舟山電網(wǎng)調(diào)集一體化技術(shù)應(yīng)用

【摘要】隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)提速。作為電網(wǎng)核心和中樞的電網(wǎng)調(diào)度，正在發(fā)揮著日益重要的作用。本文結(jié)合目前舟山電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中一體化技術(shù)的實(shí)際情況，從系統(tǒng)的角度論述了在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)MMI模塊中圖庫(kù)一體化、顯示平臺(tái)一體化、調(diào)度集控一體化等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為智能電網(wǎng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)提供技術(shù)上的支持和建議。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；人機(jī)會(huì)話模塊；圖庫(kù)一體化；顯示平臺(tái)一體化；調(diào)度集控一體化

1、引言

加快建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是更好地滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的必然選擇，是保障國(guó)家能源安全、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、提高服務(wù)水平的根本要求。保障智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開(kāi)放、友好互動(dòng)運(yùn)行，需要采用更為高效的調(diào)度運(yùn)行機(jī)制、在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和優(yōu)化，需要更為先進(jìn)、可靠、智能化的技術(shù)手段，支撐未來(lái)調(diào)度業(yè)務(wù)的發(fā)展要求[1]。

隨著電網(wǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的逐年提高以及電力系統(tǒng)市場(chǎng)化改革的啟動(dòng)，EMS系統(tǒng)的規(guī)模也愈來(lái)愈大，管理和運(yùn)行方式也呈現(xiàn)出日益復(fù)雜的趨勢(shì)（如圖1）。由于歷史的原因，國(guó)內(nèi)的EMS系統(tǒng)往往都是由不同的幾個(gè)子系統(tǒng)組成的，被人為地割裂為SCADA、PAS、DTS等獨(dú)立系統(tǒng)。這種情況往往會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：1各個(gè)系統(tǒng)的界面風(fēng)格不同，使用人員難以適應(yīng)；2數(shù)據(jù)共享程度差、維護(hù)工作重疊，管理渠道不暢通；3系統(tǒng)間存在復(fù)雜的數(shù)據(jù)接口，增加維護(hù)的難度；4由于系統(tǒng)間常存在資源沖突不能同機(jī)運(yùn)行，浪費(fèi)硬件資源[2]。所有這些都影響了系統(tǒng)的實(shí)用化，因此在系統(tǒng)中研究一體化技術(shù)的應(yīng)用，不僅是技術(shù)發(fā)展的必然也順應(yīng)電力用戶的要求。

圖1 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本文結(jié)合上述國(guó)內(nèi)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際情況，從系統(tǒng)的角度論述了在電力調(diào)度自動(dòng)化一體化系統(tǒng)建設(shè)中需要著重考慮的圖庫(kù)一體化、顯示平臺(tái)一體化、調(diào)度集控一體化等相關(guān)于MMI模塊的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，為MMI模塊的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)和智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)提供技術(shù)上的支持和建議。

2、舟山電網(wǎng)概況

舟山電網(wǎng)是浙江省11個(gè)地市電網(wǎng)中唯一的一個(gè)海島電網(wǎng)，地調(diào)SCADA/EMS中，除了具備SCADA功能外，同時(shí)具備狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、短路?jì)算、靜態(tài)安全分析、無(wú)功優(yōu)化等功能模塊。

近幾年，國(guó)家電網(wǎng)公司開(kāi)展了建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)課題的研究，提出了統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總體發(fā)展目標(biāo)及其基本特征和內(nèi)涵。舟山供電公司也針對(duì)電網(wǎng)的高速發(fā)展、220kv電壓等級(jí)和多端柔性直流與交流混聯(lián)時(shí)代的到來(lái)提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)海島智能電網(wǎng)。

