基于調(diào)控一體化的智能電網(wǎng)運行管理技術(shù)探析

魏華躍

（國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031）

0 引 言

智能化、自動化及集約化是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。不斷發(fā)展的電網(wǎng)智能控制技術(shù)對電網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)控制模式提出了更高要求。因此，需要進(jìn)行大刀闊斧的改革，實現(xiàn)電網(wǎng)運行管理的智能化、自動化及集約化[1]。本文結(jié)合我國電網(wǎng)調(diào)度、變電及配網(wǎng)的管理實踐，針對調(diào)控一體化運行管理模式實施過程中需要用到的技術(shù)展開探討。

1 調(diào)控一體化技術(shù)支持體系

調(diào)控一體化運行管理的技術(shù)基礎(chǔ)是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。調(diào)控一體化技術(shù)的應(yīng)用使調(diào)度運行管理人員可以通過計算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理電力設(shè)備的運行狀態(tài)，在線實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的相關(guān)運行參數(shù)，從而作出及時有效的調(diào)控運行管理。目前，電網(wǎng)企業(yè)主要使用南瑞的D5000智能電網(wǎng)調(diào)度控制自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備更好的可靠性和安全性，而當(dāng)前廣泛應(yīng)用的無人值班變電站也要求電網(wǎng)具備更高的安全性和可靠性[2]。

1.1 D5000系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

關(guān)于硬件層面，D5000調(diào)度自動化系統(tǒng)分為三級安全區(qū)，其中主系統(tǒng)（EMS）在一區(qū)，DTS子系統(tǒng)在二區(qū)，EMS系統(tǒng)與DTS子系統(tǒng)之間用防火墻隔離；web服務(wù)器在三區(qū)，通過物理隔離與EMS系統(tǒng)區(qū)分開。D5000及其子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)具體如下。

（1）局域網(wǎng)子系統(tǒng)

D5000系統(tǒng)的局域網(wǎng)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用冗余雙交換結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有以下3個特點。①不管哪個網(wǎng)絡(luò)點出現(xiàn)通信錯誤，都不會影響大范圍的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還可以進(jìn)行高效的硬件更新，并可以隨時更換設(shè)備[3]。②可避免同時安裝多臺交換機(jī)，降低了運行成本，同時可以提升主交換機(jī)的可靠性和利用率。③有充足的擴(kuò)展空間。

（2）應(yīng)用服務(wù)器

為了高效傳輸SCADA和PAD等應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，通常需要為這些應(yīng)用程序各配置一對UNIX服務(wù)器。

（3）工作站

工作站的配置直接影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，通常使用穩(wěn)定性最好的UNIX工作站。

（4）數(shù)據(jù)采集與通信子系統(tǒng)

實時采集和傳輸數(shù)據(jù)是電網(wǎng)運行管理工作中的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)采集與通信子系統(tǒng)是實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)控一體化的關(guān)鍵程序。該系統(tǒng)主要包括路由器、數(shù)據(jù)采集通信服務(wù)器及串行通信設(shè)備等構(gòu)成，通常為其配備至少兩臺UNIX服務(wù)器，相互備用。

（5）DTS子系統(tǒng)

DTS子系統(tǒng)可以按照實際需要靈活選擇服務(wù)器和工作站硬件，但DTS子系統(tǒng)應(yīng)該和主系統(tǒng)隔離，以防誤操作對系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。

1.2 D5000系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

D5000系統(tǒng)本質(zhì)上是SCADA系統(tǒng)的擴(kuò)展，其主要特征是可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，從而輔助電網(wǎng)調(diào)控中心工作。D5000系統(tǒng)主要包括硬件層、操作系統(tǒng)層、支撐平臺層及應(yīng)用平臺層。其中支撐平臺層最為核心，其功能包括運行數(shù)據(jù)采集分析和運行監(jiān)控管理。運行數(shù)據(jù)包括遙信量、遙測量及電量。遙信量是指對可遠(yuǎn)程調(diào)控的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控的顯示數(shù)值；遙測量是指對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行在線遠(yuǎn)程監(jiān)測顯示的數(shù)據(jù)，如遠(yuǎn)程設(shè)備的電壓和電流等參數(shù)；電量即電網(wǎng)運行產(chǎn)生的全部數(shù)值。

1.3 D5000系統(tǒng)功能介紹

（1）SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)

SCADA數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)是D5000的主要應(yīng)用，用于接收FES系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，以便實時監(jiān)控處理數(shù)據(jù)，并為其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

（2）自動發(fā)電控制軟件AGC

AGC自動發(fā)電控制軟件主要運用了發(fā)電機(jī)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)及通信技術(shù)，屬于一種綜合性高層控制技術(shù)，該軟件通過遠(yuǎn)程控制輸入/輸出，分析數(shù)據(jù)實現(xiàn)電網(wǎng)遙控。

（3）高級應(yīng)用軟件

該軟件分為研究態(tài)和實時態(tài)兩種運行方式。調(diào)度員潮流和狀態(tài)估計等屬于實時態(tài)應(yīng)用，該狀態(tài)下應(yīng)用程序通過實時參數(shù)分析計算電網(wǎng)的運行情況，為研究態(tài)應(yīng)用程序進(jìn)行研究提供有價值的數(shù)據(jù)。

2 變電站的綜合自動化設(shè)計

2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計原則

變電站的綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該遵循以下4個原則。

（1）不斷提升變電站的運行穩(wěn)定性，降低變電站的綜合自動化系統(tǒng)的維護(hù)難度，減少維護(hù)人員的工作量。

（2）盡量減少二次設(shè)備的連接，減少電纜的使用量。

（3）精簡變電站配置，共享設(shè)備資源，有效降低設(shè)備重復(fù)配置，節(jié)約成本，提高運行效率。

（4）嚴(yán)格按照國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計變電站自動化系統(tǒng)。

