湖南電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

● 國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司 路建明 鄒 鑫 賀鵬程

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交直流混聯(lián)、特高壓遠(yuǎn)距離輸電的大型互聯(lián)電網(wǎng)已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、運(yùn)行特性日趨復(fù)雜，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)海量化、監(jiān)控畫面日益增多的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的調(diào)度監(jiān)視畫面和數(shù)據(jù)表格已難以滿足現(xiàn)時(shí)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行中大量實(shí)時(shí)信息的瀏覽及監(jiān)視需要，傳統(tǒng)圖形表達(dá)方式也已經(jīng)無法滿足值班調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)信息的可閱性、提示性和概括性的展示要求。缺少全景展示電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可視化手段，調(diào)度員難以快速判斷電網(wǎng)的運(yùn)行情況。

可視化技術(shù)的發(fā)展及調(diào)度場(chǎng)所大屏幕的廣泛配置為調(diào)度運(yùn)行可視化系統(tǒng)的研究及開發(fā)提供了可靠基礎(chǔ)。本文以可視化系統(tǒng)配置為基礎(chǔ)，著重介紹了湖南電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)內(nèi)容設(shè)計(jì)及展示手段。

1 電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)

電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行組織、指揮、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)，按照電力系統(tǒng)運(yùn)行的客觀規(guī)律和有關(guān)規(guī)定，保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)、正常運(yùn)行，并按照“公平、公正、公開”的原則和電力市場(chǎng)規(guī)則（即有關(guān)合同或協(xié)議），維護(hù)發(fā)、供、用電等各方的合法權(quán)益。

值班調(diào)度員是電力系統(tǒng)運(yùn)行、操作和故障處置的指揮者，需要掌握電網(wǎng)所有的運(yùn)行信息，包括電網(wǎng)頻率、廠站母線電壓、斷面潮流等實(shí)時(shí)信息，進(jìn)而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)運(yùn)行。因此需要采用更先進(jìn)、高效的調(diào)度運(yùn)行管理機(jī)制和調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)以支撐大型互聯(lián)電網(wǎng)環(huán)境下調(diào)度業(yè)務(wù)的發(fā)展要求，滿足調(diào)度信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化要求。如何組合不同的展示畫面，如何利用調(diào)度場(chǎng)所大屏幕進(jìn)行展示是本文重點(diǎn)介紹的內(nèi)容。

2 可視化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

湖南電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)是專門針對(duì)調(diào)度運(yùn)行各項(xiàng)業(yè)務(wù)集中可視化而開發(fā)的，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來源于D5000、OMS、雷電管理系統(tǒng)、融冰管理系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和集成，并以獨(dú)立數(shù)據(jù)對(duì)象為單位，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)理念，借助于計(jì)算機(jī)圖形理論和技術(shù)，形象生動(dòng)地展示電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，使調(diào)度員更直觀地掌控電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

可視化系統(tǒng)以各種基礎(chǔ)生產(chǎn)系統(tǒng)為依托，挖掘海量電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)接口方式利用ESB數(shù)據(jù)服務(wù)總線，通過系統(tǒng)接口層配置的模型/數(shù)據(jù)/圖形適配器接入系統(tǒng)，并對(duì)接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、維護(hù)、挖掘、整合、管理以及發(fā)布，形成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫及實(shí)時(shí)庫。將數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)按時(shí)間流、能量流、業(yè)務(wù)流、事件流等主線獲得再加工，包括數(shù)據(jù)分析、圖形服務(wù)、報(bào)表服務(wù)以及平臺(tái)管理類服務(wù)等。最終將處理好的數(shù)據(jù)信息在大屏、移動(dòng)終端、桌面終端上按業(yè)務(wù)主題用可視化技術(shù)展現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)接入、映射及存儲(chǔ)

