國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司博野縣供電分公司 魏雅哲 國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司行唐縣供電分公司 魏亞楠

電網(wǎng)運(yùn)行依賴(lài)系統(tǒng)和人員的互相配合將各個(gè)分支系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，但現(xiàn)在世界全球化浪潮的席卷、國(guó)際垂直分工的存在，產(chǎn)品互相交融，就必須在世界范圍內(nèi)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)調(diào)度是電網(wǎng)的中心部門(mén)，控制業(yè)務(wù)高度依賴(lài)計(jì)算機(jī)、通信和自動(dòng)控制技術(shù)，涉及發(fā)電廠、變電站、輸電線路等，覆蓋范圍廣，它的安全運(yùn)行影響深遠(yuǎn)，以及未來(lái)的發(fā)展也是是與每個(gè)人生活息息相關(guān)的。

智能電網(wǎng)控制系統(tǒng)（Smart Grid Dispatching Control System）亦即俗稱(chēng)的D5000系統(tǒng)。OPEN-3000和CC-2000這兩個(gè)系統(tǒng)就是我國(guó)開(kāi)發(fā)制造、并榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)，但傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、模型、圖畫(huà)、通信、服務(wù)等存在諸多問(wèn)題，比如在數(shù)據(jù)方面，SCADA（電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）、AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）、AVC（自動(dòng)電壓控制）、EMS（能量管理系統(tǒng)）都有自己的穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，這兩個(gè)系統(tǒng)有的面向關(guān)系型、有的面向?qū)ο?，在?shù)據(jù)共享及管理上出現(xiàn)問(wèn)題。而這并非我們一個(gè)國(guó)家的問(wèn)題，隨著問(wèn)題的暴露，IEC（國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)）和ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）開(kāi)始統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但一個(gè)事物發(fā)展過(guò)程總是充滿(mǎn)曲折，在國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立之初有些標(biāo)準(zhǔn)之間互相矛盾，這些無(wú)疑對(duì)智能電網(wǎng)的統(tǒng)一發(fā)展起到了阻礙。

1 調(diào)控中心的現(xiàn)狀

D5000系統(tǒng)將曾經(jīng)10余套獨(dú)立系統(tǒng)整合成一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)和四個(gè)大類(lèi)的應(yīng)用，發(fā)展變化如圖1所示，將國(guó)、網(wǎng)、省三級(jí)系統(tǒng)連接起來(lái)統(tǒng)一，大大提高應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)能力，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐。同時(shí)D5000系統(tǒng)將曾經(jīng)的CIM/XML改變?yōu)镃IM/E，極大優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的導(dǎo)出文件大小約為曾經(jīng)的1/10、且效率問(wèn)題也大大增加，從最開(kāi)始的SCADA系統(tǒng)（電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）逐步發(fā)展成完整的EMS（能量管理系統(tǒng)）。

圖1 調(diào)度系統(tǒng)控制系統(tǒng)構(gòu)架

由于現(xiàn)在社會(huì)的快速發(fā)展，迫切需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建立更為強(qiáng)大的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以應(yīng)對(duì)全球化交融和電器設(shè)備制造垂直分工的國(guó)際現(xiàn)狀。經(jīng)過(guò)幾十年的標(biāo)準(zhǔn)化研究，國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)化研究有了極大的發(fā)展。由于我國(guó)電力發(fā)展起步較晚，從改革開(kāi)放以后我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，帶動(dòng)電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，我國(guó)大量新建設(shè)的發(fā)電廠、變電站和調(diào)控中心都滿(mǎn)足IEC標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 調(diào)度系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化研究

因?yàn)閲?guó)際電工委員會(huì)制定標(biāo)準(zhǔn)的原則是“只負(fù)責(zé)定義接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)但不包括具體的功能和實(shí)現(xiàn)的方式”，下面從這五個(gè)方面完成論述。

2.1 通用模型描述

從前，在電力事業(yè)剛剛發(fā)展、調(diào)度事業(yè)也剛剛起步，調(diào)度系統(tǒng)及其子系統(tǒng)從一個(gè)廠商處購(gòu)買(mǎi)，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是方便維護(hù)，對(duì)系統(tǒng)互聯(lián)互通做了最小化。同時(shí)缺點(diǎn)也暴露出來(lái)，在隨著新需求的出現(xiàn)、需要引進(jìn)不同廠商的系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)兼容，幾乎沒(méi)有一個(gè)廠商在任何領(lǐng)域都有杰出的系統(tǒng)，這就限制了在市場(chǎng)中選擇最好的方案。

