基于海迅數(shù)據(jù)庫的電網(wǎng)運行監(jiān)控分析及預(yù)警系統(tǒng)

柳 昂， 邵 越， 金文德， 甘 雯， 周麗華

（1.湖州電力局，浙江 湖州 313000；2.浙江省電力公司，杭州 310007）

電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行主要受到電網(wǎng)運行方式、潮流情況、設(shè)備狀態(tài)、事故處理的正確性及處理速度等多方面因素影響，由220 kV線路及220 kV變電站之間110 kV聯(lián)絡(luò)線構(gòu)成的地區(qū)主網(wǎng)架安全運行，對于地區(qū)供電可靠性有著極大影響。

直觀、便捷地掌握電網(wǎng)主設(shè)備如重要線路及主變壓器（以下簡稱主變）的運行狀況，通過數(shù)據(jù)記錄及挖掘分析提供實時預(yù)警及輔助判斷，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行及加快主設(shè)備事故處理速度，避免事故擴大，減少停電損失具有非常重要的意義。因此，需要1套平臺系統(tǒng)能和現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)互補，實現(xiàn)對電網(wǎng)主網(wǎng)架安全、穩(wěn)定性的實時監(jiān)控、預(yù)警，事故時對重要數(shù)據(jù)的快速分析功能，幫助調(diào)度員迅速掌握電網(wǎng)危險點和注意事項。

為此，開發(fā)了一套電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)控、分析及預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對主網(wǎng)架運行方式、線路及斷面潮流、220 kV變電站電壓、功率因數(shù)情況及主變N-1運行情況的實時監(jiān)控、同時根據(jù)調(diào)度工作需求，實現(xiàn)主變N-1的智能辨識、輔助處理及無功電壓綜合分析、短信告警功能。

1 基本架構(gòu)及業(yè)務(wù)模塊

1.1 系統(tǒng)框架

如圖1所示，系統(tǒng)從功能架構(gòu)角度，分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層4個層次，分別承擔(dān)不同功能。采用海迅數(shù)據(jù)庫實時采集大量電網(wǎng)數(shù)據(jù)，應(yīng)用客戶端服務(wù)及Visual Basic作為開發(fā)工具。

海迅實時數(shù)據(jù)庫是一系列用于全自動采集、儲存和顯示信息的服務(wù)器端和客戶端的軟件程序，同時使用完全符合Microsoft Windows用戶接口標準的客戶端開發(fā)功能，可以實現(xiàn)用戶特殊需求的開發(fā)。作為大型實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，提供了清晰、精確的湖州電網(wǎng)測點數(shù)據(jù)，用戶既可瀏覽發(fā)電廠和電網(wǎng)當(dāng)前的運行情況，也可回顧過去的運行情況。

圖1 系統(tǒng)框架

1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊

系統(tǒng)以電網(wǎng)日常監(jiān)控需求和調(diào)度決策為引導(dǎo)，遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)”的原則。在業(yè)務(wù)架構(gòu)上分為4個模塊，分別為主網(wǎng)架潮流、運行狀態(tài)、非正常運行方式監(jiān)控主界面模塊；220 kV主變N-1監(jiān)控、分析及輔助決策模塊；安全穩(wěn)定限額一覽表模塊；220 kV變電站無功電壓監(jiān)控統(tǒng)計模塊。

4個模塊在功能上各自獨立，并行運行，但各模塊的監(jiān)控界面集成在一個主平臺頁面內(nèi)。

1.3 能實現(xiàn)集中顯示的主界面平臺設(shè)計

目前使用的監(jiān)控系統(tǒng)雖然有監(jiān)控功能，但不同功能分布在不同的子界面，無法在同一主界面對各子界面數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，因此在某一時刻只能監(jiān)視一個界面數(shù)據(jù)。

將非正常運行方式顯示模塊及穩(wěn)定限額設(shè)定監(jiān)視模塊作為主界面，主變N-1告警、智能分析、限電總加計算模塊及220 kV變電站無功、電壓監(jiān)控模塊分別通過功能復(fù)設(shè)定及數(shù)據(jù)存儲再讀取實現(xiàn)，各級界面關(guān)系見圖2。

