電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用效果探究

蔡明熹

(南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001)

為保障電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)需滿足以下開發(fā)需求：其一，安全性。系統(tǒng)作為監(jiān)控區(qū)域全網(wǎng)、實(shí)施網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的重要平臺(tái)，應(yīng)用效果直接決定著區(qū)域電網(wǎng)監(jiān)控及調(diào)度效果，進(jìn)而對區(qū)域電力供應(yīng)造成影響。系統(tǒng)必須具備安全性特征，避免因安全事故和系統(tǒng)崩潰所引發(fā)的系統(tǒng)運(yùn)行問題。其二，多態(tài)運(yùn)行。不同人員對系統(tǒng)有著不同的運(yùn)行模態(tài)要求，系統(tǒng)不僅需要具備多種運(yùn)行模態(tài)，還需具備網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能[1]。其三，可靠性。即當(dāng)系統(tǒng)中存在故障設(shè)備時(shí)仍能夠正常運(yùn)行。應(yīng)配置冗余備份，具備故障自檢及處理功能，在設(shè)備故障時(shí)及時(shí)隔離故障設(shè)備，并向運(yùn)維人員發(fā)出通知，以便對故障設(shè)備進(jìn)行快速處理。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

某地區(qū)電網(wǎng)具有規(guī)模小、覆蓋廣等特征，因此在設(shè)計(jì)中采用分布式采集模式系統(tǒng)接入。具體設(shè)計(jì)中，為某地區(qū)下轄的4個(gè)縣各設(shè)置1個(gè)自動(dòng)化分主站，主要用于承擔(dān)縣級(jí)區(qū)域場站信息和數(shù)據(jù)采集工作。于某地區(qū)設(shè)置1個(gè)中心調(diào)度自動(dòng)化主站，通過電力通信網(wǎng)絡(luò)與分主站之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，并構(gòu)成廣域互聯(lián)模式。在需要實(shí)施自動(dòng)化調(diào)度的地點(diǎn)布置前置服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)項(xiàng)目中心調(diào)度自動(dòng)化主站匯集效果。還需配置一體化軟件集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集和分區(qū)解列運(yùn)行。

一體化軟件集成平臺(tái)。系統(tǒng)各級(jí)軟件和硬件均采用統(tǒng)一模式設(shè)計(jì)，即各級(jí)調(diào)度之間軟件平臺(tái)可在統(tǒng)一平臺(tái)運(yùn)行，系統(tǒng)中電網(wǎng)模型相關(guān)的各類數(shù)據(jù)資源均保持一致性，在此區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中各級(jí)應(yīng)用資源均可共享和使用，以滿足區(qū)域功能調(diào)用效果。還需具備共建功能，只需在區(qū)域內(nèi)某一分系統(tǒng)上實(shí)施數(shù)據(jù)建模，相關(guān)數(shù)據(jù)便可存儲(chǔ)至公共數(shù)據(jù)庫中，其他分系統(tǒng)均可通過公共數(shù)據(jù)庫對該數(shù)據(jù)建模進(jìn)行調(diào)用和展示。此功能也適用于系統(tǒng)維護(hù)，可有效避免多功能模塊、多級(jí)區(qū)域?qū)е碌臄?shù)據(jù)不一致問題。

分布式數(shù)據(jù)采集。根據(jù)互聯(lián)模式的應(yīng)用要求前置服務(wù)器采用分布式布置，因而在區(qū)域范圍內(nèi)前置服務(wù)器可布置于任意位置[2]，既可布置于地調(diào)，也可布置于縣調(diào)，每個(gè)前置服務(wù)器均為系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，具體布置可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整，以保證節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)布置效果。

分區(qū)解列運(yùn)行。為避免因通道中斷所導(dǎo)致的不良后果，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求每個(gè)電力調(diào)度子系統(tǒng)均需具備分區(qū)解列功能，促使縣調(diào)和地調(diào)在主系統(tǒng)通信服務(wù)出現(xiàn)異常時(shí)?？筛鶕?jù)分區(qū)解列功能自動(dòng)進(jìn)入到分區(qū)解列模式，促使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。

2 電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要由安全區(qū)Ⅰ、安全區(qū)Ⅱ、安全區(qū)Ⅲ 3部分共同組成。其中安全區(qū)Ⅰ是整個(gè)系統(tǒng)的主要支撐平臺(tái)，安全區(qū)Ⅱ集成電量采集、繼電保護(hù)、故障信息管理系統(tǒng)調(diào)度員仿真等子系統(tǒng)，安全區(qū)Ⅲ主要用于接入第三方系統(tǒng)，包括web子系統(tǒng)、調(diào)度管理OMS等子系統(tǒng)。

圖1 電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)Fig.1 Hardware design architecture of power grid intelligent dispatching automation system

2.1.1 安全區(qū)Ⅰ系統(tǒng)

電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的安全區(qū)Ⅰ系統(tǒng)主要包括1個(gè)地調(diào)和4個(gè)縣調(diào)，由于所有縣調(diào)均配置于某地區(qū)范圍內(nèi)，所以不需要配置隔離裝置。同時(shí)，根據(jù)軟件功能需求，在地調(diào)處布置4臺(tái)SCADA服務(wù)器、FES子系統(tǒng)服務(wù)器、歷史服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁盤陣列、PAS服務(wù)器、AVC服務(wù)器、人機(jī)交互子系統(tǒng)，縣調(diào)配置FES子系統(tǒng)服務(wù)器、人機(jī)交互子系統(tǒng)。地調(diào)和縣調(diào)之間的通信采用通信互聯(lián)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備及相關(guān)輔助設(shè)備。由于系統(tǒng)采用廣域互聯(lián)模式，還需為每個(gè)縣配置1臺(tái)數(shù)據(jù)采集前置設(shè)備，SCADA服務(wù)器、組網(wǎng)交換機(jī)及采集子系統(tǒng)交換機(jī)各2臺(tái)，9臺(tái)工作站。

