基于電網(wǎng)互聯(lián)模型的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理系統(tǒng)

李文啟，付紅軍，李 巖，劉 軼，王星海，劉伯康

（河南電力調(diào)度控制中心，鄭州 450052）

基于電網(wǎng)互聯(lián)模型的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理系統(tǒng)

李文啟，付紅軍，李 巖，劉 軼，王星海，劉伯康

（河南電力調(diào)度控制中心，鄭州 450052）

為加快電網(wǎng)事故處理進(jìn)程，建立了一套集中式的省地縣調(diào)度一體化電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)建立省地縣三級(jí)電網(wǎng)的互聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)了圖形化的調(diào)度事故預(yù)案的上下級(jí)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)。并給出省地縣調(diào)度預(yù)控管理業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)集中、應(yīng)用集中系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所涉及的工作流管理平臺(tái)和角色訪問(wèn)控制技術(shù)，在保證系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)上解決了傳統(tǒng)紙質(zhì)預(yù)案存儲(chǔ)、管理、共享和上下級(jí)聯(lián)動(dòng)等問(wèn)題，提高了對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處理能力。

模型互聯(lián)；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控；事故預(yù)案；工作流管理

預(yù)案程序化、規(guī)范化是電網(wǎng)事故處理快速準(zhǔn)確的重要基礎(chǔ)。調(diào)度人員在獲得準(zhǔn)確的事故信息后，按照事故的類型及安全自動(dòng)裝置、保護(hù)動(dòng)作情況和開(kāi)關(guān)跳閘后的停電范圍等信息，有針對(duì)性地啟動(dòng)預(yù)先編制好的相應(yīng)的規(guī)范預(yù)案，是快速、準(zhǔn)確進(jìn)行事故處理并恢復(fù)供電的基礎(chǔ)。目前，調(diào)度預(yù)案基本以文本形式分散存放，無(wú)預(yù)案專項(xiàng)審核流程，搜索查詢不方便，不易修改更新，共享性差，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)上下級(jí)預(yù)案聯(lián)動(dòng)互聯(lián)等高級(jí)應(yīng)用功能，不利于員工的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，也不利于知識(shí)的積累。這種方式不能夠?qū)κ鹿暑A(yù)案相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，無(wú)法為實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件快速響應(yīng)提供支持，在一定程度上對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了安全隱患。

文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]通過(guò)研究電網(wǎng)模型，提出了上下級(jí)電網(wǎng)模型的拼接方法，但是沒(méi)有將重建后的模型應(yīng)用于電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控；文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]探討了網(wǎng)省地一體化電網(wǎng)事故預(yù)案定制管理的必要性及其主要內(nèi)容，對(duì)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控具有很重要的意義，但是沒(méi)有利用電網(wǎng)互聯(lián)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本文以省地縣三級(jí)電網(wǎng)的互聯(lián)模型為基礎(chǔ)，建立了一套集中式的省地縣調(diào)度一體化電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控綜合管理系統(tǒng)。完善突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的制定和管理工作，提高應(yīng)突發(fā)事件的綜合管理水平和應(yīng)急處理能力。系統(tǒng)解決傳統(tǒng)紙質(zhì)預(yù)案的存儲(chǔ)、管理、上下級(jí)聯(lián)動(dòng)和使用不便等問(wèn)題，對(duì)事故預(yù)案相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，為實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件快速響應(yīng)提供支持。

1 基于電網(wǎng)互聯(lián)模型的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理

本文建立了省地縣三級(jí)電網(wǎng)的互聯(lián)模型，并在此互聯(lián)模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了圖形化的調(diào)度事故預(yù)案的上下級(jí)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，從傳統(tǒng)的“單一管理”到“省地縣一體的全過(guò)程在線聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)協(xié)同聯(lián)動(dòng)”的大模式轉(zhuǎn)變，建立“橫向各專業(yè)覆蓋、縱向上下級(jí)互聯(lián)”的預(yù)控管理體系。

