主配網調控一體化圖形平臺設計

汪 磊， 魏麗芳， 王克謙， 黃志勇

(河南信陽供電公司調度中心， 信陽 464000)

主配網調控一體化圖形平臺設計

汪 磊， 魏麗芳， 王克謙， 黃志勇

(河南信陽供電公司調度中心， 信陽 464000)

針對電網運行管理主配網調控一體化建設的需要，文中提出了一體化運行管理圖形平臺的設計方案。采用公共信息模型和可縮放矢量圖形文件格式將電網主網圖形和配網圖形對接并導入同一電網圖形平臺，利用電網一體化建模、圖庫一體化、數據傳輸一體化和五防一體化技術實現了一體化圖形管理、運行方式實時監控與管理、調度日常管理、系統操作模擬的安全校核、運行方式輔助分析等五大功能模塊，解決了以往主配網管理相互獨立的弊端，為主配網調控一體化管理提供了保障。

電網運行管理調控一體化； 電網拓撲一體化建模； 圖庫一體化； 數據傳輸一體化； 五防一體化

電力系統通常分為主網和配網兩大塊。主網是指110 kV千伏及以上電壓等級的電網，起輸電作用。配網主要是指35 kV及以下電壓等級的電網，其作用是給各個配電站和用電負荷供電。

電網運行管理工作模式是統一調度，分級管理，分為國調、省調、市調和縣調等不同級別，分管不同電壓等級設備。

運行管理工作內容包含設備檢修、新設備啟動投運、事故處理等，負責保障電網運行穩定與安全，設備檢修、保障用戶的可靠性供電。

在規模龐大電網的運行管理中，電網接線圖形的管理起著基礎數據平臺的重要作用，通過在線顯示電網接線圖形，電網運行管理人員可以清晰地了解電網接線方式、設備運行方式、設備參數及系統的潮流分布等信息，基于這些信息可實現多種關鍵應用操作。

目前我國實際情況是，主網信息自動化系統從20世紀70年代數據采集與控制系統SCADA(supervisory control and sata acquisition)開始建設，實現了數據采集與監視；到20世紀80年代由SCADA和自動發電控制AGC(automatic generation control)及網絡分析匯集成能量管理系統EMS(energy management system)，以后計算機的每次發展都體現在EMS上，逐漸完善了數據采集與監視，遠動操作等功能，發展比較成熟；配網自動化信息系統建設從20世紀90年代開始，發展相對滯后。這就形成了主網圖形和配網圖形分別獨立管理與維護，主配網之間缺乏有效的信息交互，從主網系統不能查看配網的接線方式及負荷等的不足，因而已不適應我國電網主配網調控一體化的建設趨勢[1，2]。

國家電網近年來著力解決配電網薄弱的問題，實現與主網架規劃和地方城鄉配網規劃有效銜接，將主網配網納入一體化管理體系。本文主配網調控一體化運行系統的設計思想是將高電壓等級變電站、低電壓等級變電站以及城市配網乃至用戶在線統一地用電網圖形展示。其關鍵技術為完成主網配網圖形的拓撲連接，為實現“調控一體、集中監控、分散操作、無人或少人值守”的大運行生產管理模式打下堅實的基礎。

1 主配網調控一體化的發展歷程

我國電網運行管理模式經歷了傳統模式、集控站模式、集控中心+運維操作站模式三個階段。

傳統電網運行管理模式：按變電站分站監控和操作變電站24小時輪換值班模式，調度直接下令到變電站執行操作。這種模式的優點是對事故異常反應速度快，缺點是隨著變電站數量的增多需要龐大的運行人員隊伍。

集控站運行管理模式：設若干集控站24小時值班監控和操作，一個集控站管理約10～20個變電站，變電站無人值班或少人值守，調度下令到集控站，由集控站負責下令到變電站進行操作。這種模式的優點是一定程度上減少了值班人員，缺點是需要建立多個集控中心，需要的運行人員數量也很多。

