電網(wǎng)調(diào)控一體化方案分析與設(shè)計

摘要：通過分析面向智能電網(wǎng)調(diào)控模式的整體設(shè)計要求，結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀對調(diào)控一體化系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計，從通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟件平臺設(shè)計、工作環(huán)境設(shè)計三方面提出地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)的設(shè)計方案。采用KVM陣列技術(shù)對調(diào)控一體化系統(tǒng)的計算機(jī)進(jìn)行配置，有效地提高調(diào)控計算機(jī)設(shè)備的利用率。通過電網(wǎng)調(diào)控一體化平臺總體設(shè)計方案的構(gòu)建能夠進(jìn)一步完善智能電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；調(diào)控模式；KVM陣列技術(shù)；一體化

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0239-02

調(diào)控一體化即采取“電力系統(tǒng)調(diào)度、監(jiān)測和控制中心+運維廠站”的管理模式。其中前者負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)調(diào)度、廠站監(jiān)測和控制，以及緊急情況下的遙控操作等任務(wù)；運維廠站則是對調(diào)度指令進(jìn)行分配、對廠站進(jìn)行倒閘和巡視等。將原來的變電監(jiān)控、變電運行維護(hù)全面分離，并對監(jiān)控業(yè)務(wù)與調(diào)度業(yè)務(wù)進(jìn)行融合，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度與電網(wǎng)監(jiān)控一體化管理。[1]這種新的管理模式提高了電網(wǎng)的故障處理效率和日常操作效率，保證了運行人員統(tǒng)籌調(diào)配，實現(xiàn)了減員增效的目的。

但是，調(diào)度和監(jiān)控由原來的各自分離轉(zhuǎn)變成位于同一個物理位置區(qū)域，兩者的日常業(yè)務(wù)、自動化信號將不可避免地存在相互影響和干擾。調(diào)度員和監(jiān)控員除了需監(jiān)控自動化技術(shù)支撐系統(tǒng)外，還需操作電量采集系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、調(diào)度錄音系統(tǒng)和調(diào)控大屏管理系統(tǒng)生產(chǎn)等，然而調(diào)度臺和監(jiān)控臺放置的計算機(jī)有限，這對系統(tǒng)整體設(shè)計提出了新的要求。

一、地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)整體設(shè)計

1.地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)整體要求

地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)是未來智能電網(wǎng)調(diào)控模式的重要基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)調(diào)控模式設(shè)計的總體要求可歸納為以下內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化：利用專門建設(shè)的調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)，準(zhǔn)確可靠地傳輸電力系統(tǒng)多個廠站監(jiān)測、運行、控制等方面數(shù)據(jù)，為智能型電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供可靠的數(shù)據(jù)通信保障。

（2）運行監(jiān)視全景化：從時序性、空間性、任務(wù)歸屬等多方面全面地對電力系統(tǒng)的安全運行進(jìn)行在線監(jiān)測、故障告警和判斷，將電網(wǎng)的安全狀況、監(jiān)測數(shù)據(jù)從多個層次向不同權(quán)限的運行人員進(jìn)行展示，以確保能夠可靠和完整地了解電網(wǎng)狀況。

（3）安全評估動態(tài)化：通過穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動態(tài)等多方面的在線安全量化評估，以滿足電網(wǎng)安全運行的實時監(jiān)測、緊急預(yù)警、綜合決策和全方位協(xié)調(diào)的智能化預(yù)防。[2]

（4）調(diào)度決策精細(xì)化：通過對年度運行方式、月度計劃、日前到實時調(diào)度方式的制定，以及前述任務(wù)和安全校驗等任務(wù)的實施與管理，實現(xiàn)調(diào)度輔助任務(wù)的精益化、智能化和運行風(fēng)險的預(yù)防預(yù)控。

（5）運行控制自動化：通過本地區(qū)內(nèi)的電壓無功控制、潮流控制、無功優(yōu)化、低壓減載等控制措施的配合[3]，進(jìn)行電網(wǎng)頻率、電壓、潮流的自動調(diào)整和控制，實現(xiàn)一體化的協(xié)調(diào)控制。

（6）機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)最優(yōu)化：滿足大規(guī)模新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的需求，特別是具有間歇性和波動性的風(fēng)電和光伏發(fā)電，達(dá)到常規(guī)和新能源發(fā)電機(jī)組調(diào)度協(xié)調(diào)配合的目的。

2.地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)，將其應(yīng)用功能的服務(wù)類型概括為四大類：實時監(jiān)控和告警、調(diào)度管理、調(diào)度計劃應(yīng)用、安全校核。

