談智能電力調(diào)度自動化系統(tǒng)

黃泗興

（湖南郴電國際發(fā)展股份有限公司，湖南 郴州 423000）

電力調(diào)度系統(tǒng)主要由3 部分構(gòu)成：廠站端、通信網(wǎng)絡(luò)和主站端。目前，電力調(diào)度系統(tǒng)已進入智能化階段。結(jié)合湖南郴電國際汝城分公司調(diào)度存在的問題，針對無人變電站下電力調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)具備的功能和發(fā)展的方向，按系統(tǒng)構(gòu)成的3 個部分予以闡述。

1 廠站端

目前，汝城分公司17 座變電站均是綜合自動化變電站，其中12 座已實現(xiàn)無人值守。所有的操作由監(jiān)控中心和維操隊完成。現(xiàn)從通信機（遠動機）、電源、環(huán)境溫度和信息采集等方面進行分析。

1.1 通信機

數(shù)據(jù)通道：17 個變電站采用了國電南自、南瑞繼保、國電南瑞、深圳南瑞、許繼、優(yōu)特等6 個自動化廠家的設(shè)備，有的站采用單通信機（有些稱遠動機），有的站采用雙通信機；雙通信機有的是主備，也有的是雙機；汝城分公司調(diào)度已實現(xiàn)雙通道數(shù)據(jù)[1]（即獨立通信通道）（如圖1 改造后），大大地提升了調(diào)度數(shù)據(jù)采集的可靠性。

圖1 汝城分公司調(diào)度通信通道改造前后對比

系統(tǒng)對時：站端遠動機通過與GPS 對時，遠動機再與站端設(shè)備對時。汝城分公司全部站遠動機與調(diào)度主站前置機通信均采用IEC104 規(guī)約，但均未實現(xiàn)全網(wǎng)對時。因站端設(shè)備通信協(xié)議不一致，從調(diào)度主站直接下令各站端設(shè)備對時的難度非常大，建議遠動機軟件中在接收主站命令時，完善IEC104規(guī)約對時功能，增加檢測是否對時命令，如果是則計算延時差，修正后修改遠動機的時間，遠動機再與站端其他設(shè)備定時對時，從而實現(xiàn)全網(wǎng)對時。

1.2 電源

站端調(diào)度設(shè)備電源主要是指遠動機、視頻、通信等設(shè)備及其相關(guān)設(shè)備的電源。通信電源是電力通信系統(tǒng)中的“心臟”，須能記錄站端保護設(shè)備全部記錄；所以，通信電源的可靠性是電力系統(tǒng)中要求最高的，使用獨立的雙電源是提升調(diào)度通信可靠性的基本要求[2]。

目前，汝城分公司除少部分站通信設(shè)備配備獨立雙電源外，大部分站都沒有獨立電源，有的還是共用后臺UPS（或逆變器）的電源；按規(guī)程要求，廠用電的保護一般只設(shè)短路保護和過負荷保護[3]，而汝城分公司的變電站低壓側(cè)增加了過壓保護，因電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電壓與廠用電壓不匹配時，過壓保護動作導致廠用電消失；因此經(jīng)常因廠用電消失（包括全站失壓）過久后，直流系統(tǒng)電池欠壓而導致視頻、通信等設(shè)備中斷，調(diào)度數(shù)據(jù)中斷。

視頻設(shè)備在施工過程中未按標準施工，故障率比較高，為了不影響后臺監(jiān)視設(shè)備，建議獨立使用UPS（或逆變器）。

1.3 環(huán)境溫濕度

站端設(shè)備在運行中會產(chǎn)生大量的熱量，需要溫度20～25 ℃，相對濕度40%～60%的環(huán)境[4]，雖然站端均會配置普通空調(diào)，但經(jīng)常會因廠用電等原因關(guān)閉，導致環(huán)境溫度升高，其他設(shè)備因沒有溫度監(jiān)測和報警，而SDH 設(shè)備則可以通過管網(wǎng)軟件發(fā)現(xiàn)溫度過高報警。