調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)支持系統(tǒng)是保障電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段，220kv電壓等級(jí)線路的聯(lián)絡(luò)，海島遠(yuǎn)距離輸電海纜結(jié)構(gòu)和多端柔直工程的建設(shè)與運(yùn)行，將會(huì)使舟山電網(wǎng)的形態(tài)和特性發(fā)生重大變化，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度駕馭電網(wǎng)的能力、進(jìn)行較大范圍資源優(yōu)化配置的能力和電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控的一體化運(yùn)行水平提出了新的更高的要求，現(xiàn)有的調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)如何適應(yīng)這些要求。在舟山地區(qū)探索建設(shè)地縣一體化調(diào)控SCADA/EMS系統(tǒng)堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)平臺(tái)建設(shè)無(wú)疑是一種方法。

在舟山地區(qū)電網(wǎng)控制中心自動(dòng)化系統(tǒng)中研究調(diào)度集控（含地調(diào)縣調(diào)）分區(qū)管理，一體化運(yùn)行技術(shù)的應(yīng)用，不僅是技術(shù)發(fā)展的必然也是適應(yīng)電力生產(chǎn)的實(shí)際要求。

3、圖模庫(kù)一體化技術(shù)

一體化系統(tǒng)最基本的要求就是基于圖形數(shù)據(jù)庫(kù)一體化的統(tǒng)一的建模方式。圖形數(shù)據(jù)庫(kù)一體化需要實(shí)現(xiàn)以下的功能：

（1）面向設(shè)備圖元建立模型，最好是采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，根據(jù)電力系統(tǒng)的接線方式和特點(diǎn)提供常用的信息模型，使得最終用戶可以直接選擇，以一種模型拼接的方式構(gòu)成系統(tǒng)描述。

（2）圖上自動(dòng)生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)使用戶面對(duì)的是形象的圖形畫面，避免直接操縱繁雜的數(shù)據(jù)。

（3）自動(dòng)生成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及其與數(shù)據(jù)庫(kù)的綁定，模型參數(shù)及其錄入界面要隨數(shù)據(jù)庫(kù)記錄結(jié)構(gòu)的改變而修正。

（4）模型包含的信息全面，能夠滿足SCADA、PAS、DTS的全部應(yīng)用。

EMS系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象是電力系統(tǒng)，它們之間存在大量的共享信息如：實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙信、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備參數(shù)，所以統(tǒng)一的建模方式可帶來(lái)很好效果。傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)一般面向RTU和測(cè)點(diǎn)建模，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、容易接受，但是數(shù)據(jù)的組織不符合物理實(shí)際，開(kāi)放性差，很難被進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。一體化系統(tǒng)提出了面向設(shè)備的建模方式，即SCADA中的遙測(cè)、遙信等參數(shù)與PAS的設(shè)備的電氣參數(shù)都作為設(shè)備的參數(shù)在建立設(shè)備模型時(shí)同時(shí)建立。（如圖2）

同時(shí)，基于設(shè)備建模的優(yōu)越性是在建立設(shè)備庫(kù)的同時(shí)由程序自動(dòng)生成量測(cè)庫(kù)，并以設(shè)備為單元進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)更趨合理，并且因?yàn)镾CADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為設(shè)備的一種屬性存在，外部系統(tǒng)也可通過(guò)設(shè)備來(lái)獲取實(shí)時(shí)系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，使得PAS、DTS與SCADA之間不存在數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)SCADA/PAS/DTS支持?jǐn)?shù)據(jù)平臺(tái)的無(wú)縫集成，可以在此基礎(chǔ)上建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)。

需要特別說(shuō)明的是，考慮到電網(wǎng)計(jì)算和仿真類軟件都需要電網(wǎng)的具體參數(shù)來(lái)生成拓?fù)浞治雒枋?，建議一體化系統(tǒng)中增加一個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)參數(shù)計(jì)算。，例如輸入某一條聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線長(zhǎng)度、幾何間距、導(dǎo)線類型等基本參數(shù)，就可以直接計(jì)算出線路的電抗、電阻并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的“標(biāo)幺值”參數(shù)，大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，減少了數(shù)據(jù)錄入的工作量，使系統(tǒng)應(yīng)用更加便利和實(shí)用。

圖2 系列系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)

4、應(yīng)用一體化技術(shù)

