基于EMS的智能輔助系統(tǒng)研究及應用

黎志強，田 翔，郭 燚

（1.中山供電局，廣東中山 528400）；2.華南理工大學理學院，廣東廣州 510640）

0 引言

能量管理系統(tǒng)（Energy Management System）是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的核心系統(tǒng)，為了最大化實現(xiàn)EMS 自動化維護工作的智能化、自動化水平，實現(xiàn)EMS日常檢查維護、自動化系統(tǒng)仿真和驗收工作，切實提高自動化人員的工作效率，減輕自動化維護人員的工作強度，保證EMS的安全穩(wěn)定運行，保障電網(wǎng)的運行安全[1]，本文設計了基于EMS的智能輔助系統(tǒng)。該輔助系統(tǒng)首先通過仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了對EMS 系統(tǒng)的進出數(shù)據(jù)進行監(jiān)聽，然后通過驗收系統(tǒng)對監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)進行合理性檢查而后驗收，然后通過輔助檢查系統(tǒng)對EMS系統(tǒng)的硬件狀態(tài)、系統(tǒng)信息、電網(wǎng)模型等方面進行檢查和分析，確保用戶對EMS系統(tǒng)存在的風險進行及時管控[2]。EMS智能輔助系統(tǒng)在仿真方面實現(xiàn)了對EMS系統(tǒng)通訊的主站和廠站端同時仿真，實現(xiàn)了報文監(jiān)聽與錄制、四遙信息封鎖、不同通信規(guī)約和通信方式的通信等功能；在驗收方面實現(xiàn)了驗收數(shù)據(jù)模型的自動化生成；實現(xiàn)web 客戶端和服務端可靠的實時數(shù)據(jù)通信以及無頁面刷新更新數(shù)據(jù)；在系統(tǒng)巡視方面EMS智能巡檢日志管理技術；在電網(wǎng)模型校驗方面基于多叉樹理論及自動布局的片網(wǎng)潮流圖展現(xiàn)；基于網(wǎng)絡拓撲分析和專家規(guī)則庫的電網(wǎng)模型糾錯技術。該系統(tǒng)對于EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驗收、系統(tǒng)維護、故障檢查等方面發(fā)揮了重要的作用。

1 系統(tǒng)組成與原理

EMS 智能輔助系統(tǒng)主要是針對EMS 日常檢查維護、自動化系統(tǒng)仿真和驗收工作而開發(fā)的系統(tǒng)，其建設目標是最大化實現(xiàn)EMS自動化維護工作的智能化、自動化水平，切實提高自動化人員的工作效率，減輕自動化維護人員的工作強度，保證EMS的安全穩(wěn)定運行，保障電網(wǎng)的運行安全[3]。

本系統(tǒng)由輔助檢查系統(tǒng)、自動化仿真系統(tǒng)和自動化驗收系統(tǒng)三個部分組成，各個模塊緊緊圍繞EMS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)共享。

1.1 輔助檢查系統(tǒng)

輔助檢查系統(tǒng)分為硬件層、操作系統(tǒng)層、集成總線層、數(shù)據(jù)總線層、公共服務層、應用層和表示層，各個層次之間采用松散的耦合方式便于應用功能的開發(fā)、擴展和調(diào)試。商用庫訪問服務采用CORBA 機制實現(xiàn)異構系統(tǒng)對EMS 商用數(shù)據(jù)庫的存取。實時庫訪問服務提供訪問本地訪問接口和網(wǎng)絡訪問接口，從而實現(xiàn)對EMS實時庫數(shù)據(jù)的存取。應用層提供巡檢日志管理、電網(wǎng)模型校正、跨平臺文件比較、片網(wǎng)潮流圖和線路圖自動生成、報表發(fā)布、采用定義等功能。表示層為用戶提供一個交互式的操作界面，用于顯示應用層的計算結(jié)果。系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。

圖1 輔助系統(tǒng)體系結(jié)構圖

1.2 自動化仿真系統(tǒng)