1.1 電網(wǎng)互聯(lián)模型的特性

電網(wǎng)模型是進(jìn)行復(fù)雜電力系統(tǒng)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)，建模的方式與模型的結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)能量管理系統(tǒng)[2]EMS（energy management system）的運(yùn)行分析至關(guān)重要。為了保證分析決策的正確性，在對(duì)本轄區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行在線分析時(shí)，建立的模型需要綜合考慮外網(wǎng)這個(gè)因素。在傳統(tǒng)EMS中，通常僅建立內(nèi)網(wǎng)的詳細(xì)網(wǎng)絡(luò)模型，外網(wǎng)則被簡(jiǎn)單地等值為發(fā)電機(jī)模型掛在模型的邊界節(jié)點(diǎn)上，此等值過(guò)程通常不考慮外網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，因此無(wú)法滿足電網(wǎng)在線安全分析的精度要求。在線安全分析，特別是在線暫態(tài)安全分析，需要得到一個(gè)既能反映內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)，又能考慮外網(wǎng)對(duì)內(nèi)網(wǎng)影響的網(wǎng)絡(luò)模型，因此需要將外網(wǎng)在線模型和內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)模型組合，得到一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)模型。

1.2 電網(wǎng)互聯(lián)模型建立的流程

本文中電網(wǎng)互聯(lián)模型建立步驟[1]如下。

（1）獲取外網(wǎng)在線模型，并在該模型上進(jìn)行等值處理，得到一個(gè)合理的外網(wǎng)等值模型。此時(shí)需要兼顧靜態(tài)安全分析、暫態(tài)安全分析和電壓安全分析的要求，外網(wǎng)等值采用同調(diào)動(dòng)態(tài)等值方法，并保留部分緩沖網(wǎng)以提高等值精度。

（2）獲取內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA （supervisory control and data acquisition）數(shù)據(jù)，刪除壞數(shù)據(jù)，進(jìn)行內(nèi)部電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)，獲得一個(gè)具有一定精確度的實(shí)時(shí)內(nèi)網(wǎng)模型。

（3）將外網(wǎng)模型與內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)模型合并，得到完整的電網(wǎng)互聯(lián)模型，調(diào)節(jié)外網(wǎng)相關(guān)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷注入，使得外網(wǎng)邊界節(jié)點(diǎn)電壓和注入功率與內(nèi)網(wǎng)對(duì)應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)的電壓和聯(lián)絡(luò)線功率匹配，保證內(nèi)網(wǎng)部分的狀態(tài)不變。地調(diào)與縣調(diào)電網(wǎng)交互模型的建立同省調(diào)與縣調(diào)電網(wǎng)交互模型建立。

1.3 外網(wǎng)在線模型的獲取

通過(guò)與EMS的無(wú)縫對(duì)接，系統(tǒng)定時(shí)從EMS上導(dǎo)出外網(wǎng)在線模型，以保證系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備的狀態(tài)及其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。地調(diào)從省調(diào)獲取外網(wǎng)在線模型時(shí)，需要從省調(diào)獲取的數(shù)據(jù)有：

（1）E格式文件。每隔5～15 min以E格式文件的方式遠(yuǎn)程讀取省調(diào)數(shù)據(jù)平臺(tái)中的電網(wǎng)模型（包括潮流分布）；

（2）可縮放矢量圖形SVG（scalable vector graphics）文件[5]。遠(yuǎn)程讀取廠站單線圖SVG文件。

外網(wǎng)在線模型獲取流程如圖1所示。

圖1 外網(wǎng)在線模型獲取流程Fig.1 Online process to obtain the external network model

獲取外網(wǎng)在線模型時(shí)，各地調(diào)服務(wù)器通過(guò)TCP報(bào)文向EMS平臺(tái)發(fā)出申請(qǐng)，EMS收到申請(qǐng)后，通過(guò)FTP把外網(wǎng)在線模型以cime和g格式文件發(fā)送到地調(diào)的CIM通信服務(wù)器上，同時(shí)通過(guò)TCP報(bào)文通知地調(diào)。外網(wǎng)在線模型獲取，交互過(guò)程如圖2所示。

