基于EMS的智能輔助系統研究及應用

黎志強，田 翔，郭 燚

（1.中山供電局，廣東中山 528400）；2.華南理工大學理學院，廣東廣州 510640）

0 引言

能量管理系統（Energy Management System）是保障電網安全穩定運行的核心系統，為了最大化實現EMS 自動化維護工作的智能化、自動化水平，實現EMS日常檢查維護、自動化系統仿真和驗收工作，切實提高自動化人員的工作效率，減輕自動化維護人員的工作強度，保證EMS的安全穩定運行，保障電網的運行安全[1]，本文設計了基于EMS的智能輔助系統。該輔助系統首先通過仿真系統實現了對EMS 系統的進出數據進行監聽，然后通過驗收系統對監聽到的數據進行合理性檢查而后驗收，然后通過輔助檢查系統對EMS系統的硬件狀態、系統信息、電網模型等方面進行檢查和分析，確保用戶對EMS系統存在的風險進行及時管控[2]。EMS智能輔助系統在仿真方面實現了對EMS系統通訊的主站和廠站端同時仿真，實現了報文監聽與錄制、四遙信息封鎖、不同通信規約和通信方式的通信等功能；在驗收方面實現了驗收數據模型的自動化生成；實現web 客戶端和服務端可靠的實時數據通信以及無頁面刷新更新數據；在系統巡視方面EMS智能巡檢日志管理技術；在電網模型校驗方面基于多叉樹理論及自動布局的片網潮流圖展現；基于網絡拓撲分析和專家規則庫的電網模型糾錯技術。該系統對于EMS系統的數據驗收、系統維護、故障檢查等方面發揮了重要的作用。

1 系統組成與原理

EMS 智能輔助系統主要是針對EMS 日常檢查維護、自動化系統仿真和驗收工作而開發的系統，其建設目標是最大化實現EMS自動化維護工作的智能化、自動化水平，切實提高自動化人員的工作效率，減輕自動化維護人員的工作強度，保證EMS的安全穩定運行，保障電網的運行安全[3]。

本系統由輔助檢查系統、自動化仿真系統和自動化驗收系統三個部分組成，各個模塊緊緊圍繞EMS系統進行數據共享。

1.1 輔助檢查系統

輔助檢查系統分為硬件層、操作系統層、集成總線層、數據總線層、公共服務層、應用層和表示層，各個層次之間采用松散的耦合方式便于應用功能的開發、擴展和調試。商用庫訪問服務采用CORBA 機制實現異構系統對EMS 商用數據庫的存取。實時庫訪問服務提供訪問本地訪問接口和網絡訪問接口，從而實現對EMS實時庫數據的存取。應用層提供巡檢日志管理、電網模型校正、跨平臺文件比較、片網潮流圖和線路圖自動生成、報表發布、采用定義等功能。表示層為用戶提供一個交互式的操作界面，用于顯示應用層的計算結果。系統結構如圖1所示。

圖1 輔助系統體系結構圖

1.2 自動化仿真系統

該系統分為通訊層、規約層、數據總線層和應用層四個層次，系統運行監視貫串各個模塊，對系統的運行狀態進行監視。各個層次之間采用松散耦合，使得系統運行穩定、使用靈活、擴充方便。系統的下層模塊不受上層模塊的制約，使得用戶可以靈活設置系統的運行方式。為了便于系統的擴充，系統還預留數據總線接口，便于和其他系統對接。通信層主要作用是將不同的通信方式對上層規約層提供統一的數據接口，使得串口通信和網絡通信，數據通信和數據監聽具有統一的數據接口；通信數據接口的統一使得各個通信規約不受通信方式的限制；規約層主要是將不同的通信規約對數據總線提供統一的數據接口，使得相同的數據可以使用不同的通信規約。應用層主要是為用戶和其他應用程序提供不同的應用。系統運行監視模塊主要是監視系統各個模塊的運行情況，為用戶的應用提供具有指導意義的信息[4]。系統結構如圖2所示。