該系統(tǒng)分為通訊層、規(guī)約層、數(shù)據(jù)總線層和應用層四個層次，系統(tǒng)運行監(jiān)視貫串各個模塊，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。各個層次之間采用松散耦合，使得系統(tǒng)運行穩(wěn)定、使用靈活、擴充方便。系統(tǒng)的下層模塊不受上層模塊的制約，使得用戶可以靈活設置系統(tǒng)的運行方式。為了便于系統(tǒng)的擴充，系統(tǒng)還預留數(shù)據(jù)總線接口，便于和其他系統(tǒng)對接。通信層主要作用是將不同的通信方式對上層規(guī)約層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，使得串口通信和網(wǎng)絡通信，數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)監(jiān)聽具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口；通信數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一使得各個通信規(guī)約不受通信方式的限制；規(guī)約層主要是將不同的通信規(guī)約對數(shù)據(jù)總線提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，使得相同的數(shù)據(jù)可以使用不同的通信規(guī)約。應用層主要是為用戶和其他應用程序提供不同的應用。系統(tǒng)運行監(jiān)視模塊主要是監(jiān)視系統(tǒng)各個模塊的運行情況，為用戶的應用提供具有指導意義的信息[4]。系統(tǒng)結(jié)構如圖2所示。

圖2 主廠站仿真系統(tǒng)結(jié)構圖

1.3 自動化驗收系統(tǒng)

自動化驗收系統(tǒng)分為驗收系統(tǒng)建模、設備驗收、驗收報告生成三個部分。如圖3 中，變電站管理、廠家管理、驗收模型的導入、驗收模型管理等可以為驗收系統(tǒng)建模。系統(tǒng)根據(jù)驗收建模設置和仿真系統(tǒng)的前置數(shù)據(jù)，對需要驗收的設備建立驗收模型，有了驗收模型，就可以對各個設備的驗收情況進行記錄。設備驗收主要是分為遙測、遙信、遙控對設備的驗收過程進行記錄。根據(jù)實際驗收需要，也可以按照間隔對設備進行驗收[5]。在驗收報告生成模塊，通過對驗收結(jié)果進行審核，可以向用戶反映各個設備的驗收情況，用戶可以根據(jù)實際需要對驗收的結(jié)果進去取舍或者添加注釋，最后生成驗收報告。

2 系統(tǒng)主要功能

（1）主網(wǎng)模型導入

通過作圖工具和數(shù)據(jù)庫維護工具，調(diào)度EMS系統(tǒng)的主站維護人員在EMS上建立主網(wǎng)模型，通過調(diào)度EMS系統(tǒng)接口轉(zhuǎn)換進入系統(tǒng)。

圖3 驗收系統(tǒng)的結(jié)構圖

（2）負控系統(tǒng)模型導入

該系統(tǒng)采用以下模式對10 kV 配電網(wǎng)的配變導入：在不影響原系統(tǒng)應用功能的情況下，布置一臺通信接口服務器在DMS 系統(tǒng)，按照IEC 61968 的消息格式，在CIM/XML 格式的模型數(shù)據(jù)的基礎上，構建新的基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)交換格式，利用配置在通信接口服務器上的程序發(fā)送到DMS，DMS 根據(jù)差異模型，以增量形式完成數(shù)據(jù)庫模型更新。

（3）分析解合環(huán)操作

合環(huán)操作前，系統(tǒng)首先會提醒操作人員進行檢查確認。配電線路在閉環(huán)運行的情況下，線路閉環(huán)監(jiān)視異常監(jiān)視報表會提出警報，提示閉環(huán)位置及時間記錄，并通過警報提示運行人員執(zhí)行處理。

（4）無線公網(wǎng)數(shù)據(jù)采集

通過公共網(wǎng)絡通信前置服務器，配網(wǎng)主站系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。置于三區(qū)的公網(wǎng)前置服務器成為GPRS 服務器。通過正向隔離，一區(qū)向公網(wǎng)區(qū)同步模型，通過反向隔離，公網(wǎng)區(qū)把采集到的數(shù)據(jù)傳送至一區(qū)系統(tǒng)。該方法只需維護一套模型，可以把公網(wǎng)區(qū)與一區(qū)隔離開，其安全性大大提高。公網(wǎng)前置服務器將無線終端的采集量、通道工況和在線率等信息等數(shù)據(jù)通過反向物理隔離裝置傳入一區(qū)，經(jīng)過解釋后，形成實時數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)應用