可視化系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集方式采用E語言文件、DL476報(bào)文解析、IEC60870-102/104等多種方式，模型數(shù)據(jù)采用CIM模型等符合國(guó)網(wǎng)安全規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)方式，圖形數(shù)據(jù)采用SVG、G格式的標(biāo)準(zhǔn)格式。系統(tǒng)可根據(jù)需要接入實(shí)時(shí)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)等各類信息，并將這些數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則關(guān)聯(lián)起來，使之可以組成完備的業(yè)務(wù)信息鏈。對(duì)于來自D5000的數(shù)據(jù)信息，以E文件的方式采集。對(duì)于從其它系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，采用 JMS、WebService、FTP、HTTP、SQL等方式得到，并提供給各個(gè)應(yīng)用服務(wù)使用。來自不同系統(tǒng)的同設(shè)備數(shù)據(jù)的唯一性通過統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI）明確。對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)私有的數(shù)據(jù)模型，將其轉(zhuǎn)換為IEC 61970 CIM模型，可直接導(dǎo)出CIM/XML模型文件，供第三方使用。

為了充分保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，可視化系統(tǒng)采用了TrendDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫來對(duì)變化頻率非常高的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。TrendDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是專門為有效處理和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，可對(duì)具有時(shí)間序列特性的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供海量存儲(chǔ)和快速訪問，數(shù)據(jù)規(guī)模擴(kuò)展自如，可準(zhǔn)確、一致地在線存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3 電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)

調(diào)度可視化系統(tǒng)主要供調(diào)度員日常值班使用，具體可分為正常運(yùn)行值班和事故處理兩部分模塊。根據(jù)當(dāng)前湖南電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的特點(diǎn)，總結(jié)出調(diào)度可視化系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)主要包含電網(wǎng)概況、電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、電網(wǎng)安全分析、特高壓協(xié)同監(jiān)控等內(nèi)容，也可分為日前、實(shí)時(shí)和預(yù)警數(shù)據(jù)等。

4 電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的數(shù)據(jù)展示

可視化系統(tǒng)建設(shè)于安全Ⅲ區(qū)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中D5000處于安全I(xiàn)/Ⅱ區(qū)，其他數(shù)據(jù)系統(tǒng)如：省公司數(shù)據(jù)中心、山火預(yù)警系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)等基本都處于Ⅲ/Ⅳ區(qū)?？梢暬到y(tǒng)對(duì)處于Ⅲ/Ⅳ區(qū)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成比較方便，但由于D5000系統(tǒng)處于安全I(xiàn)/Ⅱ區(qū),無法直接獲取數(shù)據(jù)。為了不影響生產(chǎn)控制Ⅰ區(qū)的數(shù)據(jù)安全性，通過在Ⅲ區(qū)部署一套D5000平臺(tái)的鏡像數(shù)據(jù)庫來獲取D5000系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 調(diào)度可視化系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取圖

針對(duì)調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)，主要采用曲線、動(dòng)態(tài)表格、動(dòng)態(tài)柱狀圖、全景潮流圖等可視化方式進(jìn)行展示，滿足調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行展示和日常監(jiān)控的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行及安全情況的監(jiān)視。

4.1 全景潮流圖可視化

全景潮流圖基于全網(wǎng)地理接線圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，將湖南電網(wǎng)按實(shí)際位置分布劃分為長(zhǎng)株潭、衡郴永、婁邵、懷吉、常益張及岳陽共六大區(qū)域電網(wǎng)，重點(diǎn)突出500kV主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及區(qū)域間重要220kV聯(lián)絡(luò)輸電通道，并對(duì)重要供電區(qū)如洞庭湖區(qū)供電區(qū)、艾家沖供電區(qū)等按實(shí)際地理位置突出顯示其對(duì)外聯(lián)絡(luò)通道潮流情況等實(shí)時(shí)運(yùn)行信息。

同時(shí)，通過全景潮流圖實(shí)時(shí)展示全網(wǎng)停運(yùn)及檢修設(shè)備信息、電廠出力、線路潮流信息、主變負(fù)載信息、全網(wǎng)電壓信息等。如線路停運(yùn)，則在潮流圖上將線路置為虛線；若變電站內(nèi)有母線檢修，則將變電站邊框置為黃色，使調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況“一目了然”。