（1）實時監(jiān)測、控制和告警：可用于支持電力系統(tǒng)的調(diào)度任務(wù)，主要是對電力系統(tǒng)進(jìn)行全范圍的監(jiān)測，并利用先進(jìn)算法評估電網(wǎng)的安全性，進(jìn)而給出相應(yīng)的動態(tài)控制措施，從時序性、空間性、任務(wù)歸屬等多方面全面地對電力系統(tǒng)的安全運行進(jìn)行在線監(jiān)測、故障告警和判斷；從多個方位對電力系統(tǒng)的安全運行狀況進(jìn)行在線計算和閉環(huán)調(diào)控；再從概率層面計算電力系統(tǒng)的風(fēng)險指標(biāo)，從而準(zhǔn)確和適時地給出告警信號以及預(yù)防性的調(diào)整方案，甚至在某些危險情況下還給出緊急的調(diào)控措施；實時評估電力系統(tǒng)的安全狀態(tài)、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)水平。

（2）調(diào)度計劃：是調(diào)度計劃編制工作的有效保障，主要負(fù)責(zé)自動制定、分析校核考慮各種目標(biāo)和約束條件的不同時間周期的調(diào)度方式和運行方案。同時，不同的調(diào)度方案還要給出可行的細(xì)節(jié)調(diào)整、最終決策接口，從而使調(diào)度方案滿足多種運行方式需求，達(dá)到在線調(diào)度、日調(diào)度、周調(diào)度、月和年度調(diào)度一體化鏈接和滾動優(yōu)化目的。此外，還需將計及各種目標(biāo)、約束的不同時間周期調(diào)度方案與上一級電網(wǎng)調(diào)度中心進(jìn)行配合，并且考慮上級電網(wǎng)需求對電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)水平進(jìn)行綜合評價。

（3）安全校核：服務(wù)于電網(wǎng)調(diào)度、操作方案安全性評估，對不同時間周期的電網(wǎng)調(diào)度指令、操作指令的穩(wěn)定性、可行性等方面進(jìn)行綜合分析并給出整改措施。采用電網(wǎng)功角穩(wěn)定、電網(wǎng)穩(wěn)定等計算方法，從靜態(tài)、電磁及機(jī)電暫態(tài)、動態(tài)等方面逐步進(jìn)行分析，以滿足多種場景需求，進(jìn)而對機(jī)組發(fā)電調(diào)度、電氣設(shè)備檢修、線路倒閘操作等進(jìn)行全方位、多角度的校核，與此同時還要給出改善電力系統(tǒng)安全性和可靠性的可行措施。

二、地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

為了保證電力調(diào)度的可靠性和冗余性，系統(tǒng)服務(wù)器、前置機(jī)和路由器等不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都須采用雙倍冗余、相互備用的設(shè)計方式，以便一臺設(shè)備發(fā)生故障時能夠可靠地切換。采用雙重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性。系統(tǒng)采用交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可達(dá)1000MB。兩個網(wǎng)絡(luò)同時工作，負(fù)載自動平衡，故障時實現(xiàn)自動切換，單一網(wǎng)絡(luò)故障不影響整個系統(tǒng)的正常工作。

調(diào)度電力信息傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為調(diào)度與監(jiān)視部分、調(diào)度培訓(xùn)員仿真子系統(tǒng)部分、Web系統(tǒng)子系統(tǒng)部分、實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)與保信采集子系統(tǒng)部分、營銷部監(jiān)視子系統(tǒng)部分、運維操作站子系統(tǒng)部分。調(diào)度員仿真子系統(tǒng)設(shè)有防火墻與調(diào)度子系統(tǒng)隔離，而Web子系統(tǒng)設(shè)有專門的認(rèn)證服務(wù)器。同時實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與上一級調(diào)控中心連接，實時數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)與保護(hù)信息采集子系統(tǒng)將各自使用獨立的服務(wù)器和存儲器。

三、地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)軟件設(shè)計

地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化自動化系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、智能分析和輔助決策、遠(yuǎn)動和實時數(shù)據(jù)及保護(hù)信息采集三大模塊，通過這三大模塊的緊密配合實現(xiàn)對系統(tǒng)安全、實時、可靠監(jiān)視控制要求。為此要求系統(tǒng)軟件設(shè)計時充分考慮調(diào)控一體化系統(tǒng)各功能模塊的要求，根據(jù)現(xiàn)場情況確定各個模塊的關(guān)聯(lián)邏輯，以達(dá)到最優(yōu)效果。

圖1顯示了該系統(tǒng)軟件平臺中各個模塊關(guān)系結(jié)構(gòu)，可見軟件平臺邏輯層包括展示、應(yīng)用、平臺、采集等層級，每個層級包含本層級的功能模塊。

采集層：完成數(shù)據(jù)采集功能，包括變電站遠(yuǎn)動、繼電保護(hù)及自動裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)。前者能夠在線采集各個發(fā)電廠、變電站的四遙數(shù)據(jù)，而后者則在線采集多個廠站繼電保護(hù)和自動裝置的動作、告警數(shù)據(jù)，并完成保護(hù)定值的設(shè)置與保存。