圖2 主廠站仿真系統結構圖

1.3 自動化驗收系統

自動化驗收系統分為驗收系統建模、設備驗收、驗收報告生成三個部分。如圖3 中，變電站管理、廠家管理、驗收模型的導入、驗收模型管理等可以為驗收系統建模。系統根據驗收建模設置和仿真系統的前置數據，對需要驗收的設備建立驗收模型，有了驗收模型，就可以對各個設備的驗收情況進行記錄。設備驗收主要是分為遙測、遙信、遙控對設備的驗收過程進行記錄。根據實際驗收需要，也可以按照間隔對設備進行驗收[5]。在驗收報告生成模塊，通過對驗收結果進行審核，可以向用戶反映各個設備的驗收情況，用戶可以根據實際需要對驗收的結果進去取舍或者添加注釋，最后生成驗收報告。

2 系統主要功能

（1）主網模型導入

通過作圖工具和數據庫維護工具，調度EMS系統的主站維護人員在EMS上建立主網模型，通過調度EMS系統接口轉換進入系統。

圖3 驗收系統的結構圖

（2）負控系統模型導入

該系統采用以下模式對10 kV 配電網的配變導入：在不影響原系統應用功能的情況下，布置一臺通信接口服務器在DMS 系統，按照IEC 61968 的消息格式，在CIM/XML 格式的模型數據的基礎上，構建新的基于統一數據模型數據交換格式，利用配置在通信接口服務器上的程序發送到DMS，DMS 根據差異模型，以增量形式完成數據庫模型更新。

（3）分析解合環操作

合環操作前，系統首先會提醒操作人員進行檢查確認。配電線路在閉環運行的情況下，線路閉環監視異常監視報表會提出警報，提示閉環位置及時間記錄，并通過警報提示運行人員執行處理。

（4）無線公網數據采集

通過公共網絡通信前置服務器，配網主站系統實現數據接收。置于三區的公網前置服務器成為GPRS 服務器。通過正向隔離，一區向公網區同步模型，通過反向隔離，公網區把采集到的數據傳送至一區系統。該方法只需維護一套模型，可以把公網區與一區隔離開，其安全性大大提高。公網前置服務器將無線終端的采集量、通道工況和在線率等信息等數據通過反向物理隔離裝置傳入一區，經過解釋后，形成實時數據。

3 系統應用

本系統遵循 IEC 61970/IEC 61968 標準，包含六個子系統：（1）配網自動化系統平臺子系統；（2）SCADA 子系統；（3）饋線自動化子系統；（4）配網管理應用子系統；（5）配網高級分析子系統；（6）WEB子系統。上述幾個子系統共享統一的模型、圖形和數據庫，系統應用到的新技術及具體實施方案如下。

3.1 電纜網自動化分布智能型FA功能

為了實現對變電站出線斷路器CB 和CB 之后的線路第1 臺開關K1 之間的故障進行快速隔離，需要通過配網主站獲取CB 的開關狀態及CB 的保護動作信息。目前采用新增一臺轉發服務器的方式，與配網主站III區相連，獲取自動化線路的CB信息。

對故障電源側非故障區段的恢復供電涉及對變電站CB 的控制操作問題。線路故障隔離成功后，配網主站接收到故障已被成功隔離的信息，此時可由配網主站對CB下達合閘指令或現場人工合閘操作。

方案系統構成如圖4所示。

CB1～2：變電站出線斷路器；時限過流0 s，不投重合閘。

K1～5：環進、環出負荷開關間隔。

LS：聯絡開關間隔（負荷開關）。

當故障區段兩側開關3G通信模塊或一二次設備異常時，由相鄰的電源側或負荷側分段開關近后備保護分閘，隔離故障。

3.2 實時用電調度管理

（1）展示110 kV電網實時用戶數據報表

為系統用戶提供宏觀上的、快速的查詢界面，幫助用戶快速掌握實時用戶的數量，直接支持電網風險評估及預控管理。

圖4 方案系統構成圖

（2）展示供電負荷社會經濟成分及分類負荷實況圖

可檢索該設備所供電各類用戶數（重要用戶數）以及其故障時影響用戶數（重要用戶數）的實時分布情況，及其在全網低壓用戶數的占比（%），為系統用戶快速了解差異化的用電需求。