圖2 模型獲取交互過(guò)程Fig.2 Model for interactive structure

外網(wǎng)在線模型以cime和g文件作為數(shù)據(jù)載體。

（1）cime文件。系統(tǒng)定時(shí)以cime文件的方式遠(yuǎn)程讀取EMS平臺(tái)中的電網(wǎng)模型。cime文件中包含有電網(wǎng)的拓?fù)溥B接關(guān)系、廠站關(guān)系及設(shè)備遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)等。

（2）g文件。系統(tǒng)遠(yuǎn)程讀取廠站單線圖g文件。g文件中包含有設(shè)備電壓顏色、不同狀態(tài)下的特征、文字信息以及圖間跳轉(zhuǎn)關(guān)系等。

通過(guò)對(duì)cime文件和g文件的解析，合并成一個(gè)外網(wǎng)實(shí)時(shí)模型，將其導(dǎo)入系統(tǒng)。外網(wǎng)在線模型獲取涉及的文件如圖3所示。

圖3 外網(wǎng)在線模型獲取涉及的文件Fig.3 Documents involved for outside network model

1.4 電網(wǎng)互聯(lián)模型的合并和交互關(guān)系

在電網(wǎng)在線模型中，設(shè)備元件以設(shè)備ID作為其唯一的區(qū)別標(biāo)識(shí)，省調(diào)和地調(diào)須建立聯(lián)絡(luò)線名稱對(duì)照表或保持命名規(guī)范一致，以保證雙方模型的正常合并。本系統(tǒng)通過(guò)以下3種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的合并。

（1）省調(diào)、地調(diào)母線公用。省調(diào)、地調(diào)電網(wǎng)模型合并時(shí)，將公用母線設(shè)置相同的設(shè)備ID，根據(jù)公用母線建立省地各自的拓?fù)潢P(guān)系。

（2）省調(diào)、地調(diào)變壓器公用。在省調(diào)、地調(diào)電網(wǎng)模型中，公用的變壓器設(shè)置相同的設(shè)備ID。模型互聯(lián)時(shí)，從省調(diào)模型中獲取公用變壓器高壓側(cè)部分，與地調(diào)模型中公用變壓器中、低壓側(cè)部分進(jìn)行合并。

（3）單端線路替代。如果省地調(diào)模型中沒(méi)有公用母線或變壓器，就需要用單端線路來(lái)替代。在省調(diào)模型中，地調(diào)模型中的設(shè)備整體以一條單端線路替代；在地調(diào)模型中，省調(diào)模型中的設(shè)備整體以一條單端線路替代，這兩條對(duì)應(yīng)的單端線路設(shè)置相同的設(shè)備ID。

2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1 事故預(yù)案編制流程

在電網(wǎng)互聯(lián)模型的基礎(chǔ)上，省調(diào)通過(guò)電力專用網(wǎng)獲取其所轄地調(diào)建立的事故預(yù)案，各地調(diào)可以通過(guò)電力企業(yè)調(diào)度部門之間各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、MIS系統(tǒng)信息交換問(wèn)題的中間交換平臺(tái)來(lái)讀取省調(diào)事故預(yù)案；各地調(diào)通過(guò)其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)讀取所轄縣調(diào)事故預(yù)案，各縣調(diào)可以借助共享平臺(tái)來(lái)查看省調(diào)、地調(diào)事故預(yù)案。這樣就實(shí)現(xiàn)了省、地、縣三級(jí)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)。

本方法的事故預(yù)案由省、地、縣各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)共同完成。省調(diào)負(fù)責(zé)提出事故處理總體思路和框架，并制定自己的相關(guān)調(diào)控措施；地調(diào)在省調(diào)調(diào)控措施的基礎(chǔ)上，結(jié)合事故處理的思路和步驟，完成自己調(diào)度管轄范圍內(nèi)相關(guān)調(diào)控措施；相關(guān)縣調(diào)在省調(diào)和地調(diào)調(diào)控措施的基礎(chǔ)上完成自身的調(diào)控措施。地調(diào)對(duì)事故處理思路、步驟有建議和意見(jiàn)，可以反饋給省調(diào)，經(jīng)過(guò)協(xié)商后調(diào)整，地調(diào)負(fù)責(zé)審核縣調(diào)的調(diào)控措施是否合適，最終由省調(diào)審核地調(diào)的調(diào)控措施并匯總完成整個(gè)一體化事故預(yù)案。通過(guò)由上而下制定，再自下而上反饋修訂完成的一體化事故預(yù)案，可以使各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)都能夠了解和掌握整個(gè)事故處理思路和步驟，從而極大地提升了事故預(yù)案的系統(tǒng)性、針對(duì)性和有效性。

