新一代配電網(wǎng)自動化及管理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)

陳明旭　付小平　郎晟

摘要：配電網(wǎng)管理系統(tǒng)是實現(xiàn)配電網(wǎng)真正自動化運行的關鍵部分，也是提高配電網(wǎng)可靠性的重要手段之一。因此，文章從配電網(wǎng)自動化及管理系統(tǒng)出發(fā)，通過分配電網(wǎng)管理系統(tǒng)應用當中出現(xiàn)的問題，總結了配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，以供參考。

關鍵詞：配電網(wǎng)；自動化；管理系統(tǒng)；DMS；電力系統(tǒng) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2017）02-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.018

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對于配網(wǎng)自動化的要求越來越高，電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展中，配網(wǎng)自動化是必然的趨勢，因此有必要對新一代配電網(wǎng)自動化及管理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)進行探討。

1 配電網(wǎng)自動化及管理系統(tǒng)概述

智能電網(wǎng)的建設需要配電網(wǎng)作為基礎，相比國際上的發(fā)達國家，國內(nèi)配電網(wǎng)無疑是落后的，原因包括兩個因素：一是時間因素，國內(nèi)起步相對較晚；二是經(jīng)濟因素，國家投入很多，但投資更多落到各級電網(wǎng)的主網(wǎng)上。就配網(wǎng)自動化而言，我國起步晚，尚處于初級階段，而國外發(fā)達國家不但起步早，且電網(wǎng)的發(fā)展圍繞配網(wǎng)自動化這一重心展開。如歐洲電網(wǎng)，目前圍繞分布式電源—微網(wǎng)—主動配網(wǎng)展開，其中配網(wǎng)自動化就是基礎和前提，而這也是智能電網(wǎng)的又一個基本要素。

1.1 配網(wǎng)自動化

配網(wǎng)自動化就是利用現(xiàn)代電子技術、計算機與網(wǎng)絡技術、通訊技術及電力設備有機結合，實現(xiàn)配電網(wǎng)正常運行及故障情況下的檢查、保護、控制、計量和供電部門的工作管理，其目的在于為用戶提供穩(wěn)定、可靠的供電，減少停電時間和范圍，提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟性、管理水平和工作效率，進而改善服務水平。

1.2 配網(wǎng)管理系統(tǒng)

配網(wǎng)管理系統(tǒng)（Distribution Management System，簡稱DMS），是指通過把從變配電到用電過程的監(jiān)視、控制和管理的綜合自動化系統(tǒng)，其目標在于實現(xiàn)對配電網(wǎng)的全面自動化管理。其架構如圖1所示，整套系統(tǒng)涵蓋生產(chǎn)管理、用電管理、配電網(wǎng)管理、調(diào)度管理、WEB查詢五個子系統(tǒng)。

配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，由RTU服務器（前置機服務器）、SCADA服務器、MMI（調(diào)度工作站）、報表工作站、DA服務器、GIS服務器等組成，基于NAP（因特網(wǎng)路由選擇層次體系中的通信交換點）。RTU服務器的其中一臺主前置服務器出現(xiàn)故障，另外一臺服務器將自動成為主前置服務器。SCADA服務器的運行原理同RTU服務器一致，可以說配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)是整個配電網(wǎng)自動化的數(shù)據(jù)中心。

2 DMS存在的主要問題

2.1 DA+SCADA的局限

從圖2可知，DA+SCADA是DMS功能當中的一部分，DA主要實現(xiàn)配電網(wǎng)故障自動化處理，也就是自動隔離配電線路當中的故障段，同時使非故障段恢復供電，減少停電時間。作為DMS系統(tǒng)當中的一個基本功能，由于資金方面的問題，DA的覆蓋面比較窄。事實上，也DA的功能大部分只涵蓋日常調(diào)度工作當中的部分內(nèi)容，投入產(chǎn)出比不夠明顯。

在我國的北京、上海、天津等相對發(fā)達的地區(qū)，用戶平均停電時間相對較短，基本能夠達到美國、德國這樣的程度，但同日本相比差距十分明顯。但從全國來看，差距明顯。從這里就可看出，我國配電網(wǎng)自動化在DA方面的覆蓋面狹窄，互供能力差，最直觀的感受就是停電時間長。