在具備了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)后，所有的應(yīng)用都可以基于相同的圖形及數(shù)據(jù)信息。這就為顯示平臺(tái)的一體化打下了良好的基礎(chǔ)。顯示平臺(tái)的一體化根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可以分為兩種模式。一是SCADA、PAS、DTS功能各自有不同的MMI（人機(jī)會(huì)話模塊），使用相近的數(shù)據(jù)底圖，努力做到顯示和操作方式的一致，用戶需要在不同的MMI上就完成相應(yīng)的系統(tǒng)功能。二是SCADA、PAS、DTS功能全部都使用一個(gè)相同的MMI，利用鏈接到不同的后臺(tái)服務(wù)，包括SCADA、PAS、DTS應(yīng)用上實(shí)行不同的功能，用戶只需要在同一個(gè)MMI上就可以使用全部的系統(tǒng)功能。（如圖3）

很明顯，第二種運(yùn)行模式相對(duì)于第一種運(yùn)行模式具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）EMS的全部應(yīng)用完全基于一個(gè)模塊，避免了在同一個(gè)工作站上運(yùn)行多個(gè)模塊才能實(shí)現(xiàn)全部的EMS功能，需要占用系統(tǒng)的大量資源的問(wèn)題。

（2）組態(tài)靈活方便，不需要指定單獨(dú)的SCADA、PAS、DTS工作站，而是根據(jù)實(shí)際的需要，靈活調(diào)整，有利于系統(tǒng)資源的優(yōu)化配比和減少系統(tǒng)的投資和復(fù)雜性。

（3）EMS的全部應(yīng)用完全基于一張底圖，勢(shì)必可以保證SCADA、PAS、DTS應(yīng)用上的一致性。

需要注意的是，由于系統(tǒng)中存在多種應(yīng)用，必須具備合理的顯示數(shù)據(jù)的方式，例如，可以允許用戶在同一幅畫面上選擇顯示全部的SCADA采集和PAS狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算數(shù)據(jù)（包括P/Q/I），或只顯示SCADA采集有功、電流等，操作方式靈活，這樣才能使用戶更好的選擇需要的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的操作。

圖3 一體化的人機(jī)會(huì)話模型

5、調(diào)度集控一體化

集控主站系統(tǒng)與調(diào)度主站系統(tǒng)雖然側(cè)重面不同，但是系統(tǒng)配置、核心應(yīng)用是一致的。變電集控與電網(wǎng)調(diào)度的集成基本上可以劃分為兩大類型：一種是統(tǒng)一主站方案，另一種是松散的多級(jí)主站方案。統(tǒng)一主站方案就是調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一考慮主站系統(tǒng)，獨(dú)立設(shè)置集控操作與調(diào)度操作平臺(tái)，該方案適合于中小型地區(qū)電網(wǎng)。需要注意的是：在該方案中數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一配置在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，所有參加集控操作的廠站盡可能采用問(wèn)答式通信規(guī)約，其目的是滿足因變電集控操作所需要的大容量信息傳送。松散的多級(jí)主站方案就是將集控站監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分移至調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)主站端，人機(jī)操作部分與調(diào)度監(jiān)控置于同一場(chǎng)所。數(shù)據(jù)采集可以設(shè)置在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，也可以在變電集控中心端獨(dú)立設(shè)置，該方案適合于大型和特大型地區(qū)電網(wǎng)。

一體化系統(tǒng)具有完善的信息分層和集控責(zé)任區(qū)管理功能，通過(guò)修改責(zé)任區(qū)域能方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)度和集控功能互為備用。即在系統(tǒng)均正常時(shí)，僅集控子系統(tǒng)可執(zhí)行遙控、遙調(diào)功能，當(dāng)集控子系統(tǒng)故障時(shí)，遙控和遙調(diào)功能改由調(diào)度執(zhí)行。信息分層和集控責(zé)任區(qū)管理分為兩個(gè)部分：一個(gè)是責(zé)任區(qū)域的設(shè)置和管理，另一個(gè)是根據(jù)責(zé)任區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的信息分層處理。

