汪　偉，李端超，龐晴晴，劉　夏

(1. 國網安徽省電力公司電力調度控制中心，安徽　合肥　230022； 2. 國網阜陽供電公司，安徽　阜陽　236017；3. 國網滁州供電公司，安徽　滁州　239000)

電力調度自動化系統(tǒng)是指直接為電網運行服務的數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)，包括在此系統(tǒng)運行的應用軟件。它基于計算機、通信及控制技術，在線為各級電力調度機構生產運行人員提供電力系統(tǒng)運行信息、分析決策工具和控制手段[1]。其中調度自動化主站系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分，負責收集和處理子站采集的遙測、遙信信息，并對子站發(fā)送各種命令信息，從而實現對電網的采集與監(jiān)視控制功能。智能電網調度控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)電力調度自動化系統(tǒng)的基礎上進一步發(fā)展，是一套面向調度生產業(yè)務的集成、集約化系統(tǒng)，對電網運行的監(jiān)視、分析、控制、計劃編制、評估和調度管理等業(yè)務提供技術支持。在傳統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)基礎上，智能電網調度技術支持系統(tǒng)在一體化基礎平臺基礎上構建了4大類應用[2-3]，有效提升調度系統(tǒng)在線化、精細化、實用化、一體化水平，為堅強智能電網安全、經濟、優(yōu)質運行提供技術支撐，但同時也極大地增加了系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度，也使得系統(tǒng)的運行風險點有所增加。

隨著變電站智能化程度的提高和無人值班模式的推廣，智能電網調度控制系統(tǒng)接入的信息量和接入的信息種類都比以往大大增加；隨著調度控制與管理要求的精益化，調度自動化主站系統(tǒng)應用需求日益實用化、復雜化，對數據源要求多樣化，與相關系統(tǒng)互連復雜化。電網調度控制和管理對智能電網調度控制系統(tǒng)的運行性能、遠方通信狀態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)定性等提出了更高的要求。雖然智能電網調度控制系統(tǒng)具備簡單的CPU、磁盤和應用監(jiān)測功能[4]，但對整體系統(tǒng)的運行狀況更多地需要依靠人工巡視檢查，這種方式已經不能滿足系統(tǒng)運行維護的需要，需要采取新的技術手段增強對智能電網調度控制系統(tǒng)在線運行狀況的分析和預警能力，以提升智能電網調度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測能力和風險防御水平。

1　系統(tǒng)架構

為實現對智能電網調度控制系統(tǒng)的運行性能、遠方通信狀態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)定性實現實時監(jiān)測，增強智能電網調度控制系統(tǒng)在線運行狀況的分析和預警能力，考慮到智能電網調度控制系統(tǒng)基礎平臺對于數據交換、功能擴展等已經具有完備的支持，狀態(tài)在線監(jiān)測基于智能電網調度控制系統(tǒng)基礎平臺，但遵循以下原則。

a. 對于智能電網調度控制系統(tǒng)已有的統(tǒng)計指標，直接獲取使用。

b. 不直接使用智能電網調度控制系統(tǒng)基礎平臺程序，如服務總線、消息總線等。

c. 在線監(jiān)測服務器與智能電網調度控制系統(tǒng)環(huán)境相互獨立，不對生產運行環(huán)境作進行任何的改動。

d. 采集軟件部署在主站系統(tǒng)的各應用服務器上，每臺機器各自匯總單機采集信息，與在線監(jiān)測服務器進行交互，由在線監(jiān)測服務器進行匯總處理。

e. 采集層軟件不宜過多，原則上采集層最多部署2個程序，一個負責采集、一個負責傳輸。

在此基礎上，進行在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件和硬件架構的設計。

1.1　軟件架構

智能電網調度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測采用分層架構，縱向分為3層，如圖1所示。

a. 人機展示層。用戶與之交互的界面，實現

在線監(jiān)視指標個性配置、實時狀態(tài)監(jiān)視和指標詳情查詢、歷史告警查詢操作。

b. 數據匯總分析層。對采集數據進行匯總、加工、存儲，根據指標庫和配置庫對實時數據進行計算分析、預警、評估，基于歷史數據總結智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)，對歷史數據進行歸納，分析變化規(guī)律，形成分析評估報告。

c. 數據采集層。由前置信息采集客戶端、運行信息采集客戶端、性能信息采集客戶端組成，實現對監(jiān)測對象的指標數據采集。

圖1　在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件結構

1.2　硬件架構

智能電網調度控制系統(tǒng)一般由數據庫服務器、SCADA服務器、前置服務器、高級應用服務器、工作站和內網交換機等組成。因此，需要在現有系統(tǒng)硬件結構的基礎上增加1臺在線監(jiān)測服務器，用于部署服務端分析評估軟件。系統(tǒng)硬件架構如圖2所示。

