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县级电网调配集一体化系统技术发展趋势 |
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| 县级电网调配集一体化系统技术发展趋势 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:36:53  |
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摘要： 文章结合国家电网公司农电工作部“十一五”科技发展规划纲要，紧扣调配集一体化技术发展方向，阐述了“十一五”期间县级电网调度自动化发展的技术趋势。涉及系统体系结构和支撑平台、硬件支撑平台、数据采集系统、公共通信网络租用、安全数据交互发布机制、动态DSCADA功能、实用化功能、电网分析软件、配网自动化实现模式、信息的分层和责任区域机制等，为新一轮县级电网调度自动化系统的改造和建设提供指导意见和建议。
关键词： 配电网 县级电网 调度自动化 调配集一体化
0 引言
为推动县级电网调度自动化改造与建设力度，2005年国家电网公司农电工作部先后制定与颁布了《国家电网公司农网“十一五”科技发展规划纲要》和《国家电网公司农村电网自动化及通信系统技术导则》，进一步明确在“十一五”期间，县级电网调度自动化的新建或改造，必须遵循调配集一体化设计和建设原则，实现调度、配网、集控、电量、管理等多种应用功能的无缝集成，加强信息资源数据整合和数据共享，全面提升县级电网调度自动化系统建设的应用水平。本文紧紧围绕这一主题，从10个方面详细分析和阐述了县级电网调度自动化系统的技术发展趋势。
1 技术发展趋势
1.1 多应用功能的无缝集成和数据共享
在统一的硬件和操作系统运行平台上构建支撑多应用功能的一体化支撑平台，内容涉及基于中间件技术/支持双网动态平衡数据透明传输的节点数据交换软总线；遵循IEC
61970/61968 CIM公共描述模型的面向电力网络设备的一体化多应用数据库建模；采用软复制技术的双服务器历史数据库的严格一致性同步；基于跨平台图形显示技术QT构件矢量化、多平面、多层次、多应用的图模库一体化图形系统；基于Excel的智能报表自动生成系统；严格的人员登录操作管理权限子系统。在一体化支撑平台上，可灵活扩展和集成调度自动化（SCADA）、配网自动化(FA)、集控站监控、电网分析软件（PAS）、配电变压器监视、电能量统计和自动抄表、调度管理（DMIS）、配网管理(DMS)、地理信息系统（DMS）等应用功能，并通过安全隔离措施向MIS网段提供安全的信息浏览和数据发布功能，彻底消除多岛效应，实现各应用功能数据的开放和信息共享，并以此为基础，构架电力企业实时信息综合处理统计分析平台，为电力企业辅助决策管理系统的实现提供基础数据和支撑手段。
1.2 多种可选硬件运行平台
随着CPU集成制造技术的发展，小型机价格在下降，同时微机处理性能在不断提升。基于Unix/Windows混合平台的调配集一体化自动化系统，既充分发挥Unix运行稳定、数据处理能力强、安全性好的优势，又体现Windows人机界面友好、使用操作灵活、维护方便的特点。因此，在我国东部和中部经济发达地区，调度自动化系统的改造和建设建议采用新型的Unix/Windows混合平台结构。其中，数据采集服务器和数据处理服务器选择Unix平台,运行Oracle大型商用数据库；人机工作站选择PC机和Windows界面。新型的Unix/Windows混合平台结构，一方面提升了系统硬件的档次水平，使系统的安全性、稳定性、数据处理性能大大提高；另一方面其性价比更加合理，具有Windows平台系统无可比拟的技术优势。对于中西部经济欠发达的省份和地区，受系统建设投资规模和技术人员队伍的限制，建议调度自动化系统的改造和建设仍然采用PC服务器和Windows运行平台，运行SQL
Server中型商用数据库，以降低系统的造价和系统运行维护费用。多种可选硬件运行平台，可满足不同层次用户的运行应用需要。
1.3 灵活的数据采集系统