本系統(tǒng)遵循 IEC 61970/IEC 61968 標準，包含六個子系統(tǒng)：（1）配網(wǎng)自動化系統(tǒng)平臺子系統(tǒng)；（2）SCADA 子系統(tǒng)；（3）饋線自動化子系統(tǒng)；（4）配網(wǎng)管理應用子系統(tǒng)；（5）配網(wǎng)高級分析子系統(tǒng)；（6）WEB子系統(tǒng)。上述幾個子系統(tǒng)共享統(tǒng)一的模型、圖形和數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)應用到的新技術及具體實施方案如下。

3.1 電纜網(wǎng)自動化分布智能型FA功能

為了實現(xiàn)對變電站出線斷路器CB 和CB 之后的線路第1 臺開關K1 之間的故障進行快速隔離，需要通過配網(wǎng)主站獲取CB 的開關狀態(tài)及CB 的保護動作信息。目前采用新增一臺轉(zhuǎn)發(fā)服務器的方式，與配網(wǎng)主站III區(qū)相連，獲取自動化線路的CB信息。

對故障電源側(cè)非故障區(qū)段的恢復供電涉及對變電站CB 的控制操作問題。線路故障隔離成功后，配網(wǎng)主站接收到故障已被成功隔離的信息，此時可由配網(wǎng)主站對CB下達合閘指令或現(xiàn)場人工合閘操作。

方案系統(tǒng)構成如圖4所示。

CB1～2：變電站出線斷路器；時限過流0 s，不投重合閘。

K1～5：環(huán)進、環(huán)出負荷開關間隔。

LS：聯(lián)絡開關間隔（負荷開關）。

當故障區(qū)段兩側(cè)開關3G通信模塊或一二次設備異常時，由相鄰的電源側(cè)或負荷側(cè)分段開關近后備保護分閘，隔離故障。

3.2 實時用電調(diào)度管理

（1）展示110 kV電網(wǎng)實時用戶數(shù)據(jù)報表

為系統(tǒng)用戶提供宏觀上的、快速的查詢界面，幫助用戶快速掌握實時用戶的數(shù)量，直接支持電網(wǎng)風險評估及預控管理。

圖4 方案系統(tǒng)構成圖

（2）展示供電負荷社會經(jīng)濟成分及分類負荷實況圖

可檢索該設備所供電各類用戶數(shù)（重要用戶數(shù)）以及其故障時影響用戶數(shù)（重要用戶數(shù)）的實時分布情況，及其在全網(wǎng)低壓用戶數(shù)的占比（%），為系統(tǒng)用戶快速了解差異化的用電需求。

（3）展示重要用戶用電實況圖

從配網(wǎng)自動化系統(tǒng)實時提取有關電氣量、開關量數(shù)據(jù)，監(jiān)測全網(wǎng)所有重要用戶的供電情況及負荷大小，展示實時配網(wǎng)供電電源及全部后備電源；為重要用戶的用電實況巡視提供人機交互界面，直接支持重要用戶快速復電管理。

（4）展示重要用戶電源點追溯圖

以重要用戶或10 kV 饋線開關為起點，根據(jù)電網(wǎng)實時拓撲，進行電源點追溯，獲取用戶供電路徑，展示該用戶電源所經(jīng)過的各電壓等級變電站和線路，直至500 kV變電站；為重要用戶的供電路徑巡視提供界面。

（5）展示10 kV饋線電源點追溯圖

為當值調(diào)度員掌握變電站10 kV 電源支撐提供更全面、準確、直觀的界面，直接支持主網(wǎng)快速復電及風險預控。

（6）展示110 kV經(jīng)濟潮流圖

為當值調(diào)度員掌握各類設備實時推動的經(jīng)濟價值提供直觀的界面，直接支持創(chuàng)造最優(yōu)經(jīng)濟價值的用電調(diào)度。

