配電自動化主站系統建設方案分析

孫中記，睢 鵬，蘇紅梅，張智遠，景 皓

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.石家莊供電公司，石家莊 050051；3.河北省電力公司，石家莊 050021)

配電自動化是智能電網配電環節的主要工程，配電自動化系統建設是提高供電可靠性和供電質量、擴大供電能力、實現配電網高效經濟運行的重要手段。配電自動化系統主要由配電主站、配電終端、配電子站和通信通道等部分組成[1-2]，其中配電主站是配電自動化系統的核心部分，是配電自動化系統功能的主要表現載體。以下結合某城市智能電網配電自動化試點工程建設情況，從主站的建設原則、功能規劃、軟硬件平臺設計以及信息交互等方面探討配電自動化主站系統的建設方案。

1 建設原則

配電主站系統是配電自動化系統的核心，其能否安全可靠運行是整個配電自動化系統成敗的關鍵。在主站系統設計和實施過程中，應遵循安全性、可靠性、開放性及標準化、先進性及可擴展性、可維護性等原則[3]。

此外，配電自動化主站系統在體系結構上應適應供電公司配電網的不同運行管理模式；可通過信息交換總線實現與相關系統互聯，解決信息孤島問題；強化對配電網實時數據的采集與控制，實現對整個配電網的科學管理。

2 功能規劃

配電自動化主站系統的建設要充分突出“信息化、自動化、互動化”特征，根據配電網網架、一次設備、實際需求等，逐步實現配電SCADA、饋線自動化、配電網分析應用、智能化分析應用等功能[4]，并可通過信息交換總線實現與配電相關系統的互聯和應用集成。

a. 配電SCADA：實現數據采集、狀態監視、遠方控制、人機交互、防誤閉鎖、圖形顯示、事件告警、事件順序記錄、事故追憶、數據統計、報表打印、配電終端在線管理和配電通信網絡工況監視等功能。

b. 饋線自動化：與配電終端配合，實現故障的識別、定位、隔離和非故障區域自動恢復供電。

c.配電網分析應用：拓撲分析、解合環潮流、負荷轉供、狀態估計、網絡重構、短路電流計算、電壓/無功控制和負荷預測等。

d. 智能化分析應用：配電網自愈控制(包括快速仿真、預警分析等)、分布式電源/儲能裝置/微電網的接入及應用等。

3 平臺設計

配電自動化主站系統建設，要充分考慮系統的建設規模、饋線自動化的實施范圍和方式，以及建設周期等因素。同時，主站建設要充分利用成熟的網絡技術、數據庫中間件、面向對象以及應用組件技術，采用基于IEC 61970/61968 CIM的信息交互模型進行建設。主站系統接口標準應遵循IEC 61968-1中信息交換模型，通過信息交互總線與其他系統進行信息交互。

3.1 硬件平臺

硬件設備主要包括服務器、工作站、網絡設備和采集設備。網絡部分除了主局域網外，還包括數據采集網、GIS網和WEB服務器網等，各局域網之間通過防火墻或物理隔離裝置進行安全隔離。所有設備根據安全防護要求分布在不同的安全區中，從硬件結構來看，整個系統分布在2個安全區中，分別為安全區Ⅰ和安全區Ⅲ，主系統位于安全區Ⅰ，WEB子系統位于安全區Ⅲ，安全區Ⅰ與安全區Ⅲ之間設置正向與反向專用物理隔離裝置。主站系統硬件結構設計可參考圖1。

圖1 配電自動化主站系統硬件結構

a. 主站系統采用冗余的雙交換式局域網結構，采用具備三層交換功能的企業級或部門級交換機，服務器可采用1 000 Mbits/s速率接入，構成功能分布的開放系統。無論是單網故障，還是網上節點內的單點網絡故障都不影響系統功能。同時，還能方便地進行硬件設備升級，如停掉一臺交換機，更換成新的升級設備，然后再更換另外一臺。

b. 數據服務器一般配置2臺高檔Unix服務器，系統自動保持2臺服務器上數據庫內容的一致性。同時，數據服務器應配置磁盤陣列完成歷史數據的存儲，其容量大小應根據配電網量測的點數、存盤周期、保存期限以及歷史事項的存儲容量來計算。

c. 2臺SCADA服務器可完成數據處理、監視和控制。每臺SCADA服務器都通過千兆以太網接口接到雙骨干網上。雙機運行為主/備或分流方式，當其中一臺服務器故障時，另一臺服務器應自動接替故障的服務器運行。任何單一硬件設備的故障不應使實時數據和系統的主要功能喪失。

d. 系統配置2臺數據采集服務器和2臺無線數據采集服務器。每臺數據采集服務器都通過物理隔離設備接到雙骨干網上，通過光纖和無線通信網完成數據采集功能。數據采集服務器采用集群方式，當其中任何一臺服務器故障時，另外的服務器應自動接替故障的服務器運行，當服務器或雙局域網發生切換時，不會導致數據的丟失。