對(duì)于電氣行業(yè)來(lái)說(shuō)，組件與組件之間需要相互交流，如圖2所示，需要完成CIM（公共信息模型）和CIS(組件接口規(guī)范)的規(guī)范，因此系統(tǒng)中電網(wǎng)通用模型采用IEC 61970系列標(biāo)準(zhǔn)，這在電力調(diào)度中無(wú)需改變系統(tǒng)軟件中現(xiàn)有的軟件，只要在外部有相同的GIS封裝技術(shù)即可完成[2]。如圖2所示，CIM通過(guò)CIS這個(gè)媒介與各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，只要符合其中的接口體系，任何改變都可以在整體系統(tǒng)內(nèi)完成。該標(biāo)準(zhǔn)的定義使得調(diào)度系統(tǒng)中擺脫對(duì)內(nèi)部信息的依賴(lài)，使得系統(tǒng)可以直接相互聯(lián)系起來(lái)。IEC61970-555定義CIM/E的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)度中心的源端維護(hù)、一體化共享和在線使用技術(shù)。

圖2 CIM和各系統(tǒng)的關(guān)系

不過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)中還有需要改進(jìn)的地方，因?yàn)镮EC（國(guó)際電工委員會(huì)）下有21個(gè)工作組，每個(gè)工作組出一個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)紙質(zhì)版足有幾寸厚，各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間難免會(huì)出現(xiàn)重疊內(nèi)容，比如IEC61970定義的CIM和接下來(lái)講到的IEC61850的變電站之間的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)上存在不統(tǒng)一的現(xiàn)象，這也說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)化的研究任重而道遠(yuǎn)。

2.2 通用通信協(xié)議

DAS主要是由主站、子站和大量的配電自動(dòng)化終端組成，如圖3所示。主站主要是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互、監(jiān)控檢測(cè)等各種功能的核心，要實(shí)現(xiàn)主站和終端的聯(lián)系需要通過(guò)通信解決，IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)變電站通信協(xié)議有關(guān)的內(nèi)容，但I(xiàn)EC61970和IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)中間有重疊的地方，這也是上文提到的內(nèi)容，調(diào)度端的模型為三相合相的網(wǎng)絡(luò)模型、由IEC61970定義，變電站模型為三相分相的設(shè)備模型、由IEC61850定義，這也是其中矛盾的地方。

圖3 主站和終端的關(guān)系

主站是控制中心、是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成SCADA和饋線自動(dòng)化的內(nèi)容，子站的位置位于變電站，在整體中承上啟下將主站和終端設(shè)備FTU（現(xiàn)場(chǎng)終端）、TTU（變壓器終端）、DTU（開(kāi)閉所終端）聯(lián)系起來(lái)。以前配電網(wǎng)主站和終端需要人工進(jìn)行數(shù)據(jù)核對(duì)，終端IED（智能電子設(shè)備）的大量接入讓配網(wǎng)的維護(hù)量、工作量大大增加，這就迫切出現(xiàn)一種新的標(biāo)準(zhǔn)，IEC61850為解決問(wèn)題而誕生，實(shí)現(xiàn)了IED設(shè)備無(wú)縫接入。

2.3 通用安全架構(gòu)

我國(guó)的電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了三個(gè)階段：早期的中國(guó)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)CEDnet；國(guó)家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)SPDnet/SGDnet；雙平面架構(gòu)的國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)SGDnet。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，國(guó)網(wǎng)調(diào)度也在趨向網(wǎng)絡(luò)化的過(guò)程，調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用也給調(diào)度的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患。我國(guó)專(zhuān)家向國(guó)際電工委員會(huì)介紹以后引起高度重視，制定了IEC62351系列標(biāo)準(zhǔn)。

因?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度的重要性，電網(wǎng)的調(diào)度網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和電力企業(yè)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間采用了物理隔離，通過(guò)基于SDH/PDH上的不同通道、不同光波長(zhǎng)、不同纖芯的方式進(jìn)行隔離，避免電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)受到網(wǎng)絡(luò)上的威脅。我國(guó)的變電站的網(wǎng)絡(luò)大多采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，如圖4所示。三層分別是站控層、間隔層和過(guò)程層，兩網(wǎng)指的還是貫穿全站的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)主要聯(lián)系站控層和間隔層，采用基于層制造報(bào)文規(guī)范協(xié)議（MMS），支持60種通信服務(wù)。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)將間隔層和過(guò)程層實(shí)現(xiàn)隔離，僅支持SV（采樣值）和GOOSE（公用事件）兩類(lèi)通信。

