任周陽

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030600)

調(diào)、配一體自動化系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究

任周陽

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030600)

針對如何在“三集五大”體系下建設(shè)電網(wǎng)運(yùn)行支撐系統(tǒng)。并且做到節(jié)約投資，提高效益，更好地為大運(yùn)行服務(wù)開展應(yīng)用實(shí)踐和技術(shù)研究。在介紹調(diào)度自動化系統(tǒng)和配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析兩套系統(tǒng)的相同點(diǎn)和主要區(qū)別，闡述調(diào)配一體自動化系統(tǒng)建設(shè)的必要性、可行性。針對具體的運(yùn)行支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，給出建設(shè)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的方法。實(shí)踐證明調(diào)配一體自動化系統(tǒng)應(yīng)用是可行的，最后描述了調(diào)配一體自動化系統(tǒng)應(yīng)用案例的實(shí)際效果。

電網(wǎng)；電網(wǎng)調(diào)度； 配電自動化；優(yōu)勢；方法；模型

Abstract: Focusing on how to build a supporting system for power grid operation under the hierarchy of “three intensifications and five massive systems”, this paper discusses application practice and technology research in respect to investment saving, efficiency improvement and better service for massive operation. On the basis of introducing current situation of the dispatching automation system and distribution network automation system, this paper analyzes similarities and differences between the two systems, and expounds the necessity and feasibility of the construction of the integrated dispatching and distribution automation system. According to the specific structure of the operation support system, a comparative analysis is made to give the method for building the integrated dispatching and distribution automation system. Practice has proved the feasibility of application of the dispatching and distribution automation system. Finally, this paper describes actual effects of application cases of the proposed dispatching and distribution automation system.

Keywords: power grid; power grid dispatching; distribution automation; advantage; method; model

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展，自動化應(yīng)用技術(shù)從電網(wǎng)高電壓應(yīng)用領(lǐng)域向電網(wǎng)低電壓應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸。電網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)電壓的不同將電網(wǎng)分成高壓和低壓兩個部分，其中用于配電的交流系統(tǒng)中1 000 V及以下的電壓等級為低壓[1]。在電力系統(tǒng)中往往將20 kV及以下與用戶密切相關(guān)的電氣設(shè)備也歸結(jié)為配電網(wǎng)。過去由于自動化設(shè)備昂貴，技術(shù)復(fù)雜，相對于主電網(wǎng)，配電網(wǎng)是被忽視部分，除了最簡單的短路、接地保護(hù)基本上沒有配備自動化運(yùn)行設(shè)備。其實(shí)，配電網(wǎng)也是電力電網(wǎng)通向用戶的最后一公里。配電網(wǎng)的安全、可靠工作直接關(guān)系千家萬戶。因此在自動化設(shè)備成本降低、技術(shù)成熟的今天，適時的推廣調(diào)配自動化一體化建設(shè)成為可能。

1 調(diào)度自動化與配電自動化技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用于全國電網(wǎng)的運(yùn)行管理中。地調(diào)級電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了除基本的SCADA 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)功能外，還實(shí)現(xiàn)了AVC自動電壓無功控制功能、LF負(fù)荷預(yù)測功能、模型拼接、狀態(tài)估計(jì)、母線平衡計(jì)算、智能告警等功能[2]?，F(xiàn)在國家電網(wǎng)公司正在大力推進(jìn)智能電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)D5000的應(yīng)用。D5000系統(tǒng)除了全面實(shí)現(xiàn)地級電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能，還實(shí)現(xiàn)了“遠(yuǎn)程調(diào)閱、告警直傳、橫向貫通、縱向管理”的功能，把電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控、調(diào)度計(jì)劃、氣象變化等各項(xiàng)數(shù)據(jù)融合在一起進(jìn)行管理和分析，真正的實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)共享。

1.2 配電網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀：

當(dāng)今，應(yīng)用配電自動化技術(shù)的配電網(wǎng)還沒有全面普及，這和配電自動化設(shè)備的稀有性和配電自動化技術(shù)成熟度有關(guān)。在大多數(shù)地區(qū)實(shí)現(xiàn)的配電網(wǎng)自動化主要包括：饋線自動化功能；配電臺區(qū)的遙信、遙測、遙控的三遙功能；較高級的配電自動化還會有故障定位功能、故障隔離與配電線路自動合環(huán)功能(線路故障自愈)、電能計(jì)費(fèi)等。以上這些功能的實(shí)現(xiàn)目前主要依賴于故障指示器/FTU/DTU/TTU/RTU等配電終端自動化設(shè)備[3]?？梢哉f配電自動化技術(shù)的發(fā)展還有很大的空間。