為了確保環(huán)境溫濕度穩(wěn)定，建議采用遠程和智能控制系統(tǒng)（動環(huán)系統(tǒng)）；對于沒有實施動環(huán)系統(tǒng)的變電站，可在控制室、保護室和高壓室等場所配置1 個網(wǎng)關(guān)、1 個萬能遙控和1 個溫濕度監(jiān)測儀，實現(xiàn)環(huán)境溫度自動和遠程控制。

1.4 智能采集

變電站除了通過SCADA 系統(tǒng)采集實時數(shù)據(jù)外，還須采集SCADA 相關(guān)的電度信息、故障錄波信息、環(huán)境溫濕度信息和消防火災(zāi)信息等；對于無人值守的變電站，調(diào)度除采集開關(guān)、設(shè)備的遙信、遙測信息外[6]，還須采集廠用電、直流系統(tǒng)、消防等信息，讓調(diào)度運行人員及時收到站端報警信息。

2 通信網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。電力企業(yè)目前主要以華為和中興等通信企業(yè)巨頭的設(shè)備為主，利用STM-1 或STM-4 光口將不同通信企業(yè)的設(shè)備互聯(lián)互通。

通信通道。電力系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式很多，有環(huán)形也有星形，受高壓線路通道的限制，更多的是混合形，有部分站只形成了單通道獨立通信網(wǎng)絡(luò)，此時可租用電信部門通道，形成互補雙獨立通道，既減少投資又可提升通信可靠性。汝城分公司有5 個變電站屬單通信通道，租用聯(lián)通2 Mbit/s 以太網(wǎng)，形成雙通信通道。為了方便管理及維護，電力調(diào)度遠動數(shù)據(jù)建議采用雙以太網(wǎng)加密傳輸，逐步淘汰2 Mbit/s 業(yè)務(wù)（國家電網(wǎng)采用雙2 Mbit/s 傳輸，是因為PCM 也需要2 Mbit/s 板，而當今的軟交換電話傳輸可通過SDH 音頻板和以太網(wǎng)板代替，PCM 在電力企業(yè)將逐步淘汰）。

對于水電站或發(fā)電廠，有條件的可租用電信部門（如聯(lián)通）以太網(wǎng)通道，也可以采用“云加密通信機”與調(diào)度主站前置機連接。

網(wǎng)絡(luò)通道設(shè)備配置中，在條件許可的情況下可增設(shè)路由器，若不設(shè)路由器則子網(wǎng)掩碼須配置為255.0.0.0，通道安全在加密設(shè)備上設(shè)置[5]。圖1 為汝城分公司通信通道改造前、后對比圖。

云加密通信機。對于偏遠的小水電站，還可以采用“云加密通信機”，利用專用通信設(shè)備，采取云加密方式，復用互聯(lián)網(wǎng)底層協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)直接把數(shù)據(jù)送往主站前置機，大大降低運營成本。

3 主站端

電力調(diào)度主站是整個電網(wǎng)主要控制的核心部分，它是保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要組成部分，也是電力企業(yè)的“心臟”。

3.1 主站結(jié)構(gòu)

主站一般采用AB 雙網(wǎng)[1]，見圖2。汝城分公司與郴電國際其他4 個分公司共用一套調(diào)度系統(tǒng)，通過光纖網(wǎng)絡(luò)和加密設(shè)備組成光纖局域網(wǎng)，歷史服務(wù)器和SCADA 服務(wù)器放在總部機房，前置機和工作站部署在分公司機房，因光纜通道原因，分公司網(wǎng)絡(luò)與總部網(wǎng)絡(luò)偶爾斷網(wǎng)，工作站無法進行遙控操作。建議每個區(qū)（縣）調(diào)度主站獨立，通過轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器（或工作站）與總部連接，各分公司調(diào)度網(wǎng)絡(luò)和總部調(diào)度網(wǎng)絡(luò)獨立，確保網(wǎng)絡(luò)安全，同時也能減少因與總部通信的故障而影響各分公司的遙控操作，提高各分公司調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

