配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)建設(shè)方案分析

孫中記，睢 鵬，蘇紅梅，張智遠(yuǎn)，景 皓

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.石家莊供電公司，石家莊 050051；3.河北省電力公司，石家莊 050021)

配電自動(dòng)化是智能電網(wǎng)配電環(huán)節(jié)的主要工程，配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)是提高供電可靠性和供電質(zhì)量、擴(kuò)大供電能力、實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要由配電主站、配電終端、配電子站和通信通道等部分組成[1-2]，其中配電主站是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心部分，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)功能的主要表現(xiàn)載體。以下結(jié)合某城市智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化試點(diǎn)工程建設(shè)情況，從主站的建設(shè)原則、功能規(guī)劃、軟硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)以及信息交互等方面探討配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)的建設(shè)方案。

1 建設(shè)原則

配電主站系統(tǒng)是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，其能否安全可靠運(yùn)行是整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。在主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，應(yīng)遵循安全性、可靠性、開放性及標(biāo)準(zhǔn)化、先進(jìn)性及可擴(kuò)展性、可維護(hù)性等原則[3]。

此外，配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上應(yīng)適應(yīng)供電公司配電網(wǎng)的不同運(yùn)行管理模式；可通過信息交換總線實(shí)現(xiàn)與相關(guān)系統(tǒng)互聯(lián)，解決信息孤島問題；強(qiáng)化對(duì)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的科學(xué)管理。

2 功能規(guī)劃

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)的建設(shè)要充分突出“信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化”特征，根據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)架、一次設(shè)備、實(shí)際需求等，逐步實(shí)現(xiàn)配電SCADA、饋線自動(dòng)化、配電網(wǎng)分析應(yīng)用、智能化分析應(yīng)用等功能[4]，并可通過信息交換總線實(shí)現(xiàn)與配電相關(guān)系統(tǒng)的互聯(lián)和應(yīng)用集成。

a. 配電SCADA：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)方控制、人機(jī)交互、防誤閉鎖、圖形顯示、事件告警、事件順序記錄、事故追憶、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印、配電終端在線管理和配電通信網(wǎng)絡(luò)工況監(jiān)視等功能。

b. 饋線自動(dòng)化：與配電終端配合，實(shí)現(xiàn)故障的識(shí)別、定位、隔離和非故障區(qū)域自動(dòng)恢復(fù)供電。

c.配電網(wǎng)分析應(yīng)用：拓?fù)浞治?、解合環(huán)潮流、負(fù)荷轉(zhuǎn)供、狀態(tài)估計(jì)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、短路電流計(jì)算、電壓/無功控制和負(fù)荷預(yù)測(cè)等。

d. 智能化分析應(yīng)用：配電網(wǎng)自愈控制(包括快速仿真、預(yù)警分析等)、分布式電源/儲(chǔ)能裝置/微電網(wǎng)的接入及應(yīng)用等。

3 平臺(tái)設(shè)計(jì)

配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)建設(shè)，要充分考慮系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模、饋線自動(dòng)化的實(shí)施范圍和方式，以及建設(shè)周期等因素。同時(shí)，主站建設(shè)要充分利用成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫中間件、面向?qū)ο笠约皯?yīng)用組件技術(shù)，采用基于IEC 61970/61968 CIM的信息交互模型進(jìn)行建設(shè)。主站系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循IEC 61968-1中信息交換模型，通過信息交互總線與其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。

3.1 硬件平臺(tái)

硬件設(shè)備主要包括服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和采集設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)部分除了主局域網(wǎng)外，還包括數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、GIS網(wǎng)和WEB服務(wù)器網(wǎng)等，各局域網(wǎng)之間通過防火墻或物理隔離裝置進(jìn)行安全隔離。所有設(shè)備根據(jù)安全防護(hù)要求分布在不同的安全區(qū)中，從硬件結(jié)構(gòu)來看，整個(gè)系統(tǒng)分布在2個(gè)安全區(qū)中，分別為安全區(qū)Ⅰ和安全區(qū)Ⅲ，主系統(tǒng)位于安全區(qū)Ⅰ，WEB子系統(tǒng)位于安全區(qū)Ⅲ，安全區(qū)Ⅰ與安全區(qū)Ⅲ之間設(shè)置正向與反向?qū)Ｓ梦锢砀綦x裝置。主站系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可參考圖1。

