地縣一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)在南通電網(wǎng)的應(yīng)用

繆建國,李云鵬,徐春雷

(1.南通供電公司，江蘇南通216006；2.江蘇省電力公司，江蘇南京210024)

計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，深刻改變了電網(wǎng)的控制技術(shù)，調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為以計算機(jī)技術(shù)為核心的電網(wǎng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)[1]。目前，江蘇省內(nèi)地、縣兩級調(diào)度都建有各自獨(dú)立的調(diào)度自動化系統(tǒng)，亦稱為能量管理系統(tǒng)（EMS），上下級調(diào)度自動化系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)信息共享。隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，地縣兩級調(diào)度之間的聯(lián)系越來越緊密，一體化調(diào)度運(yùn)行要求也越來越高，為實(shí)現(xiàn)地縣調(diào)數(shù)據(jù)資源、技術(shù)資源、設(shè)備資源的共享，節(jié)約人力維護(hù)以及系統(tǒng)建設(shè)成本，提高調(diào)度自動化系統(tǒng)的可靠性，南通供電公司作為試點(diǎn)單位在全國率先建設(shè)、應(yīng)用了地縣一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)。

1電網(wǎng)概況

南通電網(wǎng)包括一市五縣6個供電公司。截至到2010年12月，地區(qū)電網(wǎng)擁有20 kV及以上變電所227座（其中500 kV變電所2座，220 kV變電所26座，110 kV及以下變電所199座），2010年地區(qū)最高網(wǎng)供負(fù)荷為399.7萬kW，最高用電負(fù)荷為412.3萬kW。

南通電網(wǎng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了全地區(qū)所有35 kV及以上變電站，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為匯聚層及接入層兩層：匯聚層網(wǎng)絡(luò)為市－縣光傳輸網(wǎng)，接入層網(wǎng)絡(luò)為城區(qū)光傳輸網(wǎng)及縣域光傳輸網(wǎng)。其調(diào)度自動化主站原采用南瑞科技OPEN-3000 EMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)于2006年5月投運(yùn)，系統(tǒng)具備FES/SCADA/PAS/DTS等應(yīng)用，共采集178個廠、站實(shí)時信息，系統(tǒng)接入廠站采用網(wǎng)絡(luò)、專線通信方式，通信規(guī)約有104，101，CDT，DISA 等。

2系統(tǒng)模式

如圖1所示，系統(tǒng)的核心部分設(shè)置在南通地調(diào)，主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)地調(diào)系統(tǒng)類似，但在具體配置上存在一定的差異，其建設(shè)規(guī)模與容量設(shè)計應(yīng)能滿足南通電網(wǎng)自動化數(shù)據(jù)采集與處理的10年發(fā)展要求。在傳統(tǒng)模式基礎(chǔ)上重點(diǎn)考慮了如下技術(shù)要求：網(wǎng)絡(luò)配置需滿足多個縣調(diào)同時高速接入的要求；硬件配置需滿足大數(shù)量存儲和處理的容量及性能要求；軟件配置需滿足系統(tǒng)遠(yuǎn)程互聯(lián)后的功能及性能要求[2]。

南通電網(wǎng)地縣一體化調(diào)度自動化主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2縣調(diào)子系統(tǒng)建設(shè)模式

針對縣調(diào)在電網(wǎng)規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)力量、設(shè)備資源、管理等方面的特點(diǎn)和差異，啟東、如皋、海安縣調(diào)采用遠(yuǎn)程終端模式，如東、海門縣調(diào)選用廣域分布式采集模式建設(shè)。

2.2.1遠(yuǎn)程終端模式

遠(yuǎn)程終端模式是最基本的接入模式，主系統(tǒng)設(shè)置在地調(diào)，縣調(diào)只配置若干臺遠(yuǎn)程工作站，遠(yuǎn)程終端的數(shù)量根據(jù)縣調(diào)調(diào)度員席位、運(yùn)行維護(hù)人員席位配置。遠(yuǎn)程終端模式結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，硬件投資很少，軟件實(shí)現(xiàn)相對方便，系統(tǒng)管理和維護(hù)也比較簡單。該模式的縣調(diào)不具備數(shù)據(jù)采集能力，一方面，隨著縣調(diào)規(guī)模的擴(kuò)大或互聯(lián)縣調(diào)節(jié)點(diǎn)的增加將加重地調(diào)主系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低；另一方面，縣調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性相對較低，在地調(diào)主系統(tǒng)異常或地縣聯(lián)網(wǎng)中斷等故障情況下，縣調(diào)系統(tǒng)將退出，影響縣調(diào)監(jiān)控。

