信息的流向如圖3所示。設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀入GOOSE報(bào)文，解析后處理成開關(guān)量輸入，存入“原始數(shù)據(jù)緩沖區(qū)”。配置、參數(shù)的修改維護(hù)由就地人機(jī)或通信完成，存放于“配置、參數(shù)區(qū)”。

　　設(shè)備根據(jù)預(yù)設(shè)的配置、參數(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能，由此而產(chǎn)生的設(shè)備狀態(tài)及輸入狀態(tài)的標(biāo)志等置入“設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)狀態(tài)標(biāo)志區(qū)”，產(chǎn)生的各種報(bào)文置入“soe報(bào)文緩沖區(qū)”，發(fā)出的控制指令置入“GOOSE報(bào)文緩沖區(qū)”。

　　通信和人機(jī)從各緩沖區(qū)中獲得所需的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)就地顯示、控制或傳向其他設(shè)備交互信息。

　　圖3數(shù)據(jù)及信息流

　　2.2重構(gòu)硬件設(shè)備

　　目前的重構(gòu)設(shè)備主要由CPU板主板和網(wǎng)絡(luò)接口板組成。