集控中心+運維操作站運行管理模式：一個城市建立一個監控中心，按作業半徑分設若干運維操作站，變電站無人值守，監控中心24小時值班，運維操作站值班人員少，一個監控中心監控最多可達100多個變電站，調度下令到集控中心，由集控中心下令到變電站。監控中心人員負責受控變電站設備監控，遙控操作等工作，運維人員負責現場工作。這種模式的優點是人力資源使用效率高，適應電網快速發展，有利于向調控一體化過渡。

隨著電網規模快速發展、電網信息化、智能化、電網公司集約化發展和可持續發展的需求，調控一體化管理模式被提出。調控一體化管理模式是監控調度合一，按作業半徑分設運維操作站，變電站無人值守，運維操作站少人值班，調度下令到運維操作站，再由運維操作站人員下令到變電站。調控人員負責調度和設備監控、遙控操作等工作，運維操作人員負責現場操作。調控一體化運行管理模式使得調度掌握設備運行信息更加全面及時準確，事故異常處理令下達快捷，管理鏈條縮短，人力資源利用率高。

為了調控一體化管理模式的實施，使調控人員調度監控能夠涵蓋全網，必須擺脫主配網獨立運行的格局。為此，首先要解決的問題是將主配網圖形對接，連成整體，方便調控人員從主網快速查看相連配網設備，進行全網快速分析[3，4]。

2 主配網調控一體化圖形平臺設計方案

2.1 主網配網圖形一體化方案的提出

主配網調控一體化就是主網圖形導入之后與配網圖形建立拓撲連接在統一電力圖形平臺上展示。主網圖形中的高電壓等級線路經過變壓器變壓之后，與低電壓等級的出線斷路器連接，用一條單端線路表示主網圖形的電源終點，單端線路可以是圖1中A線路或者B線路的一半線路。在配網圖形中可以是圖1中A線路或者B線路的另一半單端線路作為配網的電源起點。兩條單端線路在電網圖形中取同樣的標志，由此圖形拓撲將兩條單端線路看作同一條線路，通過單端線路可以實現從主網圖形跳轉連接，直接進入配網圖形，做到一站式直達，從主網圖形根據網絡拓撲關系直接訪問到配網低電壓等級變電站、分接箱乃至最終用戶，這就是主網配網圖形一體化方案實現的構思。圖1為主配網一體化示意。

圖1 主配網圖形一體化示意

2.2 主配網圖形平臺對接技術

主網圖形從主網能量管理系統EMS(energy management system)導出，配網圖形從配電自動化系統DAS(distribution automation system)導出。上述兩種圖形皆以公共信息模型CIM(common information model)及可縮放矢量圖形SVG(scalable vector graphics)文件作為數據載體，包括電網連接的各種數據，并將其導入第三方專業電力圖形平臺進行數據整合與圖形對接。圖形對接主要通過相應的模型拆分與合并模塊完成。模型拆分根據既定的規則和模型拓撲關系及層次邏輯關系，從CIM文件取出對應電網SVG中的運行、拓撲及量測數據，并通過CIM文件解析、圖模型調度的邊界拆分及拼接等手段形成一個一體化的全網模型。圖2為實現主配網圖形平臺對接技術的軟件邏輯流程[6，7]。

圖2 主配網圖形對接流程

2.3 主網配網圖形一體化實現的技術要點

1)網絡拓撲一體化建模功能

主、配網圖形統一在專業電力圖形平臺整合，該圖形平臺設計完全針對電力工作人員需求，圖形編輯平臺融合主流畫圖軟件Visio及AutoCAD作圖軟件的功能，支持超大圖形繪制及建模管理，單圖繪制元件大于10萬個，性能優越，運行穩定。

在上述主配網一體化平臺上，實現基于主配網圖形的操作管理，支持各種掛牌(警示牌，給調度員及現場工作人員提醒)，如保電牌、檢修牌、缺陷牌等操作；支持線路的運行狀態顯示；可追溯以往歷史時刻電網斷面，并在上面進行相關的分析研究；可進行運行方式狀態斷面比對，并將比對結果以圖表兩種方式直觀展示。

