電力系統(tǒng)中的智能配電網(wǎng)設(shè)計探討

汪 莉 張 旭

(重慶市電力公司市區(qū)供電局，重慶 400039)

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接與用戶相連。

配網(wǎng)自動化經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了傳統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集 (SCADA)+配電自動化(DA)模式，也有考慮地理信息系統(tǒng)的若干實踐，但是在實用化道路上對大多數(shù)企業(yè)而言。卻仍在探索中前進。配電自動化實施的結(jié)果普遍是投入產(chǎn)出比不明顯.涉及配電網(wǎng)的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)并沒有得到明顯提高，相關(guān)調(diào)度運行人員的勞動強度和工作環(huán)境并沒有得到大的改善，其中主要原因是技術(shù)實現(xiàn)思路問題和沒有適合的產(chǎn)品。

可視化技術(shù) (Visualization)借助計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)。把數(shù)據(jù)以圖形或圖像的形式顯示在屏幕上。使人和計算機直接交流.在圖形中對具有形體的信息直接進行操作，提高了工作效率。在電力系統(tǒng)中引入可視化技術(shù)，提出以調(diào)度員思維模式為框架、以可視化界面為功能模范、以互動計算為系統(tǒng)核心的電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)設(shè)計總體思路。并在實際電力調(diào)度系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。本文在設(shè)計了具有八大主要功能的配電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)基礎(chǔ)上。對系統(tǒng)操作界面的設(shè)計、管理及系統(tǒng)與SCADA／EMS的數(shù)據(jù)接口方式進行了說明。

1 調(diào)度支持系統(tǒng)界面設(shè)計

1.1 基本圖形顯示

調(diào)度支持系統(tǒng)圖形界面設(shè)計主要包括全網(wǎng)的電氣接線圖、10kV電纜網(wǎng)接線圖、10kV開關(guān)站圖及其他相關(guān)圖形。其中電氣接線能以全網(wǎng)接線、單線圖、區(qū)域圖、變電站／開關(guān)站站內(nèi)接線等方式分別顯示，可將配網(wǎng)各類運行信息顯示在接線圖上。具有多圖顯示、視圖縮放等基本功能。

1.2 接線圖管理

調(diào)度支持系統(tǒng)能對配電網(wǎng)接線圖變更的閉環(huán)流程進行管理。調(diào)度員在審核確認的過程中?？梢赃M行變更前后配電網(wǎng)接線圖的比較。能明顯標(biāo)識拓撲、位置和差異信息，自動記錄變更前后的差異。審核確認后。自動更新電網(wǎng)接線圖。該系統(tǒng)可實現(xiàn)電源點追溯、供電／停電范圍分析、動態(tài)著色等功能。支持接線圖打印、輸出。

1.3 配網(wǎng)運行信息的可視化展示

示例l：如果設(shè)備處于檢修狀態(tài)，則圖上該設(shè)備以虛線顯示。如圖1所示。圖1(a)中無容量水平的虛線發(fā)電機符號表示發(fā)電機檢修；圖1(b)中無潮流箭頭虛線表示線路檢修。

圖1 示意圖(一)

示例2：設(shè)備狀態(tài)的智能表達。主要實現(xiàn)設(shè)備運行、檢修、停運狀態(tài)的表達。為準(zhǔn)確的供電路徑選擇提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).如圖2所示。

圖2 示意圖(二)

示例3：智能搜索可視化。實現(xiàn)對海量配網(wǎng)設(shè)備的搜索，可以分類、模糊地搜索設(shè)備，并在圖形上指示，如點擊設(shè)備后。會顯示其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

1.4 配網(wǎng)潮流顯示

線路潮流用線路上的箭頭來表示.箭頭的方向表示潮流流動的方向.箭頭的大小、流動的速度與潮流的大小成比例。潮流可以顯示有功、無功、電流，由用戶通過鼠標(biāo)點選(基于實時數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))。

1.5 線路餅圖

線路的潮流占線路容量的百分比.可以在線路上自動用一個餅圖顯示.圓餅表示線路容量100%，用藍色表示現(xiàn)在流過的潮流。當(dāng)線路潮流超過線路容量80%以上時，該圓餅突然變大.并以紅色特顯(基于實時數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))。

1.6 等高線

可在一幅全網(wǎng)主接線或地理接線、層次結(jié)構(gòu)圖上分辨出全網(wǎng)各母線的電壓高低、各線路的潮流大小和變壓器負載情況。在全圖上以不同顏色表示電壓的高低水平、負載的輕重情況 (基于實時數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))

a.節(jié)點電壓等高線，用不同顏色顯示全網(wǎng)的各節(jié)點電壓情況，如圖3所示。

圖3 節(jié)點等高線示意圖

b.線路負載等高線，顯示負載情況。如采用不同顏色對相同電壓等級線路進行標(biāo)示，如圖4所示。

圖4 線路等高線

c.變壓器負載等高線，用不同的顏色顯示變壓器的負載情況，與節(jié)點電壓等高線類似。

1.7 三維圖形顯示設(shè)備運行信息

調(diào)度支持系統(tǒng)可調(diào)用三維圖形的方式顯示，如節(jié)點電容無功投入情況：以柱狀圖表示無功出力，用柱子的高低表示出力的大小：如果是電容器等無功設(shè)備。則柱子長度表示無功容量，柱子分2段，下面部分的長度表示當(dāng)前無功出力，上面部分表示裕量。當(dāng)把鼠標(biāo)移到某一柱子上時，系統(tǒng)會以數(shù)字形式顯示所有指標(biāo)。變壓器負載：變壓器負載以柱狀圖表示，柱子長度表示變壓器容量，柱子分2段，下面部分的長度表示當(dāng)前負載。上面部分表示負載裕量。變壓器溫度：以柱狀圖表示，柱子長度表示變壓器允許溫度，柱子分2段，下面部分的長度表示當(dāng)前溫度，上面部分表示溫度裕量。