2.2 GIS瓶頸

我國幅員遼闊，相應的配電網(wǎng)規(guī)模大而分散、復雜，運行方式變化大，這種情形下，單純依靠工程師的經(jīng)驗來進行管理，顯然是不科學的。GIS（地理信息系統(tǒng)）可以為配電網(wǎng)的管理提供具備地理信息的模型，進而有效管理配電網(wǎng)的相關資產(chǎn)、設計、規(guī)劃、施工及檢修等。在這方面，國內(nèi)進行了積極的探索，但就性能來說，不是很理想，且發(fā)展不平衡，可供參考的實用案例較少，且更多以圖紙資料管理為主，這是GIS與SCADA之間信息交互不暢而產(chǎn)生的瓶頸。

2.3 信息孤島

從圖1中可知，DMS涵蓋了配電網(wǎng)生產(chǎn)、調(diào)度、運行、及服務的全過程，也就是說，DMS系統(tǒng)涵蓋了供給側與需求側的所有信息，這些信息就目前的實際來看，基本由不同部門的子系統(tǒng)保存。比如說用電側的實時信息由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)收集并儲存，設備信息由GIS系統(tǒng)收集并儲存，用戶信息則由CIS（客戶信息系統(tǒng)）收集儲存，而這三個子系統(tǒng)又分屬于不同的部門，這在客觀上形成了信息孤島。這也是頂層系統(tǒng)不完善的必然結果，就目前來看，配網(wǎng)自動化的主站系統(tǒng)有著較高的技術壁壘，國網(wǎng)系的主站供應商（開發(fā)商）占據(jù)著比較明顯的壟斷優(yōu)勢，但事實上供應商較少是一個不爭的事實，這就導致了實現(xiàn)各種功能的子站產(chǎn)品陸續(xù)推出，卻沒有一家的產(chǎn)品能夠集成GIS、SCADA、CIS、MIS（信息管理系統(tǒng)），其根源在于缺乏統(tǒng)一的標準，各家的產(chǎn)品兼容性不足，無法順利實現(xiàn)信息的交互共享，可以說打破信息孤島還要走很長的一段路。

3 DMS的設計與實現(xiàn)

基于對上述問題、配電網(wǎng)自動化及DMS系統(tǒng)的分析，新一代DMS系統(tǒng)的設計應以覆蓋全網(wǎng)設備為基礎，以利用信息資源為手段，以生產(chǎn)指揮及調(diào)度為主體，提高管理水平為目標作為設計原則。

3.1 DMS系統(tǒng)結構設計

從上文對DMS系統(tǒng)的分析來看，這一系統(tǒng)并不僅僅是一個信息管理系統(tǒng)，而是一個安全可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)應用并執(zhí)行各種高級服務的開放式平臺，通過應用程序接口API，封裝底層通信及數(shù)據(jù)庫訪問控制權限等功能，這樣才能在平臺上應用滿足各種需求的應用程序。

3.2 DMS的實現(xiàn)

3.2.1 網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)。CORBA技術能夠兼容各種網(wǎng)絡設備，網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)工作時，先與每臺設備上構筑信息通道，保證數(shù)據(jù)的傳輸，上層軟件通過該系統(tǒng)實現(xiàn)信息的交互，并通過該系統(tǒng)實現(xiàn)NAP功能。同時在該系統(tǒng)配置標準應用程序接口，實現(xiàn)用戶自定義程序與上層軟件的信息交互。這就使網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)中轉站，承擔網(wǎng)絡通信任務，可方便實現(xiàn)模塊化組件的接入。

3.2.2 分布式實時數(shù)據(jù)庫。根據(jù)上文的分析，SCADA主站集成RTU服務器、SCADA服務、MMI、DA服務器、報表工作站、GIS服務器等?？梢哉fSCADA是一個數(shù)據(jù)收集處理中心，而DMS系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的實時性要求較高，專業(yè)化程度高，DRTIDBS（分布式實時數(shù)據(jù)庫）可滿足DMS的實時性要求。同時DMS系統(tǒng)還需要儲存一些歷史數(shù)據(jù)，那么可以采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫對這些歷史數(shù)據(jù)進行保存。通過在網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)與各應用子系統(tǒng)之間建立RTDB，并由分布式實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)形成DMS的一個數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，這就是頂層設計當中的數(shù)據(jù)中心。