2.2 自動化變電站結(jié)構(gòu)功能分析

自動化變電站的功能包括自動監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備、線路的運行狀態(tài)和調(diào)度通信等，具體主要包括以下功能。

第一，數(shù)據(jù)采集。例如，母線的電壓、電流及功率、饋線的電流、電壓及功率、油溫與環(huán)境溫度等的采集。

第二，微機(jī)保護(hù)。采集斷路器、隔離開關(guān)、變壓器分接頭及變電站一次設(shè)備告警等安全保護(hù)數(shù)據(jù)。保護(hù)電力線路和電氣設(shè)備，通過設(shè)置安全保護(hù)裝置實現(xiàn)記錄故障數(shù)據(jù)和儲存、修改多個固定參數(shù)等功能。

第三，控制和操作閉鎖。通過遠(yuǎn)程方式遠(yuǎn)程控制變電站的開關(guān)、斷路器及分接頭等電氣設(shè)備。操作閉鎖是指實現(xiàn)斷路器和刀閘的操作閉鎖，操作出口可以同時做到操作閉鎖和跳合閉鎖。

第四，事件記錄與故障錄波測距。事件記錄包括保護(hù)動作順序記錄和開關(guān)合閘、跳閘記錄。故障錄波是通過故障錄波裝置記錄故障前后電氣量變化情況及測距計算，再將結(jié)果傳送給監(jiān)控系統(tǒng)分析。

第五，電壓和無功的就地控制。實踐中，通常通過調(diào)節(jié)投切電容器組、電抗器組及變壓器分接頭等方式實現(xiàn)。

第六，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)自診斷。系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，并定期將診斷數(shù)據(jù)輸送到操控中心。

第七，與遠(yuǎn)方控制中心的通信。包括遠(yuǎn)程修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳等，可以和不同調(diào)度中心進(jìn)行多種形式的通信，且各通信接口都是獨立的。

第八，同期檢測和同期合閘。該功能有自動/手動兩種實現(xiàn)方式，可選擇單獨的同期設(shè)備實現(xiàn)同期檢測和同期合閘，也可通過微機(jī)保護(hù)軟件實現(xiàn)同期檢測和同期合閘。

3 基于調(diào)控一體化的電網(wǎng)實時監(jiān)控與智能報警

基于調(diào)控一體化的電網(wǎng)調(diào)控中心主站平臺的硬件配置主要包括數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、交換機(jī)、歷史服務(wù)器、終端服務(wù)器、監(jiān)控與調(diào)度工作臺及SCADA服務(wù)器等。

3.1 電網(wǎng)運行實時監(jiān)控

SCADA是EMS系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，SCADAD的軟件模塊可分成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分。數(shù)據(jù)采集模塊是EMS系統(tǒng)與電力系統(tǒng)連接點，其通過和遠(yuǎn)程通信專線、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時采集電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，并傳送至應(yīng)用程序，按照應(yīng)用程序發(fā)出的指令調(diào)控遠(yuǎn)方站。作為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)必須具備良好的可靠性和信息處理能力。因此，必須統(tǒng)一設(shè)計各種電網(wǎng)應(yīng)用，以確保數(shù)據(jù)采集的順利進(jìn)行。電網(wǎng)實時監(jiān)控包括穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、動態(tài)監(jiān)視及在線監(jiān)視三種形式。其中，穩(wěn)態(tài)監(jiān)控直接影響技術(shù)人員對電網(wǎng)運行狀態(tài)的判斷，穩(wěn)態(tài)監(jiān)控需支持?jǐn)嗦菲骱透綦x開關(guān)等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，以實現(xiàn)電網(wǎng)運行過程中的遙控；動態(tài)監(jiān)視是穩(wěn)態(tài)監(jiān)控的有力補(bǔ)充，具有壞數(shù)據(jù)辨識、公式定義及提供計算庫的能力。此外，還應(yīng)該具備母線平衡、斷面監(jiān)視、量測及屏蔽等功能。

3.2 智能報警

依據(jù)SCADA采集的數(shù)據(jù)推斷可能發(fā)生故障的設(shè)備元件，完成故障定位后發(fā)送至報警系統(tǒng)，同時給出故障元件所在位置，為電網(wǎng)運行技術(shù)人員提供排除故障的依據(jù)。智能信號分析功能利用了實時的開關(guān)變位信息，根據(jù)元件、開關(guān)的相關(guān)信息正向推理，快速定位故障元件，然后再根據(jù)元件失電情況驗證其是否發(fā)生故障，幫助技術(shù)人員快速分析處理大量的報警信息，提高技術(shù)人員的故障判斷正確率，提升故障排除效率。智能報警打破了發(fā)生故障時靠運行人員匯報調(diào)度的傳統(tǒng)模式，可以結(jié)合保護(hù)信息給出保護(hù)設(shè)備異常警告，可以根據(jù)在線安全穩(wěn)定分析給出電網(wǎng)運行預(yù)警，可借助水電、新能源檢測管理系統(tǒng)給出氣象水情告警，可依靠雷電定位系統(tǒng)給出雷電預(yù)警信息。

4 結(jié) 論

調(diào)控一體化管理模式打破了以往分散獨立的低效電網(wǎng)運行管理方式。通過電網(wǎng)調(diào)度、變電及配網(wǎng)的自動化改造實現(xiàn)電網(wǎng)運行故障的及時發(fā)現(xiàn)和快速處理，大大簡化了電網(wǎng)運行管理工作流程，提高了電網(wǎng)運行管理效率，推動了電網(wǎng)企業(yè)運行管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精益化及專業(yè)化。