2.1地調(diào)主系統(tǒng)建設(shè)模式

2.2.2廣域分布式數(shù)據(jù)采集模式

廣域分布式采集模式結(jié)構(gòu)如圖3所示，除配置各類工作站外，縣調(diào)具備數(shù)據(jù)采集能力，還配置前置服務(wù)器及相關(guān)的采集裝置，按就近采集的原則負(fù)責(zé)該縣域內(nèi)變電站的數(shù)據(jù)采集、匯總，再送至地調(diào)主系統(tǒng)的后臺統(tǒng)一處理。該模式降低了地調(diào)主系統(tǒng)的采集負(fù)擔(dān)，可擴(kuò)展性較強(qiáng)，地調(diào)主系統(tǒng)的采集性能不會隨縣調(diào)規(guī)模的擴(kuò)大或互聯(lián)縣調(diào)節(jié)點(diǎn)的增加而降低。在地調(diào)主系統(tǒng)異?；虻乜h聯(lián)網(wǎng)中斷等故障導(dǎo)致的分區(qū)解列運(yùn)行情況下，依賴2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，縣調(diào)時備份，以便災(zāi)難性事故發(fā)生時系統(tǒng)快速恢復(fù)和電網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的保護(hù)。作為一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)的熱備用系統(tǒng)，具備主系統(tǒng)的全部功能。配置了備用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、SCADA應(yīng)用服務(wù)器、PAS應(yīng)用服務(wù)器各1臺，并通過網(wǎng)絡(luò)方式獨(dú)立采集完整的全網(wǎng)實(shí)時數(shù)據(jù)。

圖3縣調(diào)廣域分布式數(shù)據(jù)采集模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3系統(tǒng)功能

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了南通地調(diào)和5個縣調(diào)所轄變電站支撐平臺、廣域分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視、變電站集中監(jiān)控中心應(yīng)用、地縣一體化PAS、地縣一體化DTS、地縣一體化電壓無功優(yōu)化控制（AVQC）等功能。

3.1支撐平臺功能

系統(tǒng)具有多層結(jié)構(gòu)的支撐平臺，為應(yīng)用軟件提供了統(tǒng)一、高可用率、容錯的環(huán)境。支撐軟件的功能包括集成總線層、數(shù)據(jù)總線層（包括實(shí)時數(shù)據(jù)庫管理和商用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理）和公共服務(wù)層（包括人機(jī)界面、系統(tǒng)管理、報表管理、權(quán)限管理、告警服務(wù)、WEB服務(wù)、系統(tǒng)診斷等）。支撐平臺提供標(biāo)準(zhǔn)的用戶開發(fā)環(huán)境，包括如下子模塊：數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理、圖形管理、系統(tǒng)管理、公共服務(wù)、WEB站點(diǎn)通信、報表系統(tǒng)及管理、開放和基于標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)接口。

（1）通信鏈路質(zhì)量檢測功能。系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)的N-0.5通信鏈路質(zhì)量檢測方法主要針對廣域網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的鏈路半故障狀態(tài)提出解決方案，在丟包率超過告警限值時向管理人員發(fā)出告警，提醒值班人員及時對鏈路進(jìn)行切換。

（2）基于時標(biāo)事件驅(qū)動和分區(qū)域數(shù)據(jù)拼接的多島全息同步。當(dāng)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，系統(tǒng)會自動記錄時標(biāo)，對相應(yīng)的事件進(jìn)行歸檔。同樣在系統(tǒng)出現(xiàn)斷網(wǎng)/恢復(fù)、解列/并列情況下，系統(tǒng)也會記錄對應(yīng)的事件，通過對歷史的分析，可以萃取出在系統(tǒng)斷網(wǎng)或者解列期間模型發(fā)生的變化，系統(tǒng)恢復(fù)正常后，就可根據(jù)歸檔記錄進(jìn)行模型的同步和恢復(fù)操作。