e. 配置2臺配網應用服務器，完成流程定制、應用服務管理等功能。

f. 配置通信接口服務器，通信接口服務器是整個系統的數據來源與控制通道，主要完成各系統間的數據通信功能。

g. 2臺WEB服務器完成WEB信息發布、歷史數據的存取及相關應用軟件功能。

h. 系統各工作站主要提供人機界面，輔助工作人員完成相應操作，人機界面應友好，易于操作。

3.2 軟件平臺

軟件支持平臺包括操作系統軟件和應用軟件支持平臺，其配置必須滿足實時應用的及時性和高可靠性要求。應用軟件支持平臺和應用軟件必須采用開放式/分布式體系和面向對象技術，滿足可維護性要求，符合國際工業標準。

a. 服務器與工作站可采用Unix操作系統，報表工作站可采用PC操作系統，以保證自動化系統安全、穩定運行。在選擇計算機系統時，對開放性好、實時響應性好、系統資源豐富、在電力行業使用廣泛、系統成熟的操作系統應優先考慮。

b. 應用軟件支持平臺是在操作系統軟件的基礎上，為各種應用提供的一個開發與運行的軟件環境，可以提供分布式系統管理、數據庫管理、圖形人機界面管理、網絡管理以及報表管理等功能。

c. 應用軟件實現配電主站的各項功能，應用軟件必須達到各功能模塊和系統的性能指標要求。

4 信息交互

為實現配電自動化系統與相關系統的數據交互，實現系統間規范、統一的數據交換，避免系統間數據接口的再次重復開發，需要建設統一信息交換總線。以后新建的信息系統都可以通過該統一信息交換總線進行數據交換，不必開發新的接口，將目前“多對多”模式調整為“多對一”的模式，從根本上改變目前數據交換落后的現狀。信息交換總線具有數據采集、接入系統管理、事件通知服務、數據同步管理、數據訪問安全機制、消息運行狀態監控等功能。

4.1 應滿足的條件

信息交換總線遵循IEC 61970/61968的公共信息模型CIM，將電網資源數據進行一體化設計和統一建模，實現數據的統一表達和信息共享。接口規范符合IEC 61968的要求，遵循IEC 61970數據接口標準，建立開放的、具有良好可擴充性的數據訪問平臺，使其他應用系統能夠方便規范的使用集成在總線上的數據。跨越安全區Ⅰ和安全區Ⅲ，解決二三隔離區的透明訪問問題，使所有的應用系統可以直接訪問跨區的服務。

4.2 交互原則

實時信息及準實時信息通過各個系統的前置服務器直接轉發上送，信息交換總線靜態數據原則上以消息觸發機制主動上送信息交換總線，對大批量更新的數據可以采用定時召喚機制由信息交換總線到相關系統獲取。

4.3 硬件結構

信息交換總線硬件結構可參考圖2，總線跨越安全區Ⅰ和安全區Ⅲ，2個安全區內的配置完全對等，安全區Ⅰ與安全區Ⅲ之間設置正向與反向專用物理隔離裝置。

圖2 配電網信息交換總線硬件結構

5 方案可行性分析

該方案中，主站系統的硬件平臺考慮配電自動化建設初期，采集的監測點數量較少，因此設置了2臺前置采集服務器組成前置集群。當后期需要接入其它監測點時，可以通過增加前置服務器的數量，擴展前置集群來提升系統的接入容量。其他后臺服務器和工作站都完全滿足需要，無需對硬件進行升級和改造。主站系統的軟件平臺通過分步驟實施的方法，建設初期可實現配電SCADA、WEB發布，重要線路實現饋線自動化，以后可逐步擴展其它應用。這樣分期實施，可以減少一次建設造成的資金壓力。

該方案通過信息交換總線建設，實現對信息資源的集成、融合及共享，為配電自動化及其它應用系統提供基礎數據支撐，實現現有系統的電網運行數據的增值應用，有效避免了采集系統的重復建設。由以上分析可知，方案具有較好的技術經濟性和可行性。

6 結束語

結合某城市智能電網配電自動化試點建設，對主站系統建設方案進行了規劃設計分析。總體方案遵循安全可靠、可擴展、可維護的原則，按照因地制宜、因網制宜的思想進行配電主站功能規劃，并根據IEC 61970/61968國際標準進行系統平臺設計，通過信息交換總線實現與配電相關系統互聯，可避免采集系統的重復建設。該方案可以為今后配電自動化主站的建設提供參考。

參考文獻:

[1] 龔 靜.配電網綜合自動化技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2] 劉永剛.配電自動化的規劃與應用[J].機電信息，2010(6)：45.

[3] 龍志君，象 陽，陳 剛.配電網自動化主站系統[J].大眾用電，2006，22(2)：42-43.

[4] Q/GDW 382-2009,配電自動化技術導則[S].