平臺層：負(fù)責(zé)建立線路、變壓器等一次設(shè)備的統(tǒng)一模型，形成包含電網(wǎng)完整信息的實時瀏覽、歷史查詢數(shù)據(jù)庫，并且對系統(tǒng)平臺的管理、維護(hù)、發(fā)布設(shè)置權(quán)限。

應(yīng)用層：負(fù)責(zé)監(jiān)控、調(diào)度等應(yīng)用，同時還要對外部電網(wǎng)進(jìn)行分析和計算，進(jìn)而服務(wù)于內(nèi)部電網(wǎng)調(diào)控決策。調(diào)度應(yīng)用能夠?qū)﹄娋W(wǎng)設(shè)備、運行狀態(tài)進(jìn)行全景化監(jiān)控，對電網(wǎng)的緊急故障、合環(huán)沖擊進(jìn)行綜合分析，還能進(jìn)行調(diào)度員的操作管理。監(jiān)控應(yīng)用則是完成各個變電站的監(jiān)測、控制、告警、數(shù)據(jù)質(zhì)量的全方位管控。此外，還有電網(wǎng)輔助服務(wù)應(yīng)用能夠考慮外部電網(wǎng)進(jìn)行電網(wǎng)緊急情況分析，給出緊急事故決策、輔助措施的選擇方案。

展示層：該層完成調(diào)控系統(tǒng)的可視化功能，根據(jù)需求將展示層分成調(diào)度、監(jiān)控、巡視等不同權(quán)限，針對不同權(quán)限的運行人員需求，將各項數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，開發(fā)不同權(quán)限人員所需的展示界面。

四、地區(qū)電網(wǎng)調(diào)控一體化系統(tǒng)工作環(huán)境設(shè)計

1.調(diào)度及監(jiān)控席位改進(jìn)布置

由于調(diào)度與監(jiān)控人員改變?yōu)樵谕粋€區(qū)域工作，調(diào)度和監(jiān)控席位布置的科學(xué)程度將會直接影響調(diào)控一體化工作。因此，在調(diào)度和監(jiān)控席位的布置上應(yīng)考慮其各自職能的特點，盡量避免相互干擾。

如圖2所示，改進(jìn)前調(diào)度和監(jiān)控席位的布置簡單按照職能特點分為前后兩排，但這樣布置將會造成調(diào)度和監(jiān)控的相互干擾，增大了人為事故的幾率。采用“品”字型席位布置方式（圖4b）后，兩者的相互干擾有所減輕，同時監(jiān)控席位還需具有按自動化信號發(fā)生概率大小分配不同監(jiān)控席位的功能。

2.基于KVM陣列技術(shù)的調(diào)控計算機(jī)配置

以某日調(diào)度及監(jiān)控24小時內(nèi)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用時間為例，如表1所示?？梢娬{(diào)度及監(jiān)控人員使用的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)同時占用的概率并不高，若按照每個調(diào)度、監(jiān)控席位都配置相應(yīng)功能的計算機(jī)，將造成資源浪費。并且由于調(diào)度臺、監(jiān)控臺可放置的顯示器數(shù)量有限，各調(diào)度人員和監(jiān)控人員不可能按照所有業(yè)務(wù)的需要，配置獨享的功能顯示屏。

采用KVM陣列技術(shù)，把調(diào)度及監(jiān)控業(yè)務(wù)所需的內(nèi)網(wǎng)工作站、五防工作站、大屏幕工作站、模擬屏工作站、通信錄音系統(tǒng)工作站組合在一起，形成一個公共的整體陣列。在現(xiàn)場顯示器數(shù)量有限的情況下，調(diào)度席采用雙顯示屏，第1屏固定顯示EMS畫面，第2屏可人工任意切換為EMS（實現(xiàn)EMS雙屏）、內(nèi)網(wǎng)工作站、五防工作站、大屏幕工作站。監(jiān)控席采用三顯示屏，第1、2屏以雙屏方式固定顯示EMS畫面，第3屏可人工任意切換為內(nèi)網(wǎng)工作站、五防工作站、大屏幕工作站。采用KVM陣列技術(shù)后，方便了調(diào)控人員多功能業(yè)務(wù)的使用，改善了各顯示屏顯示切換延遲的狀況。

五、結(jié)束語

本文通過分析智能電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)的整體設(shè)計要求，從功能設(shè)計、通信網(wǎng)絡(luò)、軟件平臺、工作環(huán)境等方面分析永川地方電網(wǎng)的調(diào)控一體化總體設(shè)計方案，為實現(xiàn)面向智能電網(wǎng)的調(diào)控一體化提供可行的設(shè)計思路參考。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）