（3）基于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽和主動報告的廣域遠(yuǎn)程互聯(lián)主干網(wǎng)絡(luò)非法節(jié)點(diǎn)入侵檢測。地縣一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)是一個廣域分布的實(shí)時應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)對于非法進(jìn)入的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時報警，及時定位，保障了調(diào)度自動化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行，有利于工作人員排查內(nèi)部非法接入的問題。

3.2廣域分布式SCADA功能

廣域分布式SCADA是架構(gòu)在統(tǒng)一支撐平臺上的具體應(yīng)用，也是調(diào)度自動化系統(tǒng)的最基本應(yīng)用，用于實(shí)現(xiàn)完整的、高性能的實(shí)時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。實(shí)際應(yīng)用中主要實(shí)現(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計考核、控制和調(diào)節(jié)、調(diào)度員操作、事件和告警處理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?、事件追憶、事件順序記錄（SOE）及廣域分布式數(shù)據(jù)采集。

為了確保圖、模、庫的正確性和一致性，系統(tǒng)管理上要求地縣調(diào)需獨(dú)立、互不干擾地維護(hù)各自區(qū)域的圖形、模型等信息，通過責(zé)任區(qū)劃分和權(quán)限配置等技術(shù)手段避免維護(hù)人員誤改其他調(diào)度的圖模數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)可用性。

3.3變電站集中監(jiān)控中心應(yīng)用功能

變電站集中監(jiān)控應(yīng)用功能主要實(shí)現(xiàn)對廠站電氣一次設(shè)備以及二次設(shè)備的集中監(jiān)視和控制，適應(yīng)變電站無人值班的需求。監(jiān)控應(yīng)用功能主要包括責(zé)任區(qū)管理、告警分層分類顯示與輔助分析以及控制與調(diào)節(jié)等。

3.4地縣一體化PAS功能

電力應(yīng)用軟件是基于實(shí)時數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的高級分析、預(yù)測、仿真和閉環(huán)控制功能，主要包含：網(wǎng)絡(luò)建模、實(shí)時序列、狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、負(fù)荷預(yù)報、靜態(tài)安全分析、無功電壓優(yōu)化、短路電流計算、網(wǎng)絡(luò)等值接口、地縣一體化電網(wǎng)模型及計算分析、分布式終端與多研究模式及一體化計算分區(qū)統(tǒng)計等功能。

3.5地縣一體化DTS功能

地縣一體化系統(tǒng)中，DTS同時滿足地調(diào)和縣調(diào)的應(yīng)用需求，支持面向地縣一體化的完整電網(wǎng)模型，支持低電壓等級的調(diào)度員培訓(xùn)仿真，能夠正確仿真低電壓等級的輻射型結(jié)構(gòu)、不接地特性，以及低電壓等級保護(hù)及自動裝置的動作行為。

實(shí)現(xiàn)地、縣調(diào)共享1套DTS軟件和基于B/S模式的電網(wǎng)聯(lián)合反事故演習(xí)，主要包含：電網(wǎng)仿真、教員控制、監(jiān)控中心仿真、地縣一體化聯(lián)合演習(xí)、信息分層等功能。

3.6地縣一體化AVQC功能

AVQC根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的遙測量、狀態(tài)量、保護(hù)信號等，進(jìn)行在線分析和計算，后通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輸出控制執(zhí)行命令，自動或在人工監(jiān)督模式下調(diào)節(jié)變壓器分接頭和投退電容器，使得輸出電壓以及無功功率在合格范圍之內(nèi)，以達(dá)到保證供電質(zhì)量和減少網(wǎng)絡(luò)損耗的目的。

AVQC功能支持站內(nèi)平衡、區(qū)域平衡和全網(wǎng)平衡，并且留有對上級自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)的接口，主要包含：多模式監(jiān)視、防護(hù)、計算的基本功能；閉環(huán)控制；協(xié)調(diào)安全策略；單變電站的電壓無功控制模式；全局無功優(yōu)化的模式；全局/單站結(jié)合模式等功能。