2 主網(wǎng)自動化系統(tǒng)與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的共同點(diǎn)與主要區(qū)別

2.1 主網(wǎng)自動化系統(tǒng)與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)共同點(diǎn)

主網(wǎng)自動化系統(tǒng)與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)均由三個子系統(tǒng)組成：主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、終端設(shè)備。三個子系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)基本上都是依賴于光纖網(wǎng)路和無線通信網(wǎng)，利用通信規(guī)約完成電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)及控制命令的上傳和下達(dá)。目前最常用的通信規(guī)約為IEC60870-5-104網(wǎng)絡(luò)規(guī)約，其固定使用2404端口號[4]。終端設(shè)備在工作原理是一致的，主要通過電壓、電流的變化由機(jī)械、電氣、電子采集設(shè)備，將電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集處理，并通過通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給主站系統(tǒng)。三個子系統(tǒng)中最重要的是主站系統(tǒng)，它也是自動化系統(tǒng)的核心。主網(wǎng)調(diào)度自動化控制系統(tǒng)和配電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上幾乎完全一致(圖1所示為獨(dú)立主站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu))。它包括前置部分：負(fù)責(zé)電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)所有數(shù)據(jù)的收集、預(yù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能；應(yīng)用服務(wù)器部分：負(fù)責(zé)按照應(yīng)用性質(zhì)的不同對數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測、遙控功能；歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器部分：對數(shù)據(jù)進(jìn)行存取，必要時按照用戶要求的格式提供歷史數(shù)據(jù)；WEB瀏覽服務(wù)：對外提供有限的電網(wǎng)信息查詢，它位于安全控制區(qū)的三區(qū)。通信轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器：完成上下級調(diào)度和同級調(diào)度之間的數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)依賴于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的支撐；工作站、調(diào)度大屏幕部分：主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能，在此基礎(chǔ)上對電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和操作，包括：各種各樣的電網(wǎng)事故處理和改變電網(wǎng)運(yùn)行方式的倒閘操作；衛(wèi)星鐘：負(fù)責(zé)對全系統(tǒng)的精確對時和守時服務(wù)；正反向隔離裝置、縱向加密認(rèn)證、防火墻：主要完成網(wǎng)絡(luò)安全隔離，設(shè)備身份認(rèn)證等任務(wù)，確保電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)的安全防護(hù)。

圖1 獨(dú)立主站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.2 主網(wǎng)自動化與配電網(wǎng)自動化主要區(qū)別

主網(wǎng)自動化與配電網(wǎng)自動化最大的區(qū)別在于：配電網(wǎng)自動化的終端設(shè)備和通信方式。主網(wǎng)自動化終端設(shè)備安裝相對集中，配電網(wǎng)自動化終端設(shè)備相對安裝分散。主網(wǎng)自動化終端設(shè)備一般安裝在一個相對集中的變電站室內(nèi)，終端工作環(huán)境相對較好，幾十個終端被一套遠(yuǎn)動通信服務(wù)器集中管理。配電網(wǎng)自動化終端設(shè)備分布于半徑較大的地域內(nèi)。終端設(shè)備安裝在室外，工作環(huán)境惡劣。由于終端設(shè)備的安裝問題引發(fā)通信方式也不同：主網(wǎng)自動化主要以光纖通信方式工作；配電自動化由于分布廣，如果全部采用光纖通信經(jīng)濟(jì)開支大，因此主要以公網(wǎng)無線方式傳輸數(shù)據(jù)。以上是制約早期配電網(wǎng)自動化應(yīng)用的主要原因。

3 配網(wǎng)自動化發(fā)展的動因及調(diào)、配融合的趨勢及優(yōu)勢

3.1 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、電網(wǎng)運(yùn)行管理的需求，促進(jìn)了配電網(wǎng)自動化建設(shè)

