0 引言

隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展，各主要城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)和規(guī)劃逐漸步入了線網(wǎng)化時(shí)代。上海[1]、廣州[2]、深圳[3]、寧波[4]、廈門[5]等地的城市軌道交通電力系統(tǒng)均采用統(tǒng)籌優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)置了若干共享主變電所（又稱主變電站），1座共享主變電所可以同時(shí)為2條及以上軌道交通線路供電[6]。共享主變電所的建設(shè)運(yùn)營(yíng)主要采用“先建為主”的原則[6]，先建線路為后建線路預(yù)留接入條件，線路間以電話等方式協(xié)調(diào)工作。線路運(yùn)營(yíng)期間，該協(xié)調(diào)工作方式存在信息不對(duì)稱、權(quán)限不對(duì)等、責(zé)任劃分不清等問(wèn)題，對(duì)線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)造成不利影響，尤其是無(wú)法快速、準(zhǔn)確地處理突發(fā)事件。本文提出一種基于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機(jī)制，解決傳統(tǒng)調(diào)度機(jī)制中后建線路與先建線路強(qiáng)耦合、無(wú)法有效統(tǒng)籌管理線網(wǎng)供電模式的問(wèn)題，并在成都地鐵線網(wǎng)指揮中心得以成功應(yīng)用。

1 共享主變電所的傳統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)制

目前，城市軌道交通線網(wǎng)共享主變電所的協(xié)調(diào)機(jī)制主要包括以下3種傳統(tǒng)方案[6]：

（1）方案一 各線路獨(dú)立控制模式

共享主變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信接口，分別與相關(guān)聯(lián)線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)（獨(dú)立設(shè)置或包含于綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，下同）建立通信；所有共享線路均可監(jiān)視共享主變電所的設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)本線路運(yùn)營(yíng)需求設(shè)置控制權(quán)限及操作相關(guān)對(duì)應(yīng)設(shè)備（圖1）。

圖1 共享主變電所傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方案一

優(yōu)點(diǎn)：線路建設(shè)簡(jiǎn)單，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流簡(jiǎn)單清晰；任何一條線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的故障不會(huì)對(duì)其他線路造成影響。

缺點(diǎn)：共享主變電所的接口較多；線路間權(quán)限重疊部分的設(shè)備控制職責(zé)不清。

（2）方案二 線路間主從調(diào)度模式

共享主變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)只與先建線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)共享主變電所內(nèi)所有供電設(shè)備的監(jiān)控，該線路稱為該共享主變電所的“所屬線路”；其他后建線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)均與所屬線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由所屬線路向后建線路轉(zhuǎn)發(fā)主變電所內(nèi)設(shè)備狀態(tài)信息，并將后建線路的控制指令下達(dá)至主變電所（圖2）。

圖2 共享主變電所傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方案二

優(yōu)點(diǎn)：共享主變電所的接口簡(jiǎn)單；線路間權(quán)限清晰（所屬線路具有更高的權(quán)限）。

缺點(diǎn)：加重共享主變電所所屬線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，2條以上線路共享時(shí)尤為明顯。

（3）方案三 線路間界面集成模式

共享主變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)只與先建線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變電所內(nèi)所有供電設(shè)備的監(jiān)控，該線路稱為該共享主變電所的“所屬線路”；其他后建線路設(shè)置獨(dú)立的電力調(diào)度工作站，與所屬線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)主變電所供電設(shè)備的監(jiān)控（圖3）。

優(yōu)點(diǎn)：接口簡(jiǎn)單；線路間權(quán)限清晰（所屬線路具有更高的權(quán)限）。

缺點(diǎn)：不利于后建線路的整體集成；后建線路對(duì)共享主變電所的監(jiān)控功能過(guò)于依賴所屬線路。

圖3 共享主變電所傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方案三

（4）傳統(tǒng)方案的缺陷分析

傳統(tǒng)方案中，先建線路需要為后建線路預(yù)留接入條件，后建線路需要完成與先建線路的接入，對(duì)線路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施都提出了更高的要求；線路間形成強(qiáng)耦合，后建線路不同程度地依賴于先建線路，不利于后建線路的整體集成及新技術(shù)的應(yīng)用。

傳統(tǒng)方案均側(cè)重于以先建線路為主以協(xié)調(diào)共享主變電所的供電模式，而由于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的信息不全面、不對(duì)稱（任何一條線路都不可能完全掌握線網(wǎng)整體的實(shí)時(shí)供電狀態(tài)），各線路的電力調(diào)度人員需要通過(guò)電話等方式進(jìn)行相互間的協(xié)調(diào)，效率低，容易出錯(cuò)，尤其是出現(xiàn)突發(fā)應(yīng)急事件時(shí)，無(wú)法做出快速而有效的應(yīng)對(duì)措施。

2 基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機(jī)制

目前，國(guó)內(nèi)各主要城市已建成或正在建設(shè)城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心，其主要功能之一是作為線網(wǎng)日常運(yùn)營(yíng)電力管理指揮中心和電力應(yīng)急管理指揮中心，負(fù)責(zé)制定線網(wǎng)日常供電運(yùn)行模式，并在出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)指揮供電模式的調(diào)整[7]。由此，本文提出一種基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機(jī)制。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)與本線路的車站變電所和共享主變電所的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建立通信，負(fù)責(zé)監(jiān)控本線路的車站變電所和共享主變電所內(nèi)供電設(shè)備；線網(wǎng)指揮中心與各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)建立通信，獲取線路所有供電設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并通過(guò)各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)共享主變電所供電設(shè)備的控制命令，其方案如圖4所示。