1.8 三維圖形的旋轉(zhuǎn)

當(dāng)一幅圖中的無功設(shè)備、變壓器等比較多或者比較密集時，在三維圖形方式顯示時，前面的圖形可能遮蔽后面的圖形。不便于觀察，容易引起判斷失誤，可利用三維圖形的旋轉(zhuǎn)功能.將圖形旋轉(zhuǎn)任意的角度，以便于觀察。

2 調(diào)度支持系統(tǒng)接口

調(diào)度支持系統(tǒng)已實現(xiàn)與scADA／EMs、檢修系統(tǒng)的接口，利用SCADA／EMS系統(tǒng)提供的系統(tǒng)主接線圖、地理圖、電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)實現(xiàn)相應(yīng)的配網(wǎng)智能分析要求的功能。

2.1 數(shù)據(jù)接口方式

調(diào)度支持系統(tǒng)如果和SCADm倔MS等系統(tǒng)在同-個區(qū)，可以直接通過一個接口服務(wù)器把SCADA／EMS等系統(tǒng)和可視化系統(tǒng)連接起來，如果不在一個區(qū)，則需要加裝一臺隔離裝置。接口示意圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.2 硬件接口方式

在配網(wǎng)智能系統(tǒng)中增加一臺網(wǎng)絡(luò)交換機，組成專用的小型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)內(nèi)有一臺接口服務(wù)器，經(jīng)過原 SCADA／EMS／DMIS 系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)交換機直接通過網(wǎng)絡(luò)與此專用小型網(wǎng)絡(luò)連接，中間可以加隔離裝置。

2.3 軟件接口方式

軟件接口方式根據(jù)原有系統(tǒng)能提供的接口，可以靈活處理。

a.對拓撲關(guān)系和靜態(tài)信息的讀取傳輸。首選基于IEC61970／61850ClM模型的標(biāo)準(zhǔn)接口方式實現(xiàn)。也可以通過傳文本文件的方式傳送系統(tǒng)拓撲關(guān)系和靜態(tài)信息。

b.對實時數(shù)據(jù)的傳輸。首選基于實時網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪Ｊ竭M行實時數(shù)據(jù)交換，也可采用文件傳輸模式，既可傳全部數(shù)據(jù).也可以傳變化數(shù)據(jù)。

2.4 接口數(shù)據(jù)要求

通過接口方式實現(xiàn)對于原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入.接入的數(shù)據(jù)可滿足可視化系統(tǒng)監(jiān)視運行的需要，主要包含以下幾類的數(shù)據(jù)：

a.SCADA實時數(shù)據(jù)，主要是同步顯示系統(tǒng)實時狀態(tài)：

b.拓撲關(guān)系，以便于抽取出由于實時拓撲結(jié)構(gòu)改變引起的可視化網(wǎng)絡(luò)的同步變化數(shù)據(jù)：

c.靜態(tài)信息.如各種限值、開關(guān)狀態(tài)等各種靜態(tài)參數(shù)。

結(jié)語

本文設(shè)計的基于可視化技術(shù)的配電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)在操作、運行界面、數(shù)據(jù)接口方面有以下特點。

a.系統(tǒng)能對配電網(wǎng)接線圖變更的閉環(huán)流程進行管理。包括對電網(wǎng)接線圖拓撲、位置和差異信息，自動記錄變更前后差異的標(biāo)識及自動更新?？蓪崿F(xiàn)電源點追溯、供電／停電范圍分析、動態(tài)著色等功能。

b.設(shè)備狀態(tài)的智能表達與搜索。主要包括對設(shè)備的運行、檢修、停運狀態(tài)的表達，為準(zhǔn)確的供電路徑選擇提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對海量配網(wǎng)設(shè)備的分類與模糊搜索及圖形指示。

c.全網(wǎng)全景的等高線示意。以不同顏色標(biāo)注主接線或地理接線、層次結(jié)構(gòu)圖上的各母線電壓、線路潮流和變壓器負載的等高示意圖 (基于實時數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))。

d.三維圖形的方式顯示。包括立體柱狀示意.如變壓器負載、發(fā)電機出力等，當(dāng)把鼠標(biāo)移到某一柱子上時.系統(tǒng)會以數(shù)字形式顯示所有指標(biāo)；支持三維圖形旋轉(zhuǎn)功能.便于觀察。

e.實現(xiàn)與 SCADA／EMS、檢修系統(tǒng)的接口。滿足電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)實現(xiàn)相應(yīng)的配網(wǎng)智能分析要求的功能。

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