数据采集系统应满足调度、配网、电量数据接入，以适合多应用、多通信拓扑、多通信方式的要求。变电站信息的接入一般采用点对点拓扑结构，按照主备双通道来进行配置；配网自动化（FTU/DTU）信息接入采用点对多点拓扑结构；电量信息接入则采用电话拨号等非实时点对多点通信结构。同时，数据采集系统要能够适应模拟、数字、网络、电话专线、ADSL、GPRS多种通信方式接入的要求，具有丰富的远动通信规约库可供选择。变电站信息的接入要实现主、备双通道互为备用，专线和网络方式互为备用，支持多源数据处理；与地调之间可通过专线或网络方式实现数据转发；与配电变压器监测终端和大用户监测终端可以通过GPRS方式来传输数据。为了扩大对变电站动态数据的处理，要求数据采集系统能够解释变电站各种故障录波规约、各种保护规约，实现动态数据的解释与处理。为了提高用户对规约的分析和处理能能力，数据采集系统应提供针对各种通信规约的智能分析手段，通过在线翻译和离线分析，提高用户对规约的调试、诊断和分析能力。
1.4 基于公共通信网络的实时、安全、稳定、可靠、经济的通信通道
通信通道的建设关系到县级电网调度自动化系统建设的成败。目前全国有2 400多个县，将近2/3以上尚未建设调度自动化系统，主要集中在中西部经济不发达地区，其原因主要是缺少资金建设通信通道。中国电信和中国联通经过90年的技术大发展，原有的模拟程控交换技术已经被先进的数字程控交换技术所取代，并形成一个覆盖全国各个乡镇、稳定完善的高速宽带数据传输网络。目前中国电信提供的数据传输业务有电话拨号专线PSTN（64
K）、数字电路业务E1(2M)、非对称异步数字传输链路ADSL(640 Kbps~1 Mbps)、无线网络传输技术GPRS(64
K~512 K)，这些均已在不同省份地区县级电网调度自动化系统建设中得到成功应用。与电力系统专用通信网络建设相比，租用基于公共通信网络的数据传输业务，具有建设周期短、投资少、运行成本低的特点，是一种经济实用的通信通道建设方案，非常适合在中西部地区推广应用。由于是通过公共数据网来传输实时远动数据，必须考虑数据传输的安全性、可靠性、稳定性，中国电信的VPN虚拟组网技术可以为上述应用提供技术保障，另外通过外加的电力数据安全论证机制也可以确保数据传输的安全性。因此，通过租用电信数据传输业务来建立实时、安全、稳定、可靠、经济的电网调度自动化数据传输通道，将在“十一五”期间的县级电网调度自动化建设中发挥重要作用,必将大大促进其建设的步伐，实现“十一五”县级电网调度自动化系统建设目标。
1.5 提供安全的数据交换和WEB数据发布机制，实现系统安全加固
调配集一体化主站系统作为县级电网实时数据采集和处理中心，必然要与周围的第三方系统实现数据交互和发布。如何确保数据交互的安全性，是主站系统必须考虑的一个重要因素。主站系统一方面需要与处于同一个安全等级的第三方监控系统交换信息，如机房环境安全监控系统、独立的AVQC自动电压无功调节系统、自动安全约束系统等。主站系统统一采用“网关+网络交换机”的模式与第三方监控系统交换数据，网关服务器驻留系统数据的透明服务功能，通过统一的透明数据服务接口向第三方监控系统提供系统的各种实时数据、历史数据、电网的各种数据模型CIM。另一方面主站系统通过电力专用隔离装置向MIS网提供安全的WEB数据浏览发布功能。通过电力专用隔离装置，将处于安全Ⅰ区的主站系统信息单向迁移至安全Ⅲ区，在Ⅲ区建立WEB数据镜像,为安全Ⅲ区的数据综合平台提供数据发布服务，同时向MIS网提供各种画面、报表、曲线、告警、实时和统计数据的WEB浏览功能。对于系统中各个服务器和工作站，通过合理设置系统配置、服务、权限，减少安全弱点，如停止不必要的应用和服务、及时更新系统安全补丁、对系统资源的访问符合主机安全策略。对计算机病毒的防护应覆盖主站系统所有服务器和工作站，提供定期、及时病毒代码更新机制，严格控制各种病毒的入侵与扩散。当入侵发生时，系统能及时报告、检查与处理。系统万一被入侵成功或发生其他情况导致数据服务崩溃时要能在短时间内恢复。
1.6 动态DSCADA功能，增加动态数据采集处理和二次系统运行的监视