4應(yīng)用效果

4.1實(shí)現(xiàn)信息資源共享

地縣一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)用后，地、縣調(diào)在統(tǒng)一、規(guī)范的管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下，實(shí)現(xiàn)了資源共享。例如：地縣之間不再需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就實(shí)現(xiàn)了所有數(shù)據(jù)的共享，節(jié)約了通信通道資源；數(shù)據(jù)、模型、參數(shù)、畫面等的源端維護(hù)，全網(wǎng)共享，大幅提高應(yīng)用分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低了系統(tǒng)維護(hù)工作量和運(yùn)行維護(hù)成本。此外，系統(tǒng)在對外提供數(shù)據(jù)共享方面優(yōu)勢明顯，大大減少了對外系統(tǒng)接口數(shù)量，能較好地適應(yīng)生產(chǎn)經(jīng)營對一次電網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用不斷增加的需求，其可分可合的特點(diǎn)也大大減小區(qū)劃調(diào)整、管理體制變革對電網(wǎng)生產(chǎn)控制的影響。

4.2提高了運(yùn)行監(jiān)視水平

地縣一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)用前，縣調(diào)只在正常工作日的工作時間有人值班，且無運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，值班質(zhì)量依賴于值班員人工巡視，存在假日、非工作時段覆蓋盲點(diǎn)。盡管地調(diào)實(shí)行24 h值班，有專門運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，但值班員只能通過轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)縣域系統(tǒng)內(nèi)的部分問題，大部分問題不能主動及時發(fā)現(xiàn)，缺陷往往只有在用戶申報后才能處置，更不能對系統(tǒng)潛在問題 （如數(shù)據(jù)庫容量越限等）預(yù)警式發(fā)現(xiàn)、處理。地縣一體化后實(shí)現(xiàn)了地區(qū)集中監(jiān)視，大大提高了運(yùn)行監(jiān)視水平。

4.3確保系統(tǒng)安全

為保證系統(tǒng)圖、模、庫及自動化系統(tǒng)維護(hù)的安全性，通過區(qū)域、廠站、節(jié)點(diǎn)之間的多重關(guān)聯(lián)和級聯(lián)組合關(guān)系，結(jié)合權(quán)限管理，可保證地縣調(diào)分區(qū)維護(hù)的安全性和一致性。同時，通過全局模型同步的方式，各個區(qū)域維護(hù)的模型又能夠在一體化系統(tǒng)中完全共享。既實(shí)現(xiàn)共享，又確保安全。

4.4故障處理從容不迫

在縣域子系統(tǒng)解列情況下，子系統(tǒng)前置服務(wù)器會自動啟動SCADA應(yīng)用，保證在極端情況下，可以繼續(xù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制功能，系統(tǒng)監(jiān)控功能不會喪失。子系統(tǒng)在系統(tǒng)解列期間可以作為獨(dú)立的系統(tǒng)正常運(yùn)行至少10 d以上，子系統(tǒng)在解列期間的實(shí)時告警、操作（告警抑制、置牌、封鎖等）信息及采樣數(shù)據(jù)解列恢復(fù)后能夠完整地同步至主系統(tǒng)，確保系統(tǒng)功能的完備和數(shù)據(jù)的完整。

同時系統(tǒng)具備的網(wǎng)絡(luò)管理、非法用戶入侵檢測、前置網(wǎng)絡(luò)通道故障定位等功能，給運(yùn)行維護(hù)帶來了極大便利。

5結(jié)束語

地縣一體化調(diào)度自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地縣兩級調(diào)度軟、硬件資源共享，減少對外系統(tǒng)接口數(shù)量，使縣調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用功能和水平得到大幅度提升，其“容災(zāi)模式”為地區(qū)、縣公司統(tǒng)一解決系統(tǒng)災(zāi)備問題提供了理想的解決方案。

[1]周京陽，于爾鏗，吳 津.能量管理系統(tǒng)（EMS）.第3講數(shù)據(jù)收集與監(jiān)視(SCADA)[J].電力系統(tǒng)自動化，1997，21(3)73-76.

[2]黃邵遠(yuǎn).地縣級調(diào)度自動化一體化主站系統(tǒng)建設(shè)思路[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（20）：100-103.