（3）展示重要用戶用電實況圖

從配網自動化系統實時提取有關電氣量、開關量數據，監測全網所有重要用戶的供電情況及負荷大小，展示實時配網供電電源及全部后備電源；為重要用戶的用電實況巡視提供人機交互界面，直接支持重要用戶快速復電管理。

（4）展示重要用戶電源點追溯圖

以重要用戶或10 kV 饋線開關為起點，根據電網實時拓撲，進行電源點追溯，獲取用戶供電路徑，展示該用戶電源所經過的各電壓等級變電站和線路，直至500 kV變電站；為重要用戶的供電路徑巡視提供界面。

（5）展示10 kV饋線電源點追溯圖

為當值調度員掌握變電站10 kV 電源支撐提供更全面、準確、直觀的界面，直接支持主網快速復電及風險預控。

（6）展示110 kV經濟潮流圖

為當值調度員掌握各類設備實時推動的經濟價值提供直觀的界面，直接支持創造最優經濟價值的用電調度。

（7）展示供電負荷信息表

以線路、主變、母線或整站為單位，展示上一統計周期各類負荷實時推動的經濟價值。為當值調度員掌握各類用戶實時推動的經濟價值提供直觀的界面，直接支持創造最優經濟價值的用電調度。

3.3 大面積停電“1+3”應急服務模式

系統除了對日常管理進行優化以外，還建立“1+3”停電事件應急管理模式，通過營配信息集成實現復電指揮中心、客戶服務中心、輿情發布中心對大面積停電事件的全過程管理，確保及時恢復供電，實時答復客戶，適時通過媒體發布大面積停電情況通報。

通過EMS 系統獲取10 kV 母線告警信息，由調控中心確認，在營配信息集成中生成大面積停電事件，并實時發布停電搶修通知，同時停電信息還會實時傳送至客戶服務中心，以便及時短信通知停電受影響的客戶，有效安撫用電客戶的情緒。

通過WEBGIS 上顯示停電信息，并根據復電情況進行可視化展現。還根據營銷系統客戶分類進行客戶細分，統計停電影響用戶，以及用戶的類型，對展現出來的重要客戶可以采取優先復電等措施。

4 系統實施情況

EMS 智能輔助系統在設計、開發、實施的過程中緊密結合實際，系統逐步完善。系統巡檢功能大大提高了自動化人員的系統巡視效率，通過系統自動生成的日志，迅速掌握系統的關鍵信息變化情況，從而迅速察覺系統風險。系統網絡拓撲功能和電網模型糾錯技術提高了系統的維護效率和質量，實時監測系統拓撲鏈接及設備參數。自動化仿真系統模擬了站端的各種運行方式和保護動作情況一鍵式導出主站的數據，然后將仿真系統的主站仿真功能應用于站端，使站端調試人員在沒有自動化通道和主站人員的配合下，提前開展調試工作。自動化驗收系統一鍵式生成自動化驗收系統的驗收模型，詳細地記錄驗收結果。本系統不僅給供電企業帶來巨大的經濟效益，節約了人力成本，同時也通過快速處理配網跳閘故障，減少了停電時的用戶數，為用戶供更多的電，新增了社會利潤。

5 結論

本文涉及的基于EMS 的智能輔助系統通過分層、分區、分界多種經濟實用、建設周期短的模式全面推廣配網自動化應用，不斷提高供電可靠性，為地區供電局實現配網自動化提供參考，具有良好的可復制性和推廣應用價值。

［1］王明俊，于爾鏗，劉廣一.配電系統自動化及其發展［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［2］王全根.配電自動化系統的功能和實施原則［A］.城市供電學術年會論文集［C］，1996.

［3］范穎，高新華.廣州供電局配網自動化系統的新技術應用及研究［J］.南方電網技術，2009（3）：64-68.

［4］徐臘元.國內配網自動化綜述［J］.農村電氣化，2004（3）：5-6.

［5］馬軍.配網自動化相關技術的研究［D］.西安：西安理工大學，2004.