常规的SCADA功能是面向厂点号，实现对电网稳态数据（P/Q/I/U）的采集、监视和控制。随着县级电网建设规模的不断扩大和应用需求的不断深入，新一代的主站系统数据模型不仅要面向电力设备对象，而且要刻画电力网络拓扑关系；不仅要采集处理电网的稳态运行数据，更要采集处理电网的动态运行数据，如故障录波装置的录波数据、变电站综合自动化和继电保护装置的继电保护动作信息，为电网各种事故分析提供数据来源和决策依据，自动生成事故报表。更进一步，主站系统还要采集和监视二次系统的运行数据，如主站系统各个设备的运行状态、UPS设备的运行状态、变电站设备的运行状态，监视自动化设备是否运行在故障边缘，及时告警和提示，确保电网运行的安全。因此，新一代的主站系统是集电网的稳态数据、动态数据、二次系统信息采集和处理于一体的动态DSCADA主站系统。
1.7 更多、更强、更灵活的实用化功能
主站系统不仅要求运行稳定可靠，而且随着应用需求的不断发展，要求提供更多、更强、更灵活的系统维护、数据处理、系统操作、统计分析等实用化功能。
（1） 系统运行维护。在系统的运行维护方面，提供数据库的快速智能自动录入功能，通过快速的CIM模型变换，自动生成系统设备模型，自动倒入设备名称、点号、系数，同时能自动校合数据库中信息的正确性；采用图模库一体化技术，实现自动绘图、自动生成拓扑关系、自动数据库关联、自动生成标注测点、自动校合图形的正确性；基于Excel实现报表模版的快速智能自动生成，支持MIS网段远程工作站自定义和报表浏览；提供多种灵活的数据库备份和还原手段，如整库、按表、分时段等；实现IC卡刷卡权限登录和管理以及短消息电子值班功能，发布各种重要的告警操作信息；对重要进程实现在线监护和异常告警功能；在线监视系统资源的使用状况和各个设备的运行状态；具有点面结合的灵活告警设置功能。
（2） 数据处理。在数据处理方面，提供面向实时数据库在线计算的ANSI
C计算引擎，可灵活定义和修改各种在线计算公式；面向历史事件数据查询的动态SQL引擎，可灵活配置各种查询模式；根据厂站一次接线图支持自动旁路代和手动旁路代功能；面向故障录波和继电保护装置的动态数据分析和处理；在线监视变压器调档、电容器投切。
（3） 系统操作。在系统操作方面，实现基于图形的自动电压拓扑着色，可以浏览设备台帐、设备图片、设备注释信息以及间隔单元的保护定值、保护定值单；对开关实现封锁、挂牌、遥控、变位统计，对测点实现封锁、置数、曲线、统计；实现双机不下位遥控监护、事故追忆、自动浏览事故断面和数据断面；实现基于设备的实时和历史曲线浏览和维护，提供日曲线和年月统计曲线功能，表现形式多样化；提供面向开关批操作的遥控交互功能。
（4） 统计分析。在统计分析功能方面，提供面向设备间隔的数据综合分析、量测的年/月统计值分析、开关变位统计分析、电压合格率统计分析、供电可靠性统计分析、远动通道运行监视和误码率统计、系统/厂站/线路的平衡率和线损率计算和统计、电度量和积分电量的在线统计和计算、力率的在线计算和考核；自动统计变压器调档、电容器投切次数。
1.8 提高电网运行经济水平的电网分析软件
随着县级电网的结构和运行方式日趋扩大和复杂化，要求调度运行人员能够快速、准确、全面的掌握电网的实际运行方式，预测分析电力系统的运行趋势，正确处理电力系统中的各种问题，从而确保电网运行的安全性和经济性。电网分析软件正是辅助电网调度运行人员实现上述要求的有力工具，是帮助调度员从经验型调度上升为分析决策型调度的重要手段，是调度自动化系统的重要功能组成部分。县级电网调度自动化配置的PAS功能主要包含2大部分：一部分有助于提高电网运行的经济性和供电质量。如电压无功优化和全局电压无功控制，通过合理地投切电容器和调整变压器档位，提高了电网电压合格率，有效地降低了无功线损，使电网在保证合格电压的条件下运行更经济，避免了主变压器分接头和电容器开关的频繁动作，有效地延长了设备的检修周期和使用寿命，降低了变电站的建设费用（省去站内VQC装置）。另一部分有助于提高电网运行的安全性和稳定性，在电网结构复杂时更好地安排电网的运行方式。如网络建模、网络拓扑、状态估计、调度员潮流等功能。网络建模和网络拓扑可以生成电网在各种接线方式下的电气岛模型；状态估计则是在变电站上送的各种量测值的基础上，通过可观测性计算和不良数据辨识，去除冗余数据和坏数据，自动补充伪量测，得到一个反映电网真实运行的参数模型；调度员潮流则是在状态估计的基础上，通过人工模拟电网的各种操作和运行方式的变化，得到线路、变压器支路和母线电压的越限信息，评估人工操作对电网的安全性影响，为实际调度操作的可行性提供科学依据，保证电力系统的安全可靠运行。此外，负荷预报可以协助运行方更好地制订电网运行方式和设备检修计划，为电网的规划提供决策依据。
