電力系統(tǒng)中的智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)探討

汪 莉 張 旭

(重慶市電力公司市區(qū)供電局，重慶 400039)

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接與用戶相連。

配網(wǎng)自動(dòng)化經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了傳統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集 (SCADA)+配電自動(dòng)化(DA)模式，也有考慮地理信息系統(tǒng)的若干實(shí)踐，但是在實(shí)用化道路上對(duì)大多數(shù)企業(yè)而言。卻仍在探索中前進(jìn)。配電自動(dòng)化實(shí)施的結(jié)果普遍是投入產(chǎn)出比不明顯.涉及配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)并沒有得到明顯提高，相關(guān)調(diào)度運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作環(huán)境并沒有得到大的改善，其中主要原因是技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路問題和沒有適合的產(chǎn)品。

可視化技術(shù) (Visualization)借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)。把數(shù)據(jù)以圖形或圖像的形式顯示在屏幕上。使人和計(jì)算機(jī)直接交流.在圖形中對(duì)具有形體的信息直接進(jìn)行操作，提高了工作效率。在電力系統(tǒng)中引入可視化技術(shù)，提出以調(diào)度員思維模式為框架、以可視化界面為功能模范、以互動(dòng)計(jì)算為系統(tǒng)核心的電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路。并在實(shí)際電力調(diào)度系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。本文在設(shè)計(jì)了具有八大主要功能的配電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)基礎(chǔ)上。對(duì)系統(tǒng)操作界面的設(shè)計(jì)、管理及系統(tǒng)與SCADA／EMS的數(shù)據(jù)接口方式進(jìn)行了說明。

1 調(diào)度支持系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

1.1 基本圖形顯示

調(diào)度支持系統(tǒng)圖形界面設(shè)計(jì)主要包括全網(wǎng)的電氣接線圖、10kV電纜網(wǎng)接線圖、10kV開關(guān)站圖及其他相關(guān)圖形。其中電氣接線能以全網(wǎng)接線、單線圖、區(qū)域圖、變電站／開關(guān)站站內(nèi)接線等方式分別顯示，可將配網(wǎng)各類運(yùn)行信息顯示在接線圖上。具有多圖顯示、視圖縮放等基本功能。

1.2 接線圖管理

調(diào)度支持系統(tǒng)能對(duì)配電網(wǎng)接線圖變更的閉環(huán)流程進(jìn)行管理。調(diào)度員在審核確認(rèn)的過程中。可以進(jìn)行變更前后配電網(wǎng)接線圖的比較。能明顯標(biāo)識(shí)拓?fù)洹⑽恢煤筒町愋畔ⅲ詣?dòng)記錄變更前后的差異。審核確認(rèn)后。自動(dòng)更新電網(wǎng)接線圖。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電源點(diǎn)追溯、供電／停電范圍分析、動(dòng)態(tài)著色等功能。支持接線圖打印、輸出。

1.3 配網(wǎng)運(yùn)行信息的可視化展示

示例l：如果設(shè)備處于檢修狀態(tài)，則圖上該設(shè)備以虛線顯示。如圖1所示。圖1(a)中無容量水平的虛線發(fā)電機(jī)符號(hào)表示發(fā)電機(jī)檢修；圖1(b)中無潮流箭頭虛線表示線路檢修。

圖1 示意圖(一)

示例2：設(shè)備狀態(tài)的智能表達(dá)。主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行、檢修、停運(yùn)狀態(tài)的表達(dá)。為準(zhǔn)確的供電路徑選擇提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).如圖2所示。

圖2 示意圖(二)

示例3：智能搜索可視化。實(shí)現(xiàn)對(duì)海量配網(wǎng)設(shè)備的搜索，可以分類、模糊地搜索設(shè)備，并在圖形上指示，如點(diǎn)擊設(shè)備后。會(huì)顯示其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

1.4 配網(wǎng)潮流顯示

線路潮流用線路上的箭頭來表示.箭頭的方向表示潮流流動(dòng)的方向.箭頭的大小、流動(dòng)的速度與潮流的大小成比例。潮流可以顯示有功、無功、電流，由用戶通過鼠標(biāo)點(diǎn)選(基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))。

1.5 線路餅圖

線路的潮流占線路容量的百分比.可以在線路上自動(dòng)用一個(gè)餅圖顯示.圓餅表示線路容量100%，用藍(lán)色表示現(xiàn)在流過的潮流。當(dāng)線路潮流超過線路容量80%以上時(shí)，該圓餅突然變大.并以紅色特顯(基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))。

1.6 等高線

可在一幅全網(wǎng)主接線或地理接線、層次結(jié)構(gòu)圖上分辨出全網(wǎng)各母線的電壓高低、各線路的潮流大小和變壓器負(fù)載情況。在全圖上以不同顏色表示電壓的高低水平、負(fù)載的輕重情況 (基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))

a.節(jié)點(diǎn)電壓等高線，用不同顏色顯示全網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)電壓情況，如圖3所示。