早期的自動化技術(shù)由于設(shè)備的可靠性低、通信網(wǎng)的安全性差、主站計(jì)算機(jī)處理能力低的限制只能應(yīng)用于電網(wǎng)最為重要的核心領(lǐng)域——重要發(fā)電廠、關(guān)鍵樞紐變電站、高電壓等級電氣設(shè)備上。超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，徹底取代了傳統(tǒng)電子設(shè)備，智能電腦技術(shù)深入到電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域。4G無線通信和光纖通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟。配電網(wǎng)領(lǐng)域安裝自動化設(shè)備成為運(yùn)行管理需要、經(jīng)濟(jì)上適用、技術(shù)上可行的電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目。而配電網(wǎng)自動化技術(shù)也為解決電網(wǎng)管理填補(bǔ)了空白。全國各個電網(wǎng)公司都在加大對配網(wǎng)自動化建設(shè)的投入。配電自動化與95598應(yīng)急搶修的緊密融合，解決了事故停電后快速恢復(fù)電力供應(yīng)的時間要求。

3.2 調(diào)、配自動化融合的趨勢是電網(wǎng)控制計(jì)算機(jī)硬件及軟件應(yīng)用高度智能化引發(fā)的，一體化應(yīng)用是必然的結(jié)果

電網(wǎng)調(diào)度自動化與配電網(wǎng)自動化除了通信網(wǎng)和終端設(shè)備功能的差異在主站上的架構(gòu)是一致的，均由前置、應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲等服務(wù)器構(gòu)成，因此將配網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合到電網(wǎng)調(diào)度自動化主站中是完全可行的。電網(wǎng)調(diào)度自動化的軟件應(yīng)用功能，如：基礎(chǔ)的三遙功能，智能告警功能，短路電流計(jì)算，線路合環(huán)處理，開關(guān)變位與配網(wǎng)故障指示器變位等功能完全可以統(tǒng)一處理[5]。鑒于管理和技術(shù)上的一致性要求，逐步將電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)與配電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)融合，作為一體化應(yīng)用是未來電網(wǎng)運(yùn)行支撐系統(tǒng)建設(shè)和電網(wǎng)運(yùn)行管理發(fā)展的必然方向和結(jié)果。

3.3 調(diào)、配自動化融合的優(yōu)勢

3.3.1技術(shù)上的優(yōu)勢

電網(wǎng)調(diào)度自動化和配電網(wǎng)自動化融合后，可以只建立一套調(diào)配一體的自動化主站系統(tǒng)(圖2所示為調(diào)配一體自動化主站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu))。充分利用電網(wǎng)調(diào)度自動化強(qiáng)大的硬件功能和智能化的軟件功能，為主電網(wǎng)和配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行管理?？梢蕴嵘潆娋W(wǎng)自動化的功能，將主網(wǎng)調(diào)度的成熟技術(shù)：智能分析與輔助決策(停電范圍分析、供電風(fēng)險(xiǎn)分析、合環(huán)操作風(fēng)險(xiǎn)分析、負(fù)荷轉(zhuǎn)供輔助決策、拉限電輔助決策、綜合故障分析)、調(diào)度員培訓(xùn)模擬、網(wǎng)絡(luò)分析(靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算)功能[6]延伸到配電網(wǎng)自動化的管理中。

圖2 調(diào)配一體自動化主站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.3.2經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢

對準(zhǔn)備新建配電網(wǎng)自動化的單位，可以節(jié)省配電自動化主站設(shè)備。包括：節(jié)省了購置應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工作站設(shè)備、衛(wèi)星鐘等昂貴設(shè)備和配電自動化應(yīng)用軟件的購置費(fèi)用；減少了至少一間機(jī)房及其配套設(shè)施的建設(shè)。對已經(jīng)實(shí)現(xiàn)配電自動化的單位，完全可以通過融合前置信息的方式將配電網(wǎng)數(shù)據(jù)接入調(diào)度自動化主站系統(tǒng)中。設(shè)備的減少同時也減少了每年自動化設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，從而節(jié)省了運(yùn)行維護(hù)成本。

3.3.3管理上的優(yōu)勢

減少了一套系統(tǒng)，整個電網(wǎng)運(yùn)行的管理就不再區(qū)分主網(wǎng)和配網(wǎng)，簡化了整個地區(qū)的電網(wǎng)管理。調(diào)、配電自動化實(shí)現(xiàn)一體化后。為配電網(wǎng)自動化做技術(shù)支持的人員和配電自動化值班員與電網(wǎng)調(diào)度自動化的技術(shù)人員和調(diào)控員完全融合到一起，多余的人員改派到其它崗位。人員組織顆粒變小，起到了減人增效的目的；管理制度和SOP流程同樣被合二為一減少了一半，減小了公司管理的復(fù)雜度；電網(wǎng)檢修計(jì)劃的制定直接延伸到終端用戶，不必再擔(dān)心重復(fù)停電造成的損失。