2)圖庫一體化

支持電網圖形改圖管理功能，每種設備單獨入庫，具有獨立的物理屬性以及與其他設備建立拓撲連接關系；支持多人同時改圖操作，分別發布而互不影響，支持改圖前后的圖形對比，圖表結合，直觀了解改圖內容。

3)數據傳輸一體化

主配網圖形在統一平臺整合顯示，設備作為圖形的組合元件。設備的調度監控合一，信息規范分層分流。對設備的遙測、遙信、遙控、遙調和遙視數據統一顯示。系統基于WEB控件技術構建，可在網絡上進行發布瀏覽，滿足調度通信中心各部門人員的瀏覽需求。實現設備的電源追溯、供電范圍分析、連通性分析，并能在圖形上以可視化形式展示。

4)五防一體化

五防是指防止帶負荷拉合隔離開關、防止誤分合斷路器、防止帶電掛接地線、防止帶地線拉合斷路器、防止誤入帶電間隔。

系統自動處理主、配網五防規則，通過每個設備的真實物理屬性實現調度操作的基于圖形的模擬預演，并進行操作安全校驗，有效防止誤操作、誤調度事件發生；與保電管理、設備缺陷管理、重要用戶管理模塊相結合，實現設備的失電操作提示、設備缺陷提醒；實現電網的實時運行管理和模擬運行兩種方式，協助調度員進行日常調度及運行方式的運行模擬預演。

3 系統功能實現

系統由電網圖形平臺和運行方式實時監控與管理、調度日常管理、操作模擬和安全校核、運行方式輔助分析五類應用組成[5]，如圖3所示。

圖3 主配網圖形平臺功能架構

3.1 一體化圖形管理

電網圖形平臺允許主網圖形和配網圖形分開維護，主網運行人員能夠維護主網接線圖、配網運行人員能夠維護配網系統圖、單線圖、斷路器站圖等各類專題圖，通過主配網圖形對接，主配網連成一體電網，配網不用再設置單獨的電源點。圖形平臺作為基礎平臺，為運行方式實時監控與管理、調度日常管理、操作模擬和安全校核以及運行方式輔助分析四類應用提供網絡拓撲結構等基礎數據支持。

3.2 運行方式實時監控與管理

電網圖形系統與監控系統進行對接，能夠實時顯示電網運行數據。主配網統一運行，主網運行人員主要監控的是主網系統運行工況，需要的話，能夠快速切調到其下配網，查看其變電站和線路的運行工況。運行方式管理可以實現電網正常方式和異常方式的日常管理；可以對任意兩個方式斷面的運行工況進行分析對比；可以依據方式變更單，進行電網斷面運行工況的保存，以備隨時調用分析。

3.3 調度日常管理功能

設備管理：基于圖形對配網設備臺賬(電力公司設備資產狀況，指擁有的各種類型的設備擁有量、分布情況以及變動情況)管理和設備參數進行維護、查詢及統計等操作，實現電網設備參數的圖形化操作和管理。

流程化信息管理：包括保電管理、設備缺陷管理、設備檢修管理、地線管理、重要用戶管理等。

3.4 操作模擬和安全校核功能

(1)電網模擬操作可實現全網聯動模擬。地調可模擬斷路器操作所引起的電網閉環；模擬解環操作及各種誤調度誤操作的風險；模擬系統主網、配網進行相應操作的閉鎖及警示。上述操作模擬可與重要用戶保電管理(設定重要用戶不能斷電)及設備缺陷管理結合，實現設備失電的操作提示。