圖2　在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結構

前置信息采集軟件部署在前置服務器上，負責通道投退次數、運行率、通信流量、通信誤碼率、數據刷新率、通信時長等前置信息的采集。運行信息采集軟件和性能信息采集軟件部署在數據庫服務器、各應用服務器上，負責系統(tǒng)的各服務、應用、硬件資源信息的采集。在線分析評估軟件部署在在線監(jiān)測服務器上，通過文件傳輸的方式獲取前置信息采集軟件、運行信息采集軟件和性能信息采集軟件采集的數據，根據評估標準給出系統(tǒng)評估結果。圖形展示軟件將評估結果通過可視化的手段進行展示，提供界面配置工具、實時監(jiān)視與指標詳情查詢、歷史告警查詢等功能。

2　數據采集

2.1　前置數據采集

按表1所示進行前置通信數據的采集。

表1　前置數據采集信息表

2.2　運行信息采集

運行信息分為硬件信息、應用狀態(tài)信息、關鍵進程信息、數據庫信息、各種服務信息、性能信息等，按表2進行運行數據的采集。

表2　運行信息采集表

3　監(jiān)測評估技術

為實現對智能電網調度控制系統(tǒng)的運行性能、遠方通信狀態(tài)和系統(tǒng)穩(wěn)定性實現實時監(jiān)測，必須從主站系統(tǒng)與子站系統(tǒng)運行通信質量監(jiān)測、智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)在線體檢、主站系統(tǒng)核心指標在線評估三個方面進行主站在線監(jiān)測評估技術的研究。

3.1　遠方通信監(jiān)測與評估

隨著設備監(jiān)控納入調控業(yè)務，子站系統(tǒng)的大部分監(jiān)控信息均需要接入主站系統(tǒng)，接入的信息量和接入的信息種類都比以往大大增加；為適應特高壓交直流大電網的調度和故障協同處置的需要，上下級調度之間的數據交互更是較以往有數量級的增加。大規(guī)模、頻繁的信息交互對主站遠方通信的穩(wěn)定性、可靠性、正確性提出了更高的要求。遠方通信監(jiān)測主要就是實現對通道投退次數、運行率、通信流量、通信誤碼率、數據刷新率、通信時長等指標的監(jiān)測、統(tǒng)計分析與評估。監(jiān)測范圍考慮不同接入模式、不同通信規(guī)約、不同通信方式的影響，選取包括通道工況、通道投退率、多源通道數據一致性性等典型性指標。

遠方通信監(jiān)測指標采集主要通過部署在主站系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點的采集程序完成，采集方式有讀主站系統(tǒng)的實時庫、讀前置共享內存、讀日志信息等多種，采集的信息按固定格式寫入文件，最終以文件的形式傳送至在線監(jiān)測服務端進行后續(xù)處理。

3.2　指標監(jiān)測技術

智能電網調度控制系統(tǒng)的實時庫在設計時，對于每個指標都設置了是否監(jiān)測、指標權重等域，用于根據工程實際情況對指標體系進行調整，利用這種機制，可以有針對性地選擇具有代表性的指標，實現智能電網調度控制系統(tǒng)有針對性的指標監(jiān)測。智能電網調度控制系統(tǒng)指標監(jiān)測范圍包括主站應用運行信息指標、系統(tǒng)資源信息指標、系統(tǒng)一致性指標和效率性能信息指標。按照功能實現方式指標又可以分成單機信息指標和多機信息指標，在體檢過程中通過不同的方式獲取。

a. 單機信息指標

單機信息指標是指在一臺機器上通過讀實時庫、讀歷史庫、讀日志文件等即可以得到結果的采集指標，例如硬件信息、前置通道工況、誤碼率、關鍵進程信息、應用狀態(tài)信息等。大多數采集指標均為單機信息指標。

b. 多機信息指標

多機信息指標是指幾臺機器配合通過聯合測試程序才能得到結果的采集指標，主要指性能指標，例如變化數據傳輸時間指標，需要從前置服務器到SCADA服務器進行聯合采集，在前置機部署數據模擬發(fā)送程序，記錄數據發(fā)送時間，發(fā)送值，在SCADA機部署數據接收測試程序，記錄數據的接收時間，實時庫更新時間。

3.3　核心性能指標評估方法

主站系統(tǒng)核心性能指標評估首先要建立指標評估模型，規(guī)范指標評價標準，然后按照指標體系對基本指標量化打分，實現指標加權、綜合評分計算。

建立智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)在線監(jiān)測核心指標評估模型，首先由數據采集客戶端采集的實時數據和歷史文件構成在線監(jiān)測數據庫，然后對照指標體系中的每個條目按照打分規(guī)則進行量化打分，逐層計算得到各項得分至綜合得分，評估過程中對于單項指標不是滿分的情況即認為存在問題，如果得分為0即為嚴重故障，需要立即處理。根據得分情況對系統(tǒng)運行情況進行嚴重程度分析，并給出相應的解決方案。