4 實(shí)現(xiàn)調(diào)配一體自動化應(yīng)用的方法

4.1 調(diào)配一體自動化建設(shè)的硬件配置

調(diào)配一體自動化系統(tǒng)與獨(dú)立多套獨(dú)立主站系統(tǒng)相比可以節(jié)省很多的硬件設(shè)備。但由于配電自動化還在大量的使用無線公網(wǎng)GIS設(shè)備，無疑會為整個系統(tǒng)的安全帶來隱患。為了消除這種安全隱患，配電網(wǎng)部分應(yīng)采用獨(dú)立的前置設(shè)備，并在無線公網(wǎng)GIS接入點(diǎn)處加裝橫向隔離裝置。采用獨(dú)立配電網(wǎng)前置的優(yōu)點(diǎn)：可以減輕前置數(shù)據(jù)采集和處理的壓力，提高實(shí)時響應(yīng)速度；加裝橫向隔離裝置滿足了“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的安全防護(hù)要求[7]，最大限度的保證調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的安全。

4.2 調(diào)配一體自動化系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)接入

已經(jīng)具備調(diào)度自動化系統(tǒng)和配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的用戶,為了實(shí)現(xiàn)調(diào)配一體。需要將原有廠站和數(shù)據(jù)鏈路重新全部接入調(diào)配一體自動化系統(tǒng)。通常的做法是采用將原系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照CIM模型導(dǎo)入/導(dǎo)出，SVG文件轉(zhuǎn)換等方式實(shí)現(xiàn)。但是由于多數(shù)供應(yīng)商對模型結(jié)構(gòu)理解的差異，造成原有系統(tǒng)和新系統(tǒng)之間不能很好的轉(zhuǎn)換。為此采用了一種更為有效的技術(shù)方式：中間模型法。所謂中間模型就是按照面向?qū)嶓w的方式構(gòu)造定義電力系統(tǒng)模型，形成：數(shù)據(jù)鏈路模型、主變間隔模型，母線間隔模型，電容器間隔模型，進(jìn)線間隔模型，負(fù)載間隔模型，站(所)用變模型，PT間隔模型等面向電力系統(tǒng)元件實(shí)體的間隔模型。這些面向?qū)嶓w的間隔模型用類來劃分，用電力專用的E文件格式描述。類可以派生和繼承。每個類下的實(shí)體對象包括屬性和方法。實(shí)體模型包含了電力對象的所有特征，如：電容間隔模型的基本屬性有：間隔名稱、相電壓，線電壓，三相電流、頻率等；電容器間隔的方法有：母線連接方法，接地連接方法(串聯(lián)；并聯(lián))等。自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按照間隔模型裝入?yún)?shù)和數(shù)據(jù)，形成一個個的數(shù)字實(shí)體廠站。調(diào)配一體自動化系統(tǒng)讀入中間模型生成的數(shù)字實(shí)體廠站，按照自己的系統(tǒng)導(dǎo)入方法，自動完成廠站信息的接入，在調(diào)配一體自動化系統(tǒng)中生成“三遙”表。

這種方式比起傳統(tǒng)的方式具有更好的靈活性和操作性，特別在原系統(tǒng)沒有CIM模型導(dǎo)出功能時可節(jié)省軟件開發(fā)費(fèi)用，縮短系統(tǒng)建設(shè)時間。

5 結(jié)束語

實(shí)現(xiàn)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，在系統(tǒng)建設(shè)期間節(jié)約了大量投資；硬件設(shè)備的簡化使電網(wǎng)調(diào)配一體自動化系統(tǒng)的維護(hù)變得簡單；主網(wǎng)調(diào)度軟件高級功能應(yīng)用到配電網(wǎng)的管理，使電網(wǎng)運(yùn)行管理能力得到提升；電網(wǎng)運(yùn)行控制得到優(yōu)化；電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行成本明顯降低。

[1] 國家電網(wǎng)公司. 國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程：變電部分Q/GDW1799.1-2013 [S].北京:中國電力出版社,2013.

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Research on the Application Technology of the Integrated Dispatching and Distribution Automation System

Ren Zhouyang

(Taiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi 030600, China;)

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.03.025

TM734

A

1000-3886(2017)03-0082-04

定稿日期: 2016-10-25

任周陽(1998-)，女，天津人,學(xué)生，專業(yè)方向：電氣工程及其自動化。