2 電網(wǎng)監(jiān)控界面模塊

圖2 各級界面關(guān)系

現(xiàn)有EMS（電能管理系統(tǒng)）不能以可視化的界面清晰地告知調(diào)度員當(dāng)前電網(wǎng)的非正常運行方式，包括斷路器、隔離開關(guān)的非正常位置及線路滿載程度或越限情況。因此，換班時需要依次交接，翻閱線路限額表查看目前線路越限情況，同時翻閱相關(guān)運行值班記錄，容易出現(xiàn)遺漏或不清楚正常運行方式的情況。

通過電網(wǎng)監(jiān)控的模塊設(shè)計，在地理接線圖上對多狀態(tài)變量及對斷路器、隔離開關(guān)狀態(tài)進行自動辨識，線路設(shè)定相應(yīng)的不同程度的報警門檻值，實現(xiàn)220 kV線路，220 kV變電站及下屬變電站非正常方式的顯示。

該模塊一方面對220 kV、110 kV潮流、運行方式進行實時監(jiān)控，使調(diào)度員盡快掌握電網(wǎng)當(dāng)前異常情況，及早反應(yīng)和處理；另一方面，顯示主網(wǎng)架當(dāng)前階段出現(xiàn)的非正常運行方式，由于各聯(lián)絡(luò)線的斷路器都已在圖中體現(xiàn)，當(dāng)班調(diào)度員可以迅速掌握電網(wǎng)運行方式，同時也能提高交接班質(zhì)量。

220 kV主網(wǎng)架圖包括500 kV線路及220 kV變電站的110 kV聯(lián)絡(luò)線路，其中粉色為500 kV，藍色為220 kV，紅色為110 kV。潮流方面，超載時線路會變色并閃爍，非正常方式變電站顏色由紅變黃。

對220 kV變電站內(nèi)的各220 kV、110 kV斷路器，及片區(qū)下各110 kV變電站的非正常運行方式進行判斷，得出是否有非正常運行方式存在。如存在則220 kV變電站顏色由紅色變成黃色，點擊變電站名后進入對應(yīng)變電站片區(qū)，進行進一步的查看，片區(qū)內(nèi)的非正常方式斷路器也閃爍表示，地區(qū)主網(wǎng)架的界面見圖3。

3 220 kV主變N-1監(jiān)控、分析及輔助決策模塊

現(xiàn)有EMS缺少重要主變N-1監(jiān)視功能。當(dāng)主變N-1后，不知道主變N-I過載程度，需要查看主變?nèi)萘亢笫謩佑嬎?。此外需要翻閱相關(guān)資料才能知道主變過負荷后的可持續(xù)時間，這個持續(xù)時間長短不一，根據(jù)不同的主變和起始負荷而不同。有的主變在起始負荷較高且過負荷程度嚴重時需要馬上控制負荷，不允許過負荷運行，這時再去查找起始過負荷時間、可持續(xù)時間，如要緊急按事故限電序位表拉電，還要查看相關(guān)拉電線路的負荷數(shù)，并進行總加計算，延誤事故處理的時間。在挑選拉電線路時如選擇不合理，容易發(fā)生多限電或少限電的情況，造成更大范圍的停電損失或設(shè)備損壞。

對220 kV主變進行N-1狀態(tài)分析，具體分為4類，1類滿足N-1，2類不滿足N-1，過流倍數(shù)為1～1.3，3類過流倍數(shù)為1.3～1.5，4類為超1.5倍。根據(jù)各主變的允許過流倍數(shù)及對應(yīng)的允許過流時間給出策略。

對各220 kV變電站主變進行N－1分析，根據(jù)分析結(jié)果，若超1～1.3倍，黃色閃爍，1.3～1.5倍粉色閃爍，同時顯示各主變的220 kV斷路器狀態(tài)、主變負荷及容量。當(dāng)N-1真實發(fā)生后能追憶記錄N-1前的起始負荷倍數(shù)，并根據(jù)《湖州電力局220 kV變壓器輸送限額》顯示N-1后可持續(xù)時間，可持續(xù)時間能自動倒計時顯示。

