基于我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度特點(diǎn)的電網(wǎng)自動(dòng)化及時(shí)性通信的探討

白 琰

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司眉山供電公司，四川 眉山 620000）

電網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為職能調(diào)度，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效整合，并采用調(diào)度數(shù)據(jù)集成技術(shù)，使電力系統(tǒng)獲得暫態(tài)、動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行信息，從而能夠監(jiān)視、優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是職能調(diào)度的基礎(chǔ)，從同步性、高密度、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量等方面，職能調(diào)度對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息提出了更高的要求，因此，面臨新的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化及時(shí)性通信系統(tǒng)需要提升運(yùn)行質(zhì)量。文章中介紹的基于調(diào)度的自動(dòng)化系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度集成系統(tǒng)，它能夠支持公共信息平臺(tái)、廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)在采用公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系的結(jié)構(gòu)，以可縮放矢量圖形標(biāo)準(zhǔn)、公共信息組件/模型接口規(guī)范為基準(zhǔn)，為其他自動(dòng)化系統(tǒng)和用戶(hù)提供了面向?qū)ο蟆⒖蓴U(kuò)展、開(kāi)放的電力企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)支撐平臺(tái)。調(diào)度自動(dòng)化及時(shí)性通信系統(tǒng)及時(shí)和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互接連的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)管，同時(shí)還是電力系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度集成系統(tǒng)的直接接口，該系統(tǒng)通過(guò)與相量測(cè)量單元的通信，從而使采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并給應(yīng)用服務(wù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)時(shí)信息，并對(duì)遠(yuǎn)方設(shè)備的調(diào)控功能下達(dá)指令。作為電網(wǎng)調(diào)度集成系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)源，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)具有著強(qiáng)大的輸入、輸出功能以及高度的可靠性，最終能確保信息在職能調(diào)度的傳輸中順利、流暢。

1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化現(xiàn)狀

因?yàn)槿找鎻?fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與不斷擴(kuò)大規(guī)模，電網(wǎng)事故所造成的損失和影響的范圍已經(jīng)引起人們高度的重視。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的穩(wěn)步發(fā)展，人們對(duì)用電的安全性與可靠性提出了較高的要求。

1.1 調(diào)度生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)

調(diào)度生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用水平普遍得到提高，該系統(tǒng)的建成和使用在推動(dòng)調(diào)度機(jī)構(gòu)信息化、提高調(diào)度結(jié)構(gòu)管理水平和工作效率、加強(qiáng)調(diào)度系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)內(nèi)部之間的信息共享與溝通、規(guī)范了調(diào)度機(jī)構(gòu)部門(mén)之間的工作流程和工作界面。

1.2 電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

建設(shè)專(zhuān)用的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)路在調(diào)度系統(tǒng)在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全工作與調(diào)度系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用工作中具有著十分重要的意義。采用了IP技術(shù)體制的該網(wǎng)絡(luò)分為省網(wǎng)和骨干網(wǎng)兩級(jí)。省網(wǎng)由縣調(diào)、地調(diào)、省組成；而骨干網(wǎng)則由省級(jí)以上的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，骨干網(wǎng)和省網(wǎng)的關(guān)系是相對(duì)獨(dú)立的。在域間，網(wǎng)絡(luò)路由采用自治域加穿越自治域的模式，而鏈路狀態(tài)協(xié)議則共享于域內(nèi)，靜態(tài)路由為廠(chǎng)站路由的接入方式。

1.3 電能量計(jì)量系統(tǒng)

由于電能量計(jì)量系統(tǒng)能夠采集完整、準(zhǔn)確的信息，具有分析、統(tǒng)計(jì)、采集分時(shí)關(guān)口電量等功能在考核、電量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、電量結(jié)算等方面發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，因此，電能量計(jì)量系統(tǒng)在省間電力市場(chǎng)中得到廣泛使用。

1.4 調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)

隨著我國(guó)聯(lián)網(wǎng)工程進(jìn)度的不斷加快、在進(jìn)行調(diào)度員事故處理、運(yùn)行操作模擬培訓(xùn)中，調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)是提高技術(shù)應(yīng)用的重要手段。所以，在省、網(wǎng)調(diào)等各項(xiàng)建設(shè)和應(yīng)用工作中，調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)得到較好應(yīng)用。

2 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化及時(shí)性通信系統(tǒng)