3.2.3 C++Wrapper。C++Wrapper可使DMS系統(tǒng)具備移植性，便于移植到計算機平臺或網(wǎng)絡平臺上，在DMS及OS間添加C++Wrapper，使操作系統(tǒng)之間的差異被隱藏。C++Wrapper具備進程管理、線程調(diào)度、網(wǎng)絡通信、內(nèi)存管理等邏輯結構，與java虛擬機不同，C++Wrapper可嵌入在DMS

平臺中，可有效提高DMS的運行效率，不過還是有一定的缺陷。就是在移植到新系統(tǒng)時，需要重新編譯整個系統(tǒng)。

3.2.4 應用系統(tǒng)。新一代DMS的特色就在于高級應用子系統(tǒng)的實現(xiàn)，比如圖形子系統(tǒng)、Web子系統(tǒng)、報表子系統(tǒng)、負荷預測、配電潮流等，此處就前三者進行闡述。

首先，圖形子系統(tǒng)，該系統(tǒng)是SCADA的關鍵部分，以直觀方式呈現(xiàn)當?shù)仉娋W(wǎng)運行狀況，同時也是實現(xiàn)供給側與需求側交互的主要應用界面，該系統(tǒng)應實時顯示電力元器件的運行狀況、以曲線的形式呈現(xiàn)電力系統(tǒng)當中的參數(shù)變化。采用Document/View設計概念，分離應用數(shù)據(jù)及圖形顯示，此時只需實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)類的處理，就可生成各種需求的圖形子系統(tǒng)。并將應用數(shù)據(jù)當作服務器，以Java Applet改造圖形顯示，通過CORBA遠程調(diào)用或直接通信，就能實現(xiàn)Web的圖形子系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程管理。

其次，報表子系統(tǒng)，DMS提供一套與Excel相似的制表工具，根據(jù)DMS的特點，將表格與圖形有機結合，圖文并茂，并能夠通過人工置數(shù)，在數(shù)據(jù)庫永久保存，報表格式一致，提高在不同設備上的兼容性。

最后，Web子系統(tǒng)，這是新一代DMS系統(tǒng)的標志，因此需要實現(xiàn)具備強大Web瀏覽功能的瀏覽器，用戶可使用該Web瀏覽器，實現(xiàn)本地或異地的數(shù)據(jù)修改與查閱，可查閱內(nèi)容包括遙測值、計算值、計劃值、變損、線損、日志、不平衡率、表計參數(shù)等，顯示方式包括表格或曲線以不同的顏色區(qū)分不同的狀態(tài)。Web服務以組件技術形式建立EIB組件模型，包括數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)庫連接等組件，這種方式能使配電管理系統(tǒng)具備較好的兼容性。

3.3 無縫集成DMS與GIS

解決問題的關鍵就是實現(xiàn)GIS與SCADA系統(tǒng)的互聯(lián)，使實時數(shù)據(jù)在地理信息圖當中現(xiàn)實，并且為GIS的分析提供數(shù)據(jù)，某供電局配網(wǎng)GIS與SCADA實時數(shù)據(jù)同步，這種配網(wǎng)GIS本身可支持SCADA的實時數(shù)據(jù)顯示。但是配網(wǎng)GIS在該供電局自動化辦公網(wǎng)段上運行，而SCADA在另一網(wǎng)段上運行，要實現(xiàn)在GIS系統(tǒng)上顯示SCADA的數(shù)據(jù)，可利用WebSRV也就是雙網(wǎng)卡設置兩個網(wǎng)段的IP地址。用這種設備當作SCADA拘束的轉發(fā)服務器，利用GISSRV作為接受服務器，通過轉發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)兩個網(wǎng)段的實時數(shù)據(jù)同步。

4 結語

對于配電網(wǎng)自動化來說，DMS系統(tǒng)是不可或缺的組成部分，可使電網(wǎng)實現(xiàn)真正意義上的可靠運行，改善配電質(zhì)量，促進服務水平的提高。因此，新一代DMS系統(tǒng)應從標準、管理、技術等多個方面考慮，以SCADA為基礎，建立分布式實時數(shù)據(jù)庫，通過合適手段實現(xiàn)GIS與DMS的無縫集成，并以通暢的信息交互方式，實現(xiàn)信息的共享。

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（責任編輯：黃銀芳）