在事故限電序位表中勾選相關(guān)的線路可以總加限電功率數(shù)，避免多限電或少限電，通過計算快速地提供總的限電功率數(shù)給調(diào)度員，輔助調(diào)度員緊急處理此類故障。發(fā)生主變N-1時，在保證電網(wǎng)穩(wěn)定及避免運行設(shè)備不過載的前提下，最大程度地實現(xiàn)限電精細化，避免不必要的停電損失。主變運行監(jiān)控界面見圖4。

4 穩(wěn)定限額模塊

湖州電網(wǎng)運行方式、安全穩(wěn)定控制限額變動頻繁，對電網(wǎng)非正常運行方式的監(jiān)控和風(fēng)險預(yù)警，有必要加強不同的檢修運行方式對應(yīng)不同的控制策略及不同的限額，現(xiàn)在需通過人工監(jiān)控系統(tǒng)增減，缺少靈活性及自主性，不能及時添加或更新監(jiān)控限額。

通過建立安全穩(wěn)定限額模塊，讀取海迅數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)，使用VB編程實現(xiàn)穩(wěn)定限額監(jiān)視內(nèi)容及算法的自由設(shè)置。該模塊（見圖5）通過“控制設(shè)置”按鈕設(shè)置當(dāng)前電網(wǎng)方式下的安全穩(wěn)定控制策略，并進行實時監(jiān)控，為電網(wǎng)特殊方式提供穩(wěn)定預(yù)警。

在控制設(shè)置中可以方便的手動設(shè)置不同線路及主變的組合，設(shè)定控制限額，在事故發(fā)生后也能及時快速進行安全穩(wěn)定限額的監(jiān)視。

5 220 kV變電站無功電壓監(jiān)控、統(tǒng)計模塊

當(dāng)前EMS與OPEN3000系統(tǒng)中只具有對變電站無功、功率因數(shù)的單一監(jiān)控功能，在告警、決策功能方面存在不足，同時AVC（自動電壓控制系統(tǒng)）在控制策略上也存在缺陷，造成部分220 kV變電站功率因數(shù)考核點不合格。

圖3 地區(qū)主網(wǎng)架的界面

圖4 主變運行監(jiān)控界面

圖5 穩(wěn)定限額設(shè)置界面

所以需要為當(dāng)值調(diào)度員提供針對220 kV變電站無功、電壓的監(jiān)控模塊，當(dāng)功率因數(shù)考核不合格時能準確給出告警信息，提醒調(diào)度員及時采取應(yīng)對措施，保證功率因數(shù)、電壓恢復(fù)至合格范圍內(nèi)，同時要求實現(xiàn)電容器投切次數(shù)顯示及長時間功率因數(shù)異常的短信報警功能。模塊有無功與功率因數(shù)監(jiān)視、告警判斷、電容器動作次數(shù)顯示、越限持續(xù)時間和合格率統(tǒng)計、語音告警、短信發(fā)送提醒、歷史告警記錄查詢、統(tǒng)計報表查詢、浮動曲線圖顯示等多種功能。

其中電容器動作次數(shù)能顯示電容器1 d的動作次數(shù)，達到設(shè)定的最大次數(shù)時AVC閉鎖，提醒調(diào)控員需加強監(jiān)控，手動調(diào)整。發(fā)短信功能能自動將定制的告警信息發(fā)送至選中人員，在有特殊需要時也可以采用手動發(fā)送，將人工編制的短信內(nèi)容發(fā)送給選中人員。

6 結(jié)語

基于海迅數(shù)據(jù)庫的電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)控、分析及預(yù)警系統(tǒng)已應(yīng)用于湖州調(diào)度的日常監(jiān)控工作中，調(diào)度工作實現(xiàn)了智能化和便捷化，同時對保證湖州電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行起到了積極作用。

目前系統(tǒng)主接線圖、主變、電容器、線路限額等信息仍需要運行人員根據(jù)接線變動情況進行及時維護，初期有一定的維護工作量。今后如能直接通過OPEN3000的Web服務(wù)器讀取電網(wǎng)主接線圖、主變參數(shù)等信息，將會進一步減少日常維護工作量。

[1]史興華.供電企業(yè)實時/歷史數(shù)據(jù)庫PI典型應(yīng)用案例[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]林卓然.VB程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.