2.1 集群

一組網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或計(jì)算機(jī)就是集群，在運(yùn)行模式上，前置通信子系統(tǒng)由通信口互為主備、雙機(jī)互為主備、逐漸發(fā)展成為分組集群。作為向用戶(hù)提供網(wǎng)絡(luò)資源的整體，集群具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其中屬故障自動(dòng)切換、負(fù)載均衡、擴(kuò)展性好等為主。通常采用雙前置服務(wù)器作為規(guī)模較小的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)集群，而在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模較大的前提下，則應(yīng)采用兩臺(tái)機(jī)器以上的多前置服務(wù)器集群。前置服務(wù)器的集合為后臺(tái)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)通信服務(wù)和數(shù)據(jù)采集，離線(xiàn)故障發(fā)生于某臺(tái)前置服務(wù)器時(shí)，在其他相應(yīng)機(jī)器上，所有通道會(huì)自動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移。路由器、終端服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備被劃分倒每一個(gè)端口，不再是成組值班。若某臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生了故障，預(yù)期相對(duì)應(yīng)的備用個(gè)端口會(huì)將值班狀態(tài)自動(dòng)切換。可按照需要來(lái)增減集群節(jié)點(diǎn)，例如：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和前置服務(wù)器等。前置服務(wù)器上通信任務(wù)的動(dòng)態(tài)再分配可通過(guò)配置管理進(jìn)行有效控制。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)通信設(shè)備

伴隨終端服務(wù)器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信的不斷發(fā)展，終端服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了額串口通信與網(wǎng)絡(luò)通信之間的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通信設(shè)備的應(yīng)用也逐漸形成網(wǎng)絡(luò)化。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，前置服務(wù)器可以對(duì)終端服務(wù)器端口數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖區(qū)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。通過(guò)通信方式不難看出，TCP/TP以太網(wǎng)和RS232串行模式為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化及時(shí)性通信系統(tǒng)的兩種方式，當(dāng)采用IP網(wǎng)絡(luò)方式時(shí)，通過(guò)路由器，與網(wǎng)絡(luò)的通信方式為通過(guò)路由器采用TCP/IP的方式，在邏輯層面上，前置服務(wù)器可以創(chuàng)建多條鏈路，而可以采用不同的應(yīng)用層作為每一條鏈路的通信協(xié)議。而應(yīng)用串行通信方式時(shí)，變電站通信和調(diào)度中心則為電力專(zhuān)線(xiàn)通道。

3 硬件配置

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化及時(shí)性通信系統(tǒng)硬件可由3層組成。第一層為專(zhuān)線(xiàn)通道接口板。位于模擬專(zhuān)線(xiàn)通道的信號(hào)采用調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)，數(shù)字專(zhuān)線(xiàn)通道的信號(hào)光電隔離采用數(shù)字接口板繼而實(shí)現(xiàn)。數(shù)字接口板和職能調(diào)制解調(diào)器還擁有波特率轉(zhuǎn)換與同異步等功能。構(gòu)成第二層的是網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，通過(guò)數(shù)字接口板或調(diào)制解調(diào)器與專(zhuān)線(xiàn)RTU進(jìn)行連接，終端服務(wù)器可完成網(wǎng)絡(luò)RS232串口。PMU和RTU由路由器進(jìn)行連接。組成第三層的為前置服務(wù)器，在進(jìn)行通信協(xié)議的處理后，服務(wù)器為后臺(tái)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)通信服務(wù)和數(shù)據(jù)采集服務(wù)。

4 應(yīng)用

4.1 能量管理系統(tǒng)

以我國(guó)電網(wǎng)多區(qū)域大電網(wǎng)為例進(jìn)行介紹。通過(guò)劃分不同虛擬局域網(wǎng)，前置通信子系統(tǒng)對(duì)中心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)共用，并以此來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)通信效率。因前置通信子系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量較大，所以為了確保WAMS和EMS前置采集系統(tǒng)效率，避免增加EMS前置服務(wù)器處理器負(fù)荷，采用了WAMS和EMS前置通信子系統(tǒng)分組集群。EMS前置通信子系統(tǒng)集群由四臺(tái)前置服務(wù)器構(gòu)成。對(duì)象管理通信為通道，前置通信子系統(tǒng)通道有效繼承了廠(chǎng)站屬性。通道優(yōu)先權(quán)、通信路徑、通信協(xié)議、通道類(lèi)型等屬性域在通道表里被定義。通道中的數(shù)據(jù)來(lái)源、通信協(xié)議、通信介質(zhì)等均可不同?？梢酝ㄟ^(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的方式來(lái)切換通道的主、備工作狀態(tài)。通過(guò)將PMU、EMS、RTU、終端服務(wù)器端口等通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行改變，切換軟件通道由邏輯連接路由來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)菜單設(shè)定傳送方式，其功能包括手動(dòng)召喚、自動(dòng)召喚、手動(dòng)發(fā)送、自動(dòng)發(fā)送等。在告警窗內(nèi)將計(jì)劃曲線(xiàn)傳送的結(jié)果和過(guò)程提升出來(lái)，并在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)，返校確認(rèn)是計(jì)劃曲線(xiàn)傳送的要求。模型拼接技術(shù)在導(dǎo)入模型量測(cè)對(duì)象中得以應(yīng)用，利用XML文件方式將各中調(diào)的模型導(dǎo)入或?qū)С?，按照分布式建模的思路，在線(xiàn)拼接了全網(wǎng)EMS模型。