圖1 配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

a. 主站系統(tǒng)采用冗余的雙交換式局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用具備三層交換功能的企業(yè)級(jí)或部門級(jí)交換機(jī)，服務(wù)器可采用1 000 Mbits/s速率接入，構(gòu)成功能分布的開放系統(tǒng)。無論是單網(wǎng)故障，還是網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)內(nèi)的單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障都不影響系統(tǒng)功能。同時(shí)，還能方便地進(jìn)行硬件設(shè)備升級(jí)，如停掉一臺(tái)交換機(jī)，更換成新的升級(jí)設(shè)備，然后再更換另外一臺(tái)。

b. 數(shù)據(jù)服務(wù)器一般配置2臺(tái)高檔Unix服務(wù)器，系統(tǒng)自動(dòng)保持2臺(tái)服務(wù)器上數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的一致性。同時(shí)，數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)配置磁盤陣列完成歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，其容量大小應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)量測(cè)的點(diǎn)數(shù)、存盤周期、保存期限以及歷史事項(xiàng)的存儲(chǔ)容量來計(jì)算。

c. 2臺(tái)SCADA服務(wù)器可完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)視和控制。每臺(tái)SCADA服務(wù)器都通過千兆以太網(wǎng)接口接到雙骨干網(wǎng)上。雙機(jī)運(yùn)行為主/備或分流方式，當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器故障時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器應(yīng)自動(dòng)接替故障的服務(wù)器運(yùn)行。任何單一硬件設(shè)備的故障不應(yīng)使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的主要功能喪失。

d. 系統(tǒng)配置2臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和2臺(tái)無線數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。每臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器都通過物理隔離設(shè)備接到雙骨干網(wǎng)上，通過光纖和無線通信網(wǎng)完成數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用集群方式，當(dāng)其中任何一臺(tái)服務(wù)器故障時(shí)，另外的服務(wù)器應(yīng)自動(dòng)接替故障的服務(wù)器運(yùn)行，當(dāng)服務(wù)器或雙局域網(wǎng)發(fā)生切換時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。

e. 配置2臺(tái)配網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器，完成流程定制、應(yīng)用服務(wù)管理等功能。

f. 配置通信接口服務(wù)器，通信接口服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源與控制通道，主要完成各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信功能。

g. 2臺(tái)WEB服務(wù)器完成WEB信息發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)的存取及相關(guān)應(yīng)用軟件功能。

h. 系統(tǒng)各工作站主要提供人機(jī)界面，輔助工作人員完成相應(yīng)操作，人機(jī)界面應(yīng)友好，易于操作。

3.2 軟件平臺(tái)

軟件支持平臺(tái)包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件支持平臺(tái)，其配置必須滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的及時(shí)性和高可靠性要求。應(yīng)用軟件支持平臺(tái)和應(yīng)用軟件必須采用開放式/分布式體系和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，滿足可維護(hù)性要求，符合國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

a. 服務(wù)器與工作站可采用Unix操作系統(tǒng)，報(bào)表工作站可采用PC操作系統(tǒng)，以保證自動(dòng)化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)開放性好、實(shí)時(shí)響應(yīng)性好、系統(tǒng)資源豐富、在電力行業(yè)使用廣泛、系統(tǒng)成熟的操作系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮。

b. 應(yīng)用軟件支持平臺(tái)是在操作系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，為各種應(yīng)用提供的一個(gè)開發(fā)與運(yùn)行的軟件環(huán)境，可以提供分布式系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫管理、圖形人機(jī)界面管理、網(wǎng)絡(luò)管理以及報(bào)表管理等功能。

c. 應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)配電主站的各項(xiàng)功能，應(yīng)用軟件必須達(dá)到各功能模塊和系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。