（7）展示供電負荷信息表

以線路、主變、母線或整站為單位，展示上一統(tǒng)計周期各類負荷實時推動的經(jīng)濟價值。為當值調(diào)度員掌握各類用戶實時推動的經(jīng)濟價值提供直觀的界面，直接支持創(chuàng)造最優(yōu)經(jīng)濟價值的用電調(diào)度。

3.3 大面積停電“1+3”應急服務模式

系統(tǒng)除了對日常管理進行優(yōu)化以外，還建立“1+3”停電事件應急管理模式，通過營配信息集成實現(xiàn)復電指揮中心、客戶服務中心、輿情發(fā)布中心對大面積停電事件的全過程管理，確保及時恢復供電，實時答復客戶，適時通過媒體發(fā)布大面積停電情況通報。

通過EMS 系統(tǒng)獲取10 kV 母線告警信息，由調(diào)控中心確認，在營配信息集成中生成大面積停電事件，并實時發(fā)布停電搶修通知，同時停電信息還會實時傳送至客戶服務中心，以便及時短信通知停電受影響的客戶，有效安撫用電客戶的情緒。

通過WEBGIS 上顯示停電信息，并根據(jù)復電情況進行可視化展現(xiàn)。還根據(jù)營銷系統(tǒng)客戶分類進行客戶細分，統(tǒng)計停電影響用戶，以及用戶的類型，對展現(xiàn)出來的重要客戶可以采取優(yōu)先復電等措施。

4 系統(tǒng)實施情況

EMS 智能輔助系統(tǒng)在設計、開發(fā)、實施的過程中緊密結(jié)合實際，系統(tǒng)逐步完善。系統(tǒng)巡檢功能大大提高了自動化人員的系統(tǒng)巡視效率，通過系統(tǒng)自動生成的日志，迅速掌握系統(tǒng)的關鍵信息變化情況，從而迅速察覺系統(tǒng)風險。系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲功能和電網(wǎng)模型糾錯技術提高了系統(tǒng)的維護效率和質(zhì)量，實時監(jiān)測系統(tǒng)拓撲鏈接及設備參數(shù)。自動化仿真系統(tǒng)模擬了站端的各種運行方式和保護動作情況一鍵式導出主站的數(shù)據(jù)，然后將仿真系統(tǒng)的主站仿真功能應用于站端，使站端調(diào)試人員在沒有自動化通道和主站人員的配合下，提前開展調(diào)試工作。自動化驗收系統(tǒng)一鍵式生成自動化驗收系統(tǒng)的驗收模型，詳細地記錄驗收結(jié)果。本系統(tǒng)不僅給供電企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，節(jié)約了人力成本，同時也通過快速處理配網(wǎng)跳閘故障，減少了停電時的用戶數(shù)，為用戶供更多的電，新增了社會利潤。

5 結(jié)論

本文涉及的基于EMS 的智能輔助系統(tǒng)通過分層、分區(qū)、分界多種經(jīng)濟實用、建設周期短的模式全面推廣配網(wǎng)自動化應用，不斷提高供電可靠性，為地區(qū)供電局實現(xiàn)配網(wǎng)自動化提供參考，具有良好的可復制性和推廣應用價值。

［1］王明俊，于爾鏗，劉廣一.配電系統(tǒng)自動化及其發(fā)展［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［2］王全根.配電自動化系統(tǒng)的功能和實施原則［A］.城市供電學術年會論文集［C］，1996.

［3］范穎，高新華.廣州供電局配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的新技術應用及研究［J］.南方電網(wǎng)技術，2009（3）：64-68.

［4］徐臘元.國內(nèi)配網(wǎng)自動化綜述［J］.農(nóng)村電氣化，2004（3）：5-6.

［5］馬軍.配網(wǎng)自動化相關技術的研究［D］.西安：西安理工大學，2004.