圖4 基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所協(xié)調(diào)方案

2.2 調(diào)度原則

實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)指揮中心與各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間通信接口的功能應(yīng)基于以下調(diào)度原則（針對(duì)共享主變電所）：

（1）線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間具備操作互斥性，同一時(shí)刻只有兩者之一可以向共享主變電所下達(dá)控制指令。當(dāng)線網(wǎng)指揮中心具備操作權(quán)限時(shí)，線路電力監(jiān)控系統(tǒng)只能轉(zhuǎn)發(fā)線網(wǎng)指揮中心的控制指令，不得自行下達(dá)控制指令；當(dāng)線路電力監(jiān)控系統(tǒng)具備操作權(quán)限時(shí)，可以自行下達(dá)控制指令，并取消來(lái)自線網(wǎng)指揮中心的控制指令。

（2）線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間應(yīng)區(qū)分控制權(quán)限級(jí)別，線網(wǎng)指揮中心的權(quán)限高于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的權(quán)限，即由線網(wǎng)指揮中心決定操作權(quán)限歸屬于線網(wǎng)指揮中心還是線路電力監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)線路電力監(jiān)控系統(tǒng)不具備操作權(quán)限時(shí)，只能通過(guò)電話方式請(qǐng)求線網(wǎng)指揮中心授權(quán)。特殊情況下，如線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)通信連接中斷時(shí)，由線路電力監(jiān)控系統(tǒng)全權(quán)接管控制操作，直到通信連接恢復(fù)。

（3）線網(wǎng)指揮中心和線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，應(yīng)不同于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)和主變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，如果相同，則線網(wǎng)指揮中心和線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信應(yīng)加密，其目的是有效區(qū)分2個(gè)接口的通信內(nèi)容，防止因報(bào)文錯(cuò)誤傳遞而造成誤操作。

（4）線路電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)向線網(wǎng)指揮中心上傳共享主變電所的SOE（事件順序記錄）信息，并保證其實(shí)時(shí)性，以便于線網(wǎng)指揮中心掌握共享主變電所內(nèi)設(shè)備的動(dòng)作情況，并與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)上傳的設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)互相印證，發(fā)現(xiàn)不一致時(shí)及時(shí)進(jìn)行故障排查。

2.3 方案優(yōu)勢(shì)

基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機(jī)制具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間為主從關(guān)系，線網(wǎng)指揮中心的控制權(quán)限高于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)，且兩者之間具有操作互斥性，解決了傳統(tǒng)方案一中線路間權(quán)限不清的問(wèn)題。

（2）線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口數(shù)量恒定（共2路，1路與主變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接，1路與線網(wǎng)指揮中心連接），與共享主變電所接入的線路數(shù)量無(wú)關(guān)，解決了傳統(tǒng)方案二中某些線路電力監(jiān)控系統(tǒng)通信接口數(shù)量過(guò)多的問(wèn)題。

（3）后建線路電力監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)需監(jiān)控先建線路已監(jiān)控的共享主變電所，降低了線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施難度，解除了先建線路與后建線路之間的強(qiáng)耦合，解決了傳統(tǒng)方案三中后建線路過(guò)于依賴先建線路的問(wèn)題。

（4）線網(wǎng)指揮中心除了可以獲取共享主變電所的供電設(shè)備狀態(tài)，還可以獲取車站變電所和非共享主變電所的供電設(shè)備狀態(tài)，從而推導(dǎo)出整個(gè)線網(wǎng)的實(shí)時(shí)供電拓?fù)潢P(guān)系（如圖5所示）。線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度人員可以據(jù)此統(tǒng)籌共享主變電所的電力調(diào)度指揮，解決了傳統(tǒng)方案中各線路電力調(diào)度人員掌握信息不全面、不對(duì)稱的問(wèn)題，可有效應(yīng)對(duì)供電系統(tǒng)各類突發(fā)事件。

（5）線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度人員可以通過(guò)線網(wǎng)調(diào)度指揮系統(tǒng)直接控制線網(wǎng)內(nèi)共享主變電所的供電設(shè)備，不需通過(guò)電話等方式進(jìn)行協(xié)調(diào)，大大提高了操作效率，有利于快速處理突發(fā)事件。

（6）基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機(jī)制兼具傳統(tǒng)方案的3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：線路電力監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)簡(jiǎn)單；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流簡(jiǎn)單清晰；共享主變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的接口簡(jiǎn)單。

3 應(yīng)用案例

截至2017年底，成都地鐵線網(wǎng)已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)6條線路，包括1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線、4號(hào)線、7號(hào)線和10號(hào)線，共有主變電所11座。其中7號(hào)線未建設(shè)主變電所，通過(guò)共享2號(hào)線和3號(hào)線的主變電所提供電源。除7號(hào)線外的各線路均通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（集成電力監(jiān)控系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)對(duì)本線路主變電所的監(jiān)控功能；7號(hào)線則通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（集成電力監(jiān)控系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)對(duì)本線路開(kāi)閉所的監(jiān)控功能。線網(wǎng)供電示意如圖5所示。

成都地鐵線網(wǎng)指揮中心的電力調(diào)度模塊通過(guò)與開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的6條線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建立通信連接，采用基于線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各線路主變電所（及7號(hào)線開(kāi)閉所）的統(tǒng)一調(diào)度指揮和控制功能。

圖5 成都地鐵線網(wǎng)實(shí)時(shí)供電拓?fù)潢P(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)城市軌道交通共享主變電所的調(diào)度機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了傳統(tǒng)的“先建為主”、基于線路間協(xié)調(diào)機(jī)制的缺點(diǎn)，提出了基于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機(jī)制，該方案的實(shí)際應(yīng)用效果良好。

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