2.2 工作流管理平臺(tái)技術(shù)

引擎設(shè)計(jì)參考國(guó)際工作流管理聯(lián)盟制定的工作流標(biāo)準(zhǔn)，以圖形化的方式實(shí)現(xiàn)工作流程的設(shè)計(jì)再造，直觀展示流程圖，以拖動(dòng)的方式維護(hù)流程節(jié)點(diǎn)及其拓?fù)潢P(guān)系。

流程數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了流程中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，包括節(jié)點(diǎn)的可維護(hù)性、處理權(quán)限、拓?fù)潢P(guān)系以及起止時(shí)間等屬性。為了便于設(shè)計(jì)，將待處理的表單頁(yè)面與流程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)應(yīng)綁定，這樣表單在按流程流轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)繼承了該節(jié)點(diǎn)的屬性。

由于頁(yè)面繼承了流程節(jié)點(diǎn)的時(shí)間屬性，所以頁(yè)面到達(dá)后，會(huì)自動(dòng)與節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息進(jìn)行比較，如果已經(jīng)達(dá)到可以在該節(jié)點(diǎn)的停留時(shí)間，則頁(yè)面會(huì)自動(dòng)提醒或按照該節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系流轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了任務(wù)改派、超時(shí)提醒等功能。工作流管理系統(tǒng)采取的結(jié)構(gòu)如圖4所示[7]。

圖4 工作流管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of workflow management system

2.3 基于角色的訪問(wèn)控制技術(shù)

基于角色（Role）的權(quán)限，系統(tǒng)對(duì)用戶的訪問(wèn)進(jìn)行控制。根據(jù)需要，在系統(tǒng)中設(shè)置不同的角色，規(guī)定各個(gè)角色的權(quán)限，并將各個(gè)用戶置于不同的角色。實(shí)施過(guò)程中需結(jié)合高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES（advanced encryption standard）等密碼算法對(duì)用戶名、密碼等關(guān)鍵字段進(jìn)行加密處理。

系統(tǒng)將角色的權(quán)限作為流程節(jié)點(diǎn)的屬性，來(lái)控制用戶的訪問(wèn)。由于頁(yè)面繼承了流程節(jié)點(diǎn)的權(quán)限屬性，所以用戶登錄后，根據(jù)用戶所屬的角色，來(lái)判斷用戶在編制、審核事故預(yù)案時(shí)可以有哪些權(quán)限，對(duì)那些頁(yè)面進(jìn)行哪些操作?；诮巧脑L問(wèn)控制模塊如圖5所示。

圖5 基于角色的訪問(wèn)控制模型Fig.5 Role-based access control model

2.4 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理系統(tǒng)的功能

1）調(diào)度預(yù)案流程管理

實(shí)現(xiàn)省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)三級(jí)調(diào)度事故預(yù)案的編制、審核、批準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等流程化管理；實(shí)現(xiàn)事故預(yù)案的遠(yuǎn)程上傳更新、流程審計(jì)及監(jiān)督考評(píng)功能。

2）省地預(yù)案上下級(jí)聯(lián)動(dòng)

系統(tǒng)根據(jù)上下級(jí)雙重調(diào)度邊界點(diǎn)作為聯(lián)動(dòng)點(diǎn)，依據(jù)重要用戶的電源追溯表，將市調(diào)所管轄的高電壓等級(jí)電網(wǎng)的事故預(yù)案與地區(qū)電網(wǎng)部分的事故預(yù)案進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)縱向互聯(lián)的全網(wǎng)事故預(yù)案管理體系。

