基于拓撲圖形分析的調度運行方式管理系統分析

王瑞欣，高澤明，蔚麗峰，高圣源

( 河北電力調度控制中心，石家莊050021)

目前，河北電力調度控制中心(簡稱“河北省調”)針對方式專業的系統建設比較松散，有些系統是多年前開發，無法進行維護，各個地區的數據沒有統一的數據匯總，各種分析統計還停留在人工整理階段，無法適應現在調度運行方式專業工作量成倍劇增的形勢；與新設備投運業務流程相關的大量業務數據，如設備參數、變電站一次接線圖等信息則分散在各個環節，沒有存入數據庫中，不能為其他專業或者系統所直接使用，未能實現信息的充分共享與應用。 目前河北省調在調度運行方式管理系統建設、調度運行方式專業工作的管理工作中普遍存在如下問題：無省地一體化的調度運行方式專業標準化管理系統，方式專業業務流程與信息數據脫節，不能依托業務流程進行調度信息的梳理和優化；沒有適用于方式專業的電力一次接線圖繪圖工具軟件。

1 系統設計目標

為了解決調度運行方式管理工作中出現的上述問題，提出了基于拓撲圖形分析的調度運行方式管理的方法，應用電網拓撲圖形分析平臺[1-2]，為新設備啟動、設備參數管理、年度運行方式管理、無功電壓管理等信息業務提供電網設備圖形和網絡拓撲分析，并依據業務流程之間的實際關聯進行調度業務信息系統間數據和流程對接。系統主要實現以下目標。

a. 為調度運行方式專業提供一套專業的適用于本部門的電力系統專用繪圖工具。

b. 設備參數與系統一次接線圖相結合。系統數據庫中存儲的各類設備參數要與一次接線圖中圖元相結合，使得工作人員能夠方便的按照拓撲關系對設備進行查詢統計，以圖形的方式實現對系統設備的圖形數據及屬性數據的綜合管理。

c. 新設備啟動管理與系統一次接線圖相結合。新設備投運前，可以借助圖形平臺繪制其一次接線圖，通過仿真模擬操作，系統自動對其接線方式進行安全校核，以保證接線圖繪制的合理性。

d. 通過優化、完善和擴充系統的軟硬件，最終形成一個省地一體的調度運行方式專業業務管控、信息交換和資源共享的公用系統平臺。系統中預留接口與其他系統進行對接，系統內各個模塊之間能夠實現數據交互與信息共享。

2 系統設計方案

系統體系架構如圖1所示。

2.1 拓撲圖形分析平臺構建

搭建的拓撲圖形分析平臺不僅僅是系統功能的一部分，而是系統核心，許多具體應用都要依據此平臺來設計。這就要求該拓撲圖形平臺具有良好的穩定性、可擴展性以及強大的功能支撐。圖形拓撲平臺構建步驟為：采用多斷面原理[3]搭建電網圖形拓撲平臺。電網實時運行方式可以用不同的斷面來表示。在數據庫中建表，表中記錄了電網圖形的斷面信息，主要包括接線圖、圖層、設備元件、拓撲關系、設備參數及狀態等。每一個斷面都對應數據庫中一系列的表，這些表通過斷面號聯系起來。平臺中顯示圖形時，根據斷面號找到對應的數據表，進而導入相應數據。

圖1 系統體系架構示意

該系統中的拓撲圖形平臺依據IEC 61970規約構建，可與電網能量管理系統[4](Energy Management System ,EMS)無縫對接。圖形平臺中使用的一次接線圖由EMS中導出，以CIME和g文件作為數據載體，從CIME文件中獲取電網的拓撲連接關系、廠站關系及設備測量數據，從g文件中獲取設備電壓顏色、不同狀態下的特征、文字信息以及圖間跳轉關系，通過對CIME文件和g文件的解析，形成一次接線圖模型，將其導入到系統圖形平臺中。系統定時從EMS中獲取電網圖形數據、模型數據及實時測量數據，以保證圖形平臺中能夠動態顯示設備的狀態及其實時數據。

圖形平臺集合了AutoCAD和Visio等繪圖軟件的優點，支持超大圖形的繪制及建模，單圖繪制元件可支持超過10萬個，從而滿足了復雜接線對圖形平臺性能的要求。

圖形平臺實現了對改圖流程的控制管理。用戶對圖形的修改，都是在自己斷面上進行，這樣可以避免修改中的圖形對其他用戶造成影響。修改完畢，可以將修改的內容提交給其他人審核。審核無誤之后，修改內容合并到實時斷面，供其他用戶使用。該圖形平臺對圖形的控制達到了元件級，可以對比分析出某個斷面對斷面進行的元件添加、刪除、修改屬性、移動位置等所有操作，從而能夠支持多人對同一張圖的同時修改、分別發布，從而提高了改圖方面的效率。

在圖形平臺中繪制的圖形實時自動保存，無需擔心因意外事件導致圖形數據丟失。

2.2 圖形平臺與專業流程對接

該系統中，圖形平臺與新設備投運、年度運行方式、設備參數管理等專業流程對接時，采用基于組件對象模型(Component Object Model，COM)的Active X控件[5-6]技術將圖形應用嵌入到其他專業流程中。圖形平臺與專業流程對接方案見圖2。COM是一種二進制和網絡標準，允許任意2個組件互相通信。Active X控件技術遵循COM規程，將圖形應用通過編程工具自帶的Tlibmp.exe工具封裝成程序集中的元數據，運行時通過運行庫可調用包裝(Runtime Callable Wrapper，RCW)隨時處于激活狀態以處理請求信息。當其他流程中需要調用圖形時，即可激活圖形應用控件，使得其他專業流程中也可以應用圖形功能。