為了突出關鍵指標的作用，提取系統(tǒng)幾項核心關鍵指標作為智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)一票否決指標，即認為在滿足這類指標的前提下，系統(tǒng)才進行后續(xù)的基本指標打分和綜合評分，核心指標中的任一項指標如果不滿足，則認為系統(tǒng)處于嚴重故障，需要及時給予告警。例如全系統(tǒng)通道投入率指標可以表征主站系統(tǒng)前置與子站通信情況，是前置功能是否正常的重要指標，即可以定制為一票否決指標；重要數據刷新時間可以表征主站系統(tǒng)消息處理、數據處理功能是否正常，屬于智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)核心指標，也可以定制為否決指標。

在智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)核心指標評估過程中，每個指標變量都有其指標實際值和評估值，由于各個指標的單位、量綱不盡相同，關鍵就在于如何實現指標實際值和評估值的轉化。在智能電網調度控制系統(tǒng)在線監(jiān)測體系中，基本指標均為量化指標，可按一定的方法進行評分。

每項指標的量化評分需要根據指標的具體內容設置規(guī)則，形成分數與指標的對應關系，在得到基本指標的評分后，需要按照智能電網調度控制系統(tǒng)運行指標體系對同層指標進行匯總。在同層指標之間引入指標權重來區(qū)別該指標相對于其他指標的重要程度，一般采用歸一化值表示。指標權重一般可由專家和用戶直接指定，也可以采用兩兩比較的方法進行確定[5]。

為了表征智能電網調度控制系統(tǒng)運行整體狀況，在各個底層指標打分已經計算完成的基礎上，結合同層指標的權重利用層次分析法逐層向上計算，每層打分計入權重與系數，結果納入上一級，直至計算得出整個智能電網調度控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的綜合評分和各項指標分組評分，計算公式為

S=j=1nSjWj

(1)

式中：n表示指標S的下層指標個數；Sj表示任一下層指標評分；Wj表示對應的權重。通過下層指標的評分和權重的加權求和，即可以計算出指標S的評分。通過綜合評分的計算可以量化評估當前主站系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且通過分組得分情況能夠更快速定位系統(tǒng)運行存在問題。

4　應用與成效

根據研究和開發(fā)的成果，在安徽省調智能電網調度控制系統(tǒng)上進行了在線監(jiān)測軟件的部署和應用。新安裝在線監(jiān)測服務器，部署在線監(jiān)測服務端程序；在智能電網調度控制系統(tǒng)SCADA、前置數據庫和應用服務器配置采集端程序；在工作站部署在線監(jiān)測客戶端程序。

在線監(jiān)測系統(tǒng)通過前置信息采集模塊實時采集反映主站與子站之間通信質量的指標數據，通過運行狀態(tài)采集模塊實時采集反映被測系統(tǒng)硬件運行狀態(tài)、平臺運行狀態(tài)、應用運行狀態(tài)的核心指標數據，通過性能信息采集模塊實時采集反映被測系統(tǒng)性能的指標數據，最后由在線監(jiān)測服務端程序對數據進行匯總、分析、評估被測系統(tǒng)的運行性能、運行穩(wěn)定性、運行效率和健康狀態(tài)。系統(tǒng)提供了集成的用戶界面、個性化的配置選項，便于自動化值班人員及時地掌握主站系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并可實現異常情況在線預警。

實際使用表明，該系統(tǒng)顯著提高了智能電網調度控制系統(tǒng)的監(jiān)測水平，減輕了自動化值班人員的工作量，提高了值班巡視的工作效率，保障了智能電網調度控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對于保障電網調度生產的正常進行具有重要意義。

5　結束語

智能電網調度監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測依托于基礎平臺的數據交換能力和標準化接口，構建分布式的信息采集架構，實現智能電網調度控制系統(tǒng)的運行信息采集，采用網絡傳輸的方式將數據傳輸到獨立的服務器進行分析、處理和評估，全景展示智能電網調度控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在線監(jiān)測架構基于服務/客戶機先進的、開放的、可高度擴展架構具有可擴展至分布式多系統(tǒng)的能力[6]，為今后實現遠程集中式在線監(jiān)測做出了有益的探索。

參考文獻：

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[3]姚建國，楊勝春，單茂華. 面向未來互聯電網的調度技術支持系統(tǒng)架構思考[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2013，37(21)：52-59.

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[5]邵立周,白春杰. 系統(tǒng)綜合評價指標體系構建方法研究[J]. 海軍工程大學學報，2008(3):48-52.

[6]王強，施毅斌. 網絡技術信息技術在生產運行和管理中的應用[J]. 東北電力技術，2001，22(10):16-18.