4 信息交互

為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換，避免系統(tǒng)間數(shù)據(jù)接口的再次重復(fù)開發(fā)，需要建設(shè)統(tǒng)一信息交換總線。以后新建的信息系統(tǒng)都可以通過該統(tǒng)一信息交換總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不必開發(fā)新的接口，將目前“多對(duì)多”模式調(diào)整為“多對(duì)一”的模式，從根本上改變目前數(shù)據(jù)交換落后的現(xiàn)狀。信息交換總線具有數(shù)據(jù)采集、接入系統(tǒng)管理、事件通知服務(wù)、數(shù)據(jù)同步管理、數(shù)據(jù)訪問安全機(jī)制、消息運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能。

4.1 應(yīng)滿足的條件

信息交換總線遵循IEC 61970/61968的公共信息模型CIM，將電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一建模，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達(dá)和信息共享。接口規(guī)范符合IEC 61968的要求，遵循IEC 61970數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，建立開放的、具有良好可擴(kuò)充性的數(shù)據(jù)訪問平臺(tái)，使其他應(yīng)用系統(tǒng)能夠方便規(guī)范的使用集成在總線上的數(shù)據(jù)?？缭桨踩珔^(qū)Ⅰ和安全區(qū)Ⅲ，解決二三隔離區(qū)的透明訪問問題，使所有的應(yīng)用系統(tǒng)可以直接訪問跨區(qū)的服務(wù)。

4.2 交互原則

實(shí)時(shí)信息及準(zhǔn)實(shí)時(shí)信息通過各個(gè)系統(tǒng)的前置服務(wù)器直接轉(zhuǎn)發(fā)上送，信息交換總線靜態(tài)數(shù)據(jù)原則上以消息觸發(fā)機(jī)制主動(dòng)上送信息交換總線，對(duì)大批量更新的數(shù)據(jù)可以采用定時(shí)召喚機(jī)制由信息交換總線到相關(guān)系統(tǒng)獲取。

4.3 硬件結(jié)構(gòu)

信息交換總線硬件結(jié)構(gòu)可參考圖2，總線跨越安全區(qū)Ⅰ和安全區(qū)Ⅲ，2個(gè)安全區(qū)內(nèi)的配置完全對(duì)等，安全區(qū)Ⅰ與安全區(qū)Ⅲ之間設(shè)置正向與反向?qū)Ｓ梦锢砀綦x裝置。

圖2 配電網(wǎng)信息交換總線硬件結(jié)構(gòu)

5 方案可行性分析

該方案中，主站系統(tǒng)的硬件平臺(tái)考慮配電自動(dòng)化建設(shè)初期，采集的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量較少，因此設(shè)置了2臺(tái)前置采集服務(wù)器組成前置集群。當(dāng)后期需要接入其它監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，可以通過增加前置服務(wù)器的數(shù)量，擴(kuò)展前置集群來提升系統(tǒng)的接入容量。其他后臺(tái)服務(wù)器和工作站都完全滿足需要，無需對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)和改造。主站系統(tǒng)的軟件平臺(tái)通過分步驟實(shí)施的方法，建設(shè)初期可實(shí)現(xiàn)配電SCADA、WEB發(fā)布，重要線路實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，以后可逐步擴(kuò)展其它應(yīng)用。這樣分期實(shí)施，可以減少一次建設(shè)造成的資金壓力。

該方案通過信息交換總線建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的集成、融合及共享，為配電自動(dòng)化及其它應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的增值應(yīng)用，有效避免了采集系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)。由以上分析可知，方案具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和可行性。

6 結(jié)束語

結(jié)合某城市智能電網(wǎng)配電自動(dòng)化試點(diǎn)建設(shè)，對(duì)主站系統(tǒng)建設(shè)方案進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)分析?？傮w方案遵循安全可靠、可擴(kuò)展、可維護(hù)的原則，按照因地制宜、因網(wǎng)制宜的思想進(jìn)行配電主站功能規(guī)劃，并根據(jù)IEC 61970/61968國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，通過信息交換總線實(shí)現(xiàn)與配電相關(guān)系統(tǒng)互聯(lián)，可避免采集系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)。該方案可以為今后配電自動(dòng)化主站的建設(shè)提供參考。

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