3）圖形服務(wù)

通過(guò)發(fā)布電網(wǎng)和變電站電氣接線圖，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電氣接線圖與預(yù)案的統(tǒng)一管理和服務(wù)功能，用戶可對(duì)事故狀態(tài)下的電網(wǎng)斷面進(jìn)行模擬研究，對(duì)該斷面下的電網(wǎng)潮流進(jìn)行模擬3D可視化展示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出的以省地縣電網(wǎng)三級(jí)互聯(lián)模型為基礎(chǔ)，建立圖形化的事故預(yù)案上下級(jí)聯(lián)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的方法，完善了電網(wǎng)公司突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的制定和管理工作，為電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件提供快速技術(shù)支持，大幅度提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的綜合管理水平和應(yīng)急處理能力。系統(tǒng)實(shí)施突出預(yù)防和應(yīng)急處置并重的原則，在可預(yù)見(jiàn)的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)有效預(yù)防、迅速響應(yīng)、快速組織、果斷處置大面積停電等應(yīng)急事件，努力控制事態(tài)發(fā)展并降低其影響，使電力生產(chǎn)秩序盡快恢復(fù)正常。

[1]鄒根華，姚諸香，郭玉金，等（Zou Genhua，Yao Zhuxiang，Guo Yujin，et al）.網(wǎng)省級(jí)電網(wǎng)之間模型互聯(lián)實(shí)現(xiàn)方法的研究（An implementation scheme of model for interconnected power networks）[C]//中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)（CSEE Conference），西安（Xi’an，China）：2008.

[2]馬強(qiáng)，荊銘，梁成輝（Ma Qiang，Jing Ming，Liang Chenghui）.基于CIM／CIS的省地調(diào)電網(wǎng)模型拼接與數(shù)據(jù)交換（CIM/CIS-based model connection and data exchange for provincial and regional power networks）[J].電力自動(dòng)化設(shè)備（Electric Power Automation Equipment），2012，32（6）：116-119.

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[4]唐寶，董征，陳亦平（Tang Bao，Dong Zheng，Chen Yiping）.網(wǎng)省地一體化電網(wǎng)事故處理預(yù)案定制管理（Customized plan making of integrated scheme of contingency management for region，province and city power grids）[J].南方電網(wǎng)技術(shù)（Southern Power System Technology），2012，6（1）：103-106.

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[7]趙瑞東，陸晶，時(shí)燕（Zhao Ruidong，Lu Jing，Shi Yan）.工作流與工作流管理技術(shù)綜述（Overview of workflow and its management technology）[J].科技信息（Science Information），2007（8）：105-107.

Risk Pre-control Integrated Management System Based on Grid Interconnection Model

LI Wen-qi，F(xiàn)U Hong-jun，LI Yan，LIU Yi，WANG Xing-hai，LIU Bo-kang
（Henan Electric Power Dispatching and Communication Centre，Zhengzhou 450052，China）

In order to speed up handling process of grid incidents，a risk pre-control management system，centralizing provinces and counties scheduling integration，is established.In this system，the interconnected model among provincial and county grids is established，which achieves a graphical dynamic linkage of scheduling accident plan between superior and subordinates.It can centralize the data of pre-control management for provinces and counties scheduling，and employ the concentrated system to develop the related workflow management platform and the role-based access control technology.Based on the safety of system，it can solve the problems of traditional paper storage，management，sharing and linkage between superior and subordinates，which improves the handling ability of emergency.

interconnected model；risk pre-control；accident plan；workflow management

TM712

A

1003-8930（2013）06-0062-04

李文啟（1963—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樯a(chǎn)技術(shù)管理。Email：liwenqi@ha.sgcc.com.cn

2013-01-09；

2013-07-16

河南省科技項(xiàng)目（豫電DTZXKJ【2011】888號(hào)）

付紅軍（1968—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與控制。Email：fuhongjun@ha.sgcc.com.cn

李 巖（1973—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與控制。Email：liyan@ha.sgcc.com.cn