4.2 EMS系統(tǒng)互聯(lián)

實(shí)現(xiàn)EMS系統(tǒng)互聯(lián)可應(yīng)用TASE.2協(xié)議實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)互聯(lián)具有以下特點(diǎn)：①規(guī)范開(kāi)放式接口，EMS開(kāi)放式接口規(guī)范應(yīng)用與通信網(wǎng)管和應(yīng)用當(dāng)?shù)氐腅MSA系統(tǒng)中，通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的方式，TASE.2通信網(wǎng)關(guān)將可選通信對(duì)象名稱(chēng)從EMS系統(tǒng)中讀取出來(lái)，并生產(chǎn)工用戶(hù)訂閱的界面，本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)記錄ID在生成后向通信網(wǎng)關(guān)自動(dòng)返回，采用擴(kuò)充協(xié)議，按照注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄ID，在低層實(shí)施雙向通信，對(duì)于用戶(hù)而言，該通信過(guò)程為透明狀態(tài)，向用戶(hù)提供按名通信界面。②實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化導(dǎo)出和上傳，根據(jù)EMS系統(tǒng)中設(shè)備對(duì)象和量測(cè)對(duì)象之間存在的關(guān)系，反映該量測(cè)對(duì)象物理意義的信息從設(shè)備對(duì)象描述中提取出來(lái)，并轉(zhuǎn)換為T(mén)ASE.2對(duì)象字符串，并依照規(guī)則將TASE.2網(wǎng)絡(luò)名拼接出。③提高了地調(diào)EMS系統(tǒng)信息速度，采用TASE.2協(xié)議，將原先通信方式下地調(diào)到省所需八秒的速度提升至兩秒以下，提高了傳輸速度后，也同步提高了高級(jí)應(yīng)用軟件的信息，從很大程度上提高了計(jì)算精度。④作為T(mén)ASE.2協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)，在地調(diào)和中調(diào)EMS系統(tǒng)外掛上前置通信子系統(tǒng)，并創(chuàng)建以全網(wǎng)統(tǒng)一管理為基礎(chǔ)的通信傳輸機(jī)制。為便于協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)重組，各種常用的通信協(xié)議集成于該通信網(wǎng)關(guān)。而根據(jù)用戶(hù)的需求，可采用SUN、IBM、ALPHA機(jī)型作為前置服務(wù)器。

結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是職能調(diào)度的基礎(chǔ)，從同步性、高密度、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量等方面，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。基于調(diào)度的自動(dòng)化系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度集成系統(tǒng)，它能夠支持公共信息平臺(tái)、廣域動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)。為了提供強(qiáng)有力的信息載體支撐、調(diào)度自動(dòng)化實(shí)時(shí)信息，從變電站至調(diào)度中心具有網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放、應(yīng)用開(kāi)放的統(tǒng)一通信協(xié)議被廣泛應(yīng)用。對(duì)于大力推進(jìn)以自身調(diào)度為特點(diǎn)的國(guó)家電網(wǎng)自動(dòng)化及時(shí)性通信有著深遠(yuǎn)的意義。

[1]吳云亞，謝少軍，闞加榮，過(guò)亮.逆變器側(cè)電流反饋的LCL并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)電壓前饋控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013（06）.

[2]趙瑞杰，田素立，代興華，劉德林.一種利于DSP實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)型電網(wǎng)電壓軟鎖相環(huán)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（15）.

[3]胡國(guó)珍，段善旭，陳昌松，江小龍，陳曦.弱電網(wǎng)下儲(chǔ)能電池能量回饋系統(tǒng)自適應(yīng)并網(wǎng)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（01）.