圖3 節(jié)點(diǎn)等高線示意圖

b.線路負(fù)載等高線，顯示負(fù)載情況。如采用不同顏色對(duì)相同電壓等級(jí)線路進(jìn)行標(biāo)示，如圖4所示。

圖4 線路等高線

c.變壓器負(fù)載等高線，用不同的顏色顯示變壓器的負(fù)載情況，與節(jié)點(diǎn)電壓等高線類似。

1.7 三維圖形顯示設(shè)備運(yùn)行信息

調(diào)度支持系統(tǒng)可調(diào)用三維圖形的方式顯示，如節(jié)點(diǎn)電容無功投入情況：以柱狀圖表示無功出力，用柱子的高低表示出力的大小：如果是電容器等無功設(shè)備。則柱子長(zhǎng)度表示無功容量，柱子分2段，下面部分的長(zhǎng)度表示當(dāng)前無功出力，上面部分表示裕量。當(dāng)把鼠標(biāo)移到某一柱子上時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以數(shù)字形式顯示所有指標(biāo)。變壓器負(fù)載：變壓器負(fù)載以柱狀圖表示，柱子長(zhǎng)度表示變壓器容量，柱子分2段，下面部分的長(zhǎng)度表示當(dāng)前負(fù)載。上面部分表示負(fù)載裕量。變壓器溫度：以柱狀圖表示，柱子長(zhǎng)度表示變壓器允許溫度，柱子分2段，下面部分的長(zhǎng)度表示當(dāng)前溫度，上面部分表示溫度裕量。

1.8 三維圖形的旋轉(zhuǎn)

當(dāng)一幅圖中的無功設(shè)備、變壓器等比較多或者比較密集時(shí)，在三維圖形方式顯示時(shí)，前面的圖形可能遮蔽后面的圖形。不便于觀察，容易引起判斷失誤，可利用三維圖形的旋轉(zhuǎn)功能.將圖形旋轉(zhuǎn)任意的角度，以便于觀察。

2 調(diào)度支持系統(tǒng)接口

調(diào)度支持系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)與scADA／EMs、檢修系統(tǒng)的接口，利用SCADA／EMS系統(tǒng)提供的系統(tǒng)主接線圖、地理圖、電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的配網(wǎng)智能分析要求的功能。

2.1 數(shù)據(jù)接口方式

調(diào)度支持系統(tǒng)如果和SCADm倔MS等系統(tǒng)在同-個(gè)區(qū)，可以直接通過一個(gè)接口服務(wù)器把SCADA／EMS等系統(tǒng)和可視化系統(tǒng)連接起來，如果不在一個(gè)區(qū)，則需要加裝一臺(tái)隔離裝置。接口示意圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.2 硬件接口方式

在配網(wǎng)智能系統(tǒng)中增加一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，組成專用的小型網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)內(nèi)有一臺(tái)接口服務(wù)器，經(jīng)過原 SCADA／EMS／DMIS 系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)直接通過網(wǎng)絡(luò)與此專用小型網(wǎng)絡(luò)連接，中間可以加隔離裝置。

2.3 軟件接口方式

軟件接口方式根據(jù)原有系統(tǒng)能提供的接口，可以靈活處理。

a.對(duì)拓?fù)潢P(guān)系和靜態(tài)信息的讀取傳輸。首選基于IEC61970／61850ClM模型的標(biāo)準(zhǔn)接口方式實(shí)現(xiàn)。也可以通過傳文本文件的方式傳送系統(tǒng)拓?fù)潢P(guān)系和靜態(tài)信息。

b.對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。首選基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，也可采用文件傳輸模式，既可傳全部數(shù)據(jù).也可以傳變化數(shù)據(jù)。

2.4 接口數(shù)據(jù)要求

通過接口方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接入.接入的數(shù)據(jù)可滿足可視化系統(tǒng)監(jiān)視運(yùn)行的需要，主要包含以下幾類的數(shù)據(jù)：

a.SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主要是同步顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)：

b.拓?fù)潢P(guān)系，以便于抽取出由于實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變引起的可視化網(wǎng)絡(luò)的同步變化數(shù)據(jù)：

c.靜態(tài)信息.如各種限值、開關(guān)狀態(tài)等各種靜態(tài)參數(shù)。

結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于可視化技術(shù)的配電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)在操作、運(yùn)行界面、數(shù)據(jù)接口方面有以下特點(diǎn)。

a.系統(tǒng)能對(duì)配電網(wǎng)接線圖變更的閉環(huán)流程進(jìn)行管理。包括對(duì)電網(wǎng)接線圖拓?fù)洹⑽恢煤筒町愋畔ⅲ詣?dòng)記錄變更前后差異的標(biāo)識(shí)及自動(dòng)更新。可實(shí)現(xiàn)電源點(diǎn)追溯、供電／停電范圍分析、動(dòng)態(tài)著色等功能。

b.設(shè)備狀態(tài)的智能表達(dá)與搜索。主要包括對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、檢修、停運(yùn)狀態(tài)的表達(dá)，為準(zhǔn)確的供電路徑選擇提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)海量配網(wǎng)設(shè)備的分類與模糊搜索及圖形指示。

c.全網(wǎng)全景的等高線示意。以不同顏色標(biāo)注主接線或地理接線、層次結(jié)構(gòu)圖上的各母線電壓、線路潮流和變壓器負(fù)載的等高示意圖 (基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或離線數(shù)據(jù)／離線導(dǎo)人數(shù)據(jù))。

d.三維圖形的方式顯示。包括立體柱狀示意.如變壓器負(fù)載、發(fā)電機(jī)出力等，當(dāng)把鼠標(biāo)移到某一柱子上時(shí).系統(tǒng)會(huì)以數(shù)字形式顯示所有指標(biāo)；支持三維圖形旋轉(zhuǎn)功能.便于觀察。

e.實(shí)現(xiàn)與 SCADA／EMS、檢修系統(tǒng)的接口。滿足電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的配網(wǎng)智能分析要求的功能。

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