2.1.2 安全區(qū)Ⅱ系統(tǒng)

安全區(qū)Ⅱ系統(tǒng)中配置2套子系統(tǒng)，其一為調(diào)度員仿真子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)中配置了DTS服務(wù)器，并在統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)配置6臺(tái)工作站，便于用戶使用。其二為繼電保護(hù)和故障信息管理子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要集成人機(jī)交互、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用系統(tǒng)、前置通信等功能[3]。所有設(shè)備均采用機(jī)柜上架安裝，機(jī)柜應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，配有PDU和系統(tǒng)專用UPS電源。安全區(qū)Ⅱ系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與安全區(qū)Ⅰ系統(tǒng)大致相同，均采用雙網(wǎng)雙設(shè)備冗余運(yùn)行。安全區(qū)Ⅱ系統(tǒng)需配置三層交換機(jī)，且每個(gè)子系統(tǒng)配置2臺(tái)交換機(jī)，共配置4臺(tái)交換機(jī)。

2.1.3 安全區(qū)Ⅲ系統(tǒng)

安全區(qū)Ⅲ系統(tǒng)與OMS系統(tǒng)相接，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)的接入效果。OMS系統(tǒng)采用雙網(wǎng)雙設(shè)備模式，配置2臺(tái)服務(wù)器、1套專用IP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)磁盤陣列、2臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器、2臺(tái)Web服務(wù)器、2臺(tái)組網(wǎng)交換機(jī)、4臺(tái)延伸交換機(jī)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)均采用三層交換機(jī)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

整體電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)分為硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)層、支撐平臺(tái)層和應(yīng)用層4層結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)軟件總體可分為操作系統(tǒng)層、支撐平臺(tái)層及應(yīng)用層3層架構(gòu)。具體軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)基本架構(gòu)圖Fig.2 Basic architecture diagram of power grid intelligent dispatching automation system

支撐平臺(tái)層主要提供通用性公共服務(wù)功能，相關(guān)服務(wù)包括網(wǎng)絡(luò)傳輸、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)處理、圖像服務(wù)、人員權(quán)限設(shè)定、系統(tǒng)告警、系統(tǒng)運(yùn)算、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、報(bào)表服務(wù)等[4]。操作系統(tǒng)層主要為硬件層各設(shè)備所采用的操作系統(tǒng)?？紤]到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中很多硬件設(shè)備在出廠時(shí)配置了對應(yīng)的操作系統(tǒng)，如IBM服務(wù)器的AIX操作系統(tǒng)、PC設(shè)備的Windows操作系統(tǒng)等[5]，相關(guān)系統(tǒng)可不進(jìn)行對應(yīng)修改，在保障系統(tǒng)安全的情況下，可將操作系統(tǒng)直接集成在系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)操作界面和人機(jī)交互界面的應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用層一方面需要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的操作應(yīng)用及功能，另一方面也需要實(shí)施廠站接入與功能對應(yīng)效果。具體應(yīng)用層設(shè)計(jì)包括圖形制作、數(shù)據(jù)庫維護(hù)等。數(shù)據(jù)庫維護(hù)包括SCADA廠站信息、PAS設(shè)備、FES信息等子模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)各類廠站信息的接入效果。圖像制作主要采用圖像編輯器進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，具體設(shè)計(jì)完成后還需為圖形配置對應(yīng)的系統(tǒng)控制功能，以達(dá)成系統(tǒng)應(yīng)用使用及控制效果。

此電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是基于現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行的改造升級(jí)，所以對已有功能不再進(jìn)行說明，如用戶權(quán)限劃分、責(zé)任劃分、用戶登錄、系統(tǒng)管理等[6]。

2.3 二次安全防護(hù)設(shè)計(jì)

二次安全防護(hù)設(shè)計(jì)采用橫向安全防護(hù)和縱向安全防護(hù)相結(jié)合的方式。橫向安全防護(hù)是指分別在安全區(qū)Ⅰ和安全區(qū)Ⅱ之間、安全區(qū)Ⅱ和安全區(qū)Ⅲ之間各配置2道防火墻?？v向安全防護(hù)是指在安全區(qū)Ⅰ和安全區(qū)Ⅱ之間架設(shè)縱向隔防設(shè)備，即入侵檢測系統(tǒng)和撥號(hào)認(rèn)證加密裝置各2臺(tái)。

3 電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果

根據(jù)以上電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對某地區(qū)區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，經(jīng)過長達(dá)半年的系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)后確認(rèn)，前兩個(gè)季度的系統(tǒng)應(yīng)用效果如表1所示。

表1 電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果Tab.1 Application effect of power grid intelligent dispatching automation system

如表1所示，應(yīng)用電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)后，隨著時(shí)間的持續(xù)推進(jìn)，主變動(dòng)作和電容器動(dòng)作效果持續(xù)提升，應(yīng)用3個(gè)月后，10 kV和66 kV電壓合格率均基本可穩(wěn)定在99%以上，系統(tǒng)應(yīng)用效果較為明顯，可有效提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。

5 結(jié)語

以某地區(qū)為研究對象，介紹了一種電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)方案，主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、二次安全防護(hù)設(shè)計(jì)3部分。根據(jù)某地區(qū)應(yīng)用效果可知，該系統(tǒng)可有效提高電網(wǎng)電壓合格率和主變動(dòng)作與電容器動(dòng)作自動(dòng)化控制效果，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，可在后續(xù)電網(wǎng)智能調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行參考應(yīng)用。