圖4 智能變電站的通信構(gòu)架

2.4 通用服務(wù)接口

電網(wǎng)調(diào)度中每天都會(huì)出現(xiàn)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中大多數(shù)據(jù)來(lái)源于SCADA系統(tǒng)，而MIS（管理信息系統(tǒng)）就需要兩個(gè)系統(tǒng)的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。兩個(gè)系統(tǒng)主要分為兩種互聯(lián)方式，分為物理層的互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián)。在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中有歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)總量大、訪問(wèn)頻率低，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不可間斷、訪問(wèn)頻率高，這就形成了兩種不同的傳輸方式。IEC 60870-6-503為控制中心之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換一種機(jī)制，為應(yīng)用MMS服務(wù)規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)化的方法，以便數(shù)據(jù)交換。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：主要采用串口方式，根據(jù)不同數(shù)據(jù)側(cè)應(yīng)用不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)接口通過(guò)動(dòng)態(tài)庫(kù)的方式，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口支持按應(yīng)用名（號(hào)）、表名（號(hào)）形式訪問(wèn)接口和提供SQL形式的查詢(xún)接口，這些訪問(wèn)接口具有本地和網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)兩種方式，兩者提供一致的訪問(wèn)函數(shù)；歷史數(shù)據(jù)：在支撐平臺(tái)中，系統(tǒng)會(huì)存儲(chǔ)周期在秒級(jí)以上的各種歷史數(shù)據(jù)，歷史采樣分為分鐘級(jí)和秒級(jí)，其中分鐘級(jí)的固定采樣周期是1分鐘，自動(dòng)采樣、無(wú)需進(jìn)行定義。秒級(jí)的采樣周期為1秒和5秒，根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行定義，歷史數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口，客戶(hù)端無(wú)需了解底層的數(shù)據(jù)原理[3]。

2.5 通用服務(wù)界面

以前系統(tǒng)中各個(gè)應(yīng)用由不同的廠商開(kāi)發(fā)，應(yīng)用中圖形各部相同，這就導(dǎo)致調(diào)度員在工作時(shí)造成對(duì)應(yīng)用操作復(fù)雜，人機(jī)交互困難、人工維護(hù)圖形的工作量大，造成效率低的問(wèn)題，這需要在交換圖形方面提供相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前電網(wǎng)調(diào)度內(nèi)部的人機(jī)界面基于CIM/G規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并形成IEC61970-556國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在本地調(diào)控中心、其他調(diào)控中心、發(fā)電廠、變電站之間聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)整體，完成圖形到模型、模型到圖形的轉(zhuǎn)變[4]。

3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

調(diào)度未來(lái)的發(fā)展一定是向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，目前不斷惡化的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題、新能源的開(kāi)發(fā)、分布式電源的接入、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)商環(huán)境、能源的有效消納等，都對(duì)調(diào)度業(yè)務(wù)的發(fā)展不斷提出新的問(wèn)題。

首先是安全性進(jìn)一步提升：保證網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)不受破壞。將電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隔離化運(yùn)行，目前全國(guó)有2萬(wàn)多套計(jì)算及分布在調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，形成調(diào)度安全專(zhuān)用云。從安全性、保密性、實(shí)時(shí)性、可靠性完成電網(wǎng)調(diào)度的安全化保護(hù)措施，在保證人機(jī)交互同時(shí)，對(duì)身份驗(yàn)證完成進(jìn)一步細(xì)化，確保非系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)人員不可操作；保證數(shù)據(jù)安全。對(duì)重要數(shù)據(jù)完成冷備份和熱備份兩種方式，采用安全的操作系統(tǒng)，對(duì)軟件定期進(jìn)行檢查，規(guī)范系統(tǒng)運(yùn)行；發(fā)電站保證安全。在實(shí)際安全中保證“安全第一，預(yù)防為主”。

其次是對(duì)電網(wǎng)的可控性、可操作性進(jìn)一步提升：目前的系統(tǒng)遵循IEC61970、IEC61968、IEC61850等多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，建立起全球最大的電網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，有效對(duì)電網(wǎng)的可控性進(jìn)一步提升。電網(wǎng)調(diào)度內(nèi)部技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一使操作上越來(lái)越簡(jiǎn)便，人機(jī)交互、可視化的程度進(jìn)一步加強(qiáng)，運(yùn)行的界面越來(lái)越簡(jiǎn)便，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍v史、地理等各種因素的考量，電網(wǎng)調(diào)度建設(shè)越來(lái)越貼近人的需求；最后，隨著新技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)一步應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度中，在海量數(shù)據(jù)的采集分析及報(bào)警、電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)、電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、與變電站的聯(lián)系等方面都會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)[5]。

綜上，現(xiàn)代科技的進(jìn)步正在引發(fā)新一輪的技術(shù)革命，本文就新一代電網(wǎng)調(diào)度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化研究及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單的研究。未來(lái)發(fā)展瞬息萬(wàn)變，標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)隨著出現(xiàn)的問(wèn)題慢慢修正，要始終保持一顆學(xué)習(xí)的心，緊跟時(shí)代步伐，未來(lái)的調(diào)度系統(tǒng)的前景會(huì)更加光明。