4.2 實(shí)時(shí)運(yùn)行可視化

對(duì)于全網(wǎng)日負(fù)荷、特高壓直流線路功率、省間交流聯(lián)絡(luò)線功率、分中心直調(diào)發(fā)電廠出力和風(fēng)電出力等采用曲線形式進(jìn)行展示，便于調(diào)度員日常監(jiān)視，也利于各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)快速了解電網(wǎng)運(yùn)行整體情況。

可視化動(dòng)態(tài)柱狀圖在電力系統(tǒng)可視化界面中被廣泛使用，尤其在裝機(jī)容量結(jié)構(gòu)、地區(qū)負(fù)荷等展示方面具有先天優(yōu)勢(shì)。湖南調(diào)度可視化系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)柱狀圖展示湖南電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)組成，包括水、火、風(fēng)、光、抽蓄、綜合及生物質(zhì)等統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量、實(shí)時(shí)出力，采用電池形狀柱狀圖展示各類電源的發(fā)電比例，進(jìn)行展現(xiàn)不同季節(jié)湖南電網(wǎng)的運(yùn)行特性。

動(dòng)態(tài)表格具有顯示信息較多、可自動(dòng)排序等優(yōu)勢(shì)，湖南調(diào)度可視化系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)表格展示統(tǒng)調(diào)水、火電開機(jī)、發(fā)電情況，包括所有水、火電機(jī)組的運(yùn)行、停運(yùn)、檢修狀態(tài)，并對(duì)湖南電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)水、火電等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，展示當(dāng)前各類容量機(jī)組的總臺(tái)數(shù)、開機(jī)臺(tái)數(shù)、檢修臺(tái)數(shù)等信息，并計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)水、火電的上、下限備用及電網(wǎng)當(dāng)前最大可調(diào)出力、最小可調(diào)出力等。

通過實(shí)時(shí)曲線、動(dòng)態(tài)柱狀圖及動(dòng)態(tài)表格等可視化手段，組合成一個(gè)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)運(yùn)行可視化界面，有助于調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵信息的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

4.3 實(shí)時(shí)分析可視化

利用動(dòng)態(tài)柱狀圖展示超過穩(wěn)定限額90%的重要斷面穩(wěn)定限額、斷面實(shí)時(shí)值。同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)表格展示湖南電網(wǎng)所有調(diào)度管轄監(jiān)視變電站任一組220kV及以上母線電壓值、日波動(dòng)幅值等信息。根據(jù)斷面負(fù)載率、電壓幅值、日電壓波動(dòng)相對(duì)值進(jìn)行自動(dòng)排序，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)分析可視化界面，便于調(diào)度員對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視及調(diào)整。

4.4 預(yù)測(cè)預(yù)警可視化

通過對(duì)電網(wǎng)在線安全分析進(jìn)行可視化展示，提高電網(wǎng)的智能調(diào)度水平，在線安全可視化分析指標(biāo)有暫態(tài)穩(wěn)定分析、靜態(tài)安全分析、靜態(tài)電壓告警、小干擾告警、短路電流越限及穩(wěn)定裕度評(píng)估等，通過在線計(jì)算模塊將分析結(jié)果及輔助決策展示給調(diào)度員，以提示調(diào)度員進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)與控制。

5 結(jié)束語

電網(wǎng)調(diào)度的特點(diǎn)決定了調(diào)度員需要掌握電網(wǎng)運(yùn)行中的眾多數(shù)據(jù)，本文對(duì)當(dāng)前調(diào)度值班需要掌控的電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、提煉和總結(jié)，采用全景潮流圖、動(dòng)態(tài)狀狀圖、動(dòng)態(tài)表格及實(shí)時(shí)曲線等形式開發(fā)了電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)，將電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵信息全景化呈現(xiàn)給調(diào)度員，提升了調(diào)度人員的工作效率，有利于調(diào)度人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理電網(wǎng)運(yùn)行隱患，更好地掌控電網(wǎng)運(yùn)行情況。隨著特高壓直流的接入，電網(wǎng)運(yùn)行特性日趨復(fù)雜，如何采用可視化手段對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，為調(diào)度員提供更多電網(wǎng)運(yùn)行決策，需要在調(diào)度可視化系統(tǒng)后續(xù)設(shè)計(jì)中多加關(guān)注。