一體化系統(tǒng)應(yīng)將所有接入的信息按照變電站以及電壓等級(jí)劃分為不同的責(zé)任區(qū)域并為其命名。這些責(zé)任區(qū)可以是所有廠站，可以是部分廠站集合，也可以是廠站和不同電壓等級(jí)的各種組合關(guān)系，這些都可以通過(guò)一個(gè)設(shè)置界面來(lái)方便靈活地進(jìn)行定義。同時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)可以根據(jù)情況對(duì)具體的某個(gè)設(shè)備設(shè)置其責(zé)任區(qū)域歸屬。

一體化系統(tǒng)采用信息分流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)中心監(jiān)控工作站只處理該責(zé)任區(qū)域內(nèi)需要處理的信息，無(wú)關(guān)的畫面、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)等都不會(huì)出現(xiàn)在該監(jiān)控站內(nèi)。告警信息窗也只顯示和該責(zé)任區(qū)域相關(guān)的告警信息，遙控、置數(shù)、封鎖、掛牌等操作也只對(duì)責(zé)任區(qū)域內(nèi)的設(shè)備有效，畫面上不屬于該責(zé)任區(qū)域的設(shè)備和信息將被消隱或者屏蔽，從而起到了各個(gè)工作站節(jié)點(diǎn)之間信息分層和安全有效隔離的作用。

當(dāng)集控子系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只需在調(diào)度系統(tǒng)修改需進(jìn)行操作的值班調(diào)度員的責(zé)任區(qū)定義，該調(diào)度員即可順利地進(jìn)行調(diào)度操作，待系統(tǒng)恢復(fù)正常后，再將責(zé)任區(qū)定義改回來(lái)即可。

6、結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)發(fā)展日新月異，各種新技術(shù)和新思想的應(yīng)用也層出不窮，總結(jié)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程，每一次升級(jí)換代無(wú)不伴隨著信息技術(shù)的日新月異，并且有以下3個(gè)特點(diǎn)：①硬件從專用型向通用型方向發(fā)展；②功能從數(shù)據(jù)采集和 監(jiān)視控制向EMS方向發(fā)展[2-4]；③系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從集中式向分布式方向發(fā)展[5]。但無(wú)論怎樣發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)并不是為了營(yíng)造一個(gè)極大的，經(jīng)過(guò)多重拼接，功能全面的復(fù)雜系統(tǒng)，而是為了更好地利用已有的資源，充分利用不同的功能系統(tǒng)中共通的描述和數(shù)據(jù)，按照符合電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程建設(shè)的完美系統(tǒng)。所以充分利用圖庫(kù)一體化、顯示平臺(tái)一體化、調(diào)度集控一體化等相關(guān)技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)符合最終用戶生產(chǎn)運(yùn)行的真正需要，滿足電網(wǎng)調(diào)度建設(shè)和運(yùn)行的要求，提升調(diào)度進(jìn)行大范圍資源優(yōu)化配置的能力，提高電網(wǎng)調(diào)度的信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化水平，推進(jìn)電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)都具有極為重大的意義，有著廣闊的推廣前景和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]吳文傳，徐春暉，湯磊，王鵬，董越，孫宏斌，張伯明.混合平臺(tái)的SCADA/PAS一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（3）.

[2]蔡洋，王積榮，石俊杰，等.我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)大發(fā)展的十年.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1992，16（6）：7 2 12.

[3]AZEVEDO G P，OLIVERIA FIL HO A L. Control centers with open architectures. IEEE Computer Application in Power，2001，14（4）：27 2 32.

[4]金振東，劉覺(jué).90年代電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展方向.電力系統(tǒng)自動(dòng)化 ，1995，19（6）：5 2 10.

[5]姜彬，羅玉孫，葉周.面向?qū)ο蠹夹g(shù)在EMS圖像系統(tǒng)中的應(yīng)用//全國(guó)能量管理及其在地區(qū)電網(wǎng)中的應(yīng)用會(huì)議論文集，1996，南昌.