圖2 主站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2 主站拓展

調(diào)度主站數(shù)據(jù)網(wǎng)通過轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、加密設(shè)備、路由器和防火墻等設(shè)備分別與上級調(diào)度網(wǎng)、營銷內(nèi)網(wǎng)、視頻專網(wǎng)、MIS 信息服務(wù)器和移動調(diào)度服務(wù)器有機聯(lián)合起來（見圖3），實現(xiàn)以下功能：與上級調(diào)度數(shù)據(jù)互聯(lián)互通；轉(zhuǎn)發(fā)電能信息至營銷網(wǎng)絡(luò)，降低企業(yè)營銷成本；實現(xiàn)站端保護與視頻聯(lián)動，為調(diào)度員智能切換可視現(xiàn)場；通過小電流接地選線、故障錄波等設(shè)備，通過專用軟件計算，與電子地圖信息系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)故障快速定位，并利用MIS 系統(tǒng)，公告停電范圍；通過移動調(diào)度服務(wù)器，為調(diào)度遠程指揮者提供實時故障處理數(shù)據(jù)信息。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓展圖

3.3 主要功能

主站系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能：可視化實時監(jiān)測與控制（SCADA）、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)分析與預(yù)測、調(diào)度決策與優(yōu)化、故障診斷與恢復、安全管理與風險預(yù)警和調(diào)度員模擬培訓（DTS）等。

3.4 智能及輔助功能

故障快速定位：通過小電流接地選線[6]，結(jié)合故障錄波和保護測距等，快速計算故障點位置，并通過電子地圖信息系統(tǒng)，標注故障可能存在的范圍[3]。

電子地圖信息系統(tǒng)：實現(xiàn)對高低壓線路和臺區(qū)等信息參數(shù)管理，結(jié)合調(diào)度自動化實時顯示電力網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、供用電狀態(tài)和故障范圍，顯示故障和事故處理人員工作位置。

移動指揮系統(tǒng)：故障和事故處理人員佩戴智能安全帽，通過電子地圖信息系統(tǒng)，實時顯示人員工作位置和離故障或事故點的距離等信息，為安全、快速處理事故和故障奠定基礎(chǔ)。

動環(huán)及消防火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)：是一種用于監(jiān)測和管理服務(wù)器機房設(shè)備和環(huán)境的系統(tǒng)。它通過安裝各種傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測、收集機房內(nèi)的溫度、濕度、電力負載、煙霧、水浸、火焰等關(guān)鍵參數(shù)，傳送至遠程服務(wù)器進行集中管理，提高機房、控制室等場所的安全性、穩(wěn)定性和運維效率。

3.5 智能調(diào)節(jié)及監(jiān)測

通過設(shè)定或監(jiān)測節(jié)點電壓或線路負荷，特別是近年來由于新能源的快速發(fā)展，對電力網(wǎng)絡(luò)的影響比較大，系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)置的參數(shù)要求對可控設(shè)備進行智能投切和實時提醒調(diào)度運行人員進行人工調(diào)節(jié)（AGC/EDC），優(yōu)化負荷分配，提高電力網(wǎng)絡(luò)可靠性和電能質(zhì)量。

4 結(jié)束語

智能化電力調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的智能化、自動化和經(jīng)濟運行，整個系統(tǒng)安全、可靠、拓展靈活。整篇文章根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及在各自動化廠家的技術(shù)支持下，通過對汝城分公司調(diào)度部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實現(xiàn)了獨立雙數(shù)據(jù)通道，大大地提升了調(diào)度自動化的可靠性。文章中的內(nèi)容為電力調(diào)度自動化維護人員傳授了經(jīng)驗，為設(shè)計人員提供了實踐經(jīng)驗，為區(qū)（縣）電力調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)及發(fā)展指明了方向。