1.9 探索适合于县级配电网的多种配网自动化实现模式
县城配电网与城市配电网相比，供电负荷主要集中在城镇等人口密集地区，以环行供电方式为主，而城镇郊区以及乡村供电量则比较小，以辐射型供电方式为主。从配电网规模上，配电线路以及线路开关数目要比城市配电网少得多，一次开关设备装备的总体技术水平与城网相比有差距。因此，探索适合于县级配电网的自动化实现模式，而不是照般城网自动化实现模式非常重要。对于负荷密集的城镇重要负荷区域，在环网供电结构的基础上，通过安装电流型负荷开关、配网终端FTU以及架设光纤通信网络，在主站采集和处理配网故障信息，实现远方控制模式的馈线自动化策略；对于城镇以及乡村的辐射型供电线路，通过安装重合器或电压
－ 时间型分断器，实现就地控制方式的馈线自动化策略。为了使主站能够监控辐射型线路上开关的设备状态，需要安装开关FTU，再通过GPRS的方式向主站传输开关的各种信息，并可以对开关实现远方控制。对于县城配电网范围内配电变压器以及大用户负荷的监控，则通过安装配变监测单元TTU，再通过无线GPRS的方式向主站系统传输配电变压器和大用户的各种运行参数。在一次开关设备操作电源的选择上，必须慎重考虑是选择直流操作机构还是交流操作机构，由于户外蓄电池的运行环境恶劣，维护工作量大，建议仅选择蓄电池的作为配网终端的工作电源，而不要作为开关的操作电源，避免因蓄电池性能的下降而影响配网的供电可靠性。
1.10 探索信息分层处理以及责任区域管理调度集控一体化新模式
主站系统承担了电网监控任务，主站端需要接收和处理所有管辖范围内厂站和配网的实时信息，而各个中心监控站只需要接收和处理该中心地域范围内厂站的实时信息，因此责任区域的管理和信息的分层处理对于集控模式显得尤为重要。信息分层和责任区域管理分为2个部分：一个是责任区域的设置和管理，另一个是根据责任区域进行相应的信息分层处理。系统将所有接入厂站的信息按照变电站以及电压等级划分为不同的责任区，这些责任区可以是所有厂站、部分厂站的集合，也可以是厂站和不同电压等级的各种组合关系。责任区的定义还和用户权限管理模块相结合。每个用户定义该用户所属的责任区；每个责任区内定义一个责任区组长，组长的身份由系统管理员确认和指定；组长可以设置属于该责任区内的每个组员的权限，但不能更新自己的权限；每个用户定义其可以登录的结点。这样，用户和结点关联，结点又和责任区关联，用户就只能在自己所在责任区的结点范围内工作，防止了用户的越权登录，提高了系统的安全性能。系统的实时信息（全遥信、遥信变位、全遥测、变化遥测、厂站工况、越限信息，以及各种告警信息）在被处理后会根据责任区的设置发送到不同的结点上。应用了信息分流技术以后，每个中心监控站只处理该责任区域内需要处理的信息，无关的画面、报表、历史数据等都不会出现在该监控站内。告警信息窗也只显示和该责任区域相关的告警信息，遥控、置数、封锁、挂牌等调度员操作也只对责任区域内的设备有效，画面上不属于该责任区域的设备和信息将被消隐或者屏蔽（对于一个厂站按照电压等级分属不同的责任区的情况非常有用），从而起到了各个工作站节点之间信息分层和安全有效隔离的作用。
2 结束语
结合国家电网公司农电工作部“十一五”科技发展规划纲要，紧扣调配集一体化技术发展方向，从系统体系结构和支撑平台、硬件支撑平台、数据采集系统、公共通信网络租用、安全数据交互发布机制、动态DSCADA功能、实用化功能、电网分析软件、配网自动化实现模式、信息的分层和责任区域机制等10个方面阐述了“十一五”期间县级电网调度自动化发展的技术趋势，意在为新一轮县级电网调度自动化系统的改造和建设提供参考建议和意见。
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