(2)邏輯閉鎖模塊對電網復雜運行方式和無電氣關聯的二次保護裝置進行危險點提示和校驗，進一步豐富了安全校核預防誤操作的內容。

(3)系統支持潮流計算，通過圖形平臺提供電網拓撲結構、元件參數、發電和負荷等運行參數，確定電網各部分的穩態運行狀態參數，為電網的操作模擬提供支持。

3.5 運行方式輔助分析功能

供電電源分析：追蹤、分析線路上任意一點的當前在供電源及可供電電源。

供電范圍分析：對線路的供電范圍進行分析，并將分析結果高亮顯示，便于查看和分析。

潮流流向顯示：動態顯示潮流流向。

線路連通性分析：從線路上任意一點出發，雙向追蹤分析該段線路的網絡拓撲連接狀況。

4 成果與效益

電網圖形記錄了發電、變電、輸電、用電等一次設備以及二次保護設備連接關系，設備狀態以及設備參數等大量電網信息，所以維護電網圖形的工作很重要。隨著電網規模擴大，管理的設備越來越多，運行工作人員維護圖形的工作量不斷增長，而主配網圖形平臺的建設提供電網圖形一體維護的功能，減少圖形維護工作量。而主配網圖形對接實現全網運行方式實時監控，全網設備調度日常管理，全網設備操作模擬和安全校核以及全網運行方式輔助分析，解決了以往主配網管理相互獨立的弊端，實現了主配網調控一體化管理。

1)減輕圖形維護工作量

實現了主網配網圖形在一套系統中維護，避免圖形的重復繪制，同時提供了多種圖形維護工具，滿足各技術部門對圖形維護的需求；圖形平臺與實時系統的對接功能，也減少了電網運行方式確定的工作量。

2)實現了主配網調控一體運行平臺

主配網一體化運行平臺的建設，集中整合了主網、配網圖形，使兩者成為真正意義上具有拓撲連接的統一整體，實現了數據共享、計算校核、安全防誤及操作一體化；運行方式輔助分析一體化，為主配網調控一體化搭建了有效的運行平臺。

3)提高了安全運行水平

實現了調度監控合一，信息規范分層分流；對設備遙測、遙信、遙控、遙調和遙視進行遠方程序化操作；遙控操作的全程安全保障、風險預控及快速的事故分析處置功能，避免盲目調度狀況的發生。通過上述功能全面掌握電網實時運行狀態，提高對電網安全穩定運行的可控程度。

5 結論

為適應國家電網公司對電網運行管理主配網調控一體化建設的要求，介紹的主配網調控一體化平臺的功能及實現方案。該平臺的研發有助于提升電網的科學調度、優化系統的配置資源，提高了電網的調度信息化、自動化及互動化水平，推進電網調度支持系統的標準化建設。主配網調控一體化平臺的建設完善了電網圖形的一體化管理，提高了圖形維護水平，調度監控合一的管理模式有助于調度人員及時掌握現場真實情況，提高電網的安全運行水平。

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汪 磊(1980-)，男，工程師，本科，主要從事電網調度運行、調度自動化、電力市場等方面研究工作。Email:xygdgsdds@sina.com

魏麗芳(1968-)，女，高級工程師，碩士，主要從事電力系統運行管理等方面研究工作。Email:xygdgsdds@sina.com

王克謙(1974-)，男，高級工程師，本科，主要從事電力系統運行、電網穩定管理等方面研究工作。Email:xygdgsdds@sina.com

DesignofGraphicsPlatformforSchedulingandControlIntegrationofMainandDistributionNetwork

WANG Lei， WEI Li-fang， WANG Ke-qian， HUANG Zhi-yong

(Henan Xinyang Power Supply Company Dispatch Center， Xinyang 464000， China)

For the integrated scheduling-control construction of main and distribution network in the operation and management of power grid, the paper has proposed a designing scheme of integrated operation- management graphics platform. Common information model and scalable vector graphics format are used to complete docking between main network graphic and distribution network graphic of power gird, and then to import them to the same graphic platform. By using the technology of integrated modeling of power gird topology, graph-database integration, data transmission integration and misoperation-proof lockout integration, the platform implements the function including integrated graph management，operation mode real-time monitoring and management, dispatching daily management, security correction based on operation simulations and operation mode aid-analysis. Therefore, the previous drawbacks of mutual independence in the management of main and distribution networks can be resolved, which will provide the guarantee for the integration management of main and distribution network.

integrated scheduling-control of operation and management of power grid； integrated modeling of power gird topology； graph-database integration； data transmission integration； misoperation-proof lockout integration

TM734； TP319

A

1003-8930(2012)01-0142-05

2011-05-06；

2011-10-12