圖2 圖形平臺與專業流程對接方案

在新設備啟動流程中嵌入圖形應用控件，新設備啟動前，可以借助圖形平臺繪制電網一次接線圖，通過仿真模擬操作，系統自動對其接線方式進行安全校核，輔助用戶對圖形進行修改。在圖形發布前，新繪制的新投設備接線圖，不會對正在運行接線圖的運行方式造成任何影響；圖形發布之后，會與系統實時斷面合并，正式投入使用。

2.3 設備參數管理與年度運行方式管理對接設計

設備參數庫中保存著大量的通過設備參數管理模塊錄入的設備信息，系統會通過統一的參數管理庫，將年度運行方式所需要的設備參數以及設備明細以方式附表的格式導出。

2.4 設備參數管理與短路容量管理對接設計

在短路容量管理中，需要通過額定短路容量、實際短路容量等設備參數來計算電網母線最大短路水平。這些設備參數不需要在系統中重新輸入，系統會自動從設備參數管理模塊中獲取所需參數。

3 系統功能

系統包括新設備啟動管理、參數管理、年度運行方式管理、電網圖庫管理、短路容量管理等功能。通過規范運行方式專業各功能模塊，實現運行方式專業管理標準化。

3.1 電網圖庫管理

系統通過開發專業的電力系統繪圖工具軟件，對變電站一次接線圖，特別是處于可研初設及投運前的變電站一次接線圖進行一次接線圖繪制，實現了對110 kV及以上變電站主接線圖電網地理接線圖的繪制制作、審核批準、歸檔整理、WEB發布和查閱統計的功能。

3.2 新設備啟動管理

新設備啟動管理包括新設備啟動申請以及新設備啟動方案等資料的管理，制定管理流程，具備完善的統計、審計、監督考核功能。包括：新設備投產前，錄入設備技術參數、圖紙等資料；新設備命名，明確調度關系；制定有關的安全自動裝置整定方案；擬定新設備啟動方案；審定方案；下達和執行方案；執行完成，總結整理；資料歸檔。

3.3 參數管理

維護電網設備的模型和參數，確保電網參數的唯一性。參數管理與電網圖形資料相結合，形成統一的展示界面。

3.4 年度運行方式管理

年度方式以及2～3年滾動方式報告的編寫，是方式專業重要核心工作，通過管理系統可以實現年度調度運行方式的編制管理，包括任務分配、編寫模板統一維護，上傳文檔后，自動生成方式報告，待各章節修訂完善后，由系統統一導出規定格式的年度調度運行方式報告。

4 系統應用

該系統在國網河北省電力公司及所轄地區供電公司安裝部署，圖3為系統部署網絡結構。

圖3 系統部署網絡結構

系統在新設備啟動管理中嵌入拓撲圖形平臺，如圖4所示，用以在資料收集階段繪制電網一次接線圖。在平臺中可以通過拖動右側設備來創建新的接線圖，也可以在已有一次接線圖上進行修改，系統自動對繪制的接線圖進行聯通性分析。接線圖繪制完成并提交后，系統自動將接線圖保存到新設備投運措施中。如圖5所示。這樣既節省了繪制圖形的時間，也保證了其正確性。

圖4 拓撲圖形平臺

圖5 系統中的電網一次接線圖

在拓撲圖形平臺上可以對選中的設備錄入或維護設備參數，也可以在空白區域新建設備參數。新建的設備參數自動保存在設備參數庫中。

經過半年的系統試用，將新設備啟動管理與圖形平臺相結合，可以便捷地繪制電網一次接線圖，使得運行方式更加合理，避免了一次接線圖的反復修改；在圖形上可以直接錄入設備參數。新設備啟動時，可以直接由圖形平臺中導入繪制的一次接線圖及設備參數，加快了投運速度。

5 結束語

以電網一次接線圖為工作平臺，以流程為業務紐帶，以電網拓撲為應用支撐的調度內控業務開發模式，超越傳統的表格式數據管理設計模式，將電網圖形和網絡拓撲引入管理系統設計中，開發了基于圖形拓撲的眾多業務應用，如基于圖形的新設備啟動管理、年度運行方式管理等，將工作流、信息流進行有效集成和優化，實現各業務、各

專業之間信息的互聯互通，消除調度中心內部的“信息孤島“，實現系統內部以及與其他系統的信息共享和信息交互，大大的提高了工作效率，為電網運行提供可靠的數據支撐，保障電網安全經濟運行。

參考文獻：

[1] 陳 濤.基于圖形平臺的變電站設備運行管理系統研究與開發[D].保定：華北電力大學,2010.

[2] 劉德志,蔡澤祥,許志華.基于圖形平臺的變電管理系統研究[J].電力系統及其自動化學報, 2005,17 (1):72-75.

[3] 陶文偉,吳文傳,王俏文，等.基于EMS的電網規劃分析系統的設計與實現[J].電力系統自動化,2006,30(14):87-91.

[4] 梁 瑋.基于IEC61970標準的電力系統一體化平臺改造[D].武漢：華中科技大學,2007.

[5] 邱吉福.電力系統智能化圖形平臺的研究[D].保定：華北電力大學,2006.

[6] 李俊達,蔡澤祥,朱 林，等. 基于ActiveX技術的電力工程圖紙管理系統的研究[J].電力系統及其自動化學報, 2005, 17(2)：95-98.