新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現

陳明旭　付小平　郎晟

摘要：配電網管理系統是實現配電網真正自動化運行的關鍵部分，也是提高配電網可靠性的重要手段之一。因此，文章從配電網自動化及管理系統出發，通過分配電網管理系統應用當中出現的問題，總結了配電網管理系統的設計與實現方法，以供參考。

關鍵詞：配電網；自動化；管理系統；DMS；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2017）02-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.018

隨著經濟的發展，對于配網自動化的要求越來越高，電力系統現代化發展中，配網自動化是必然的趨勢，因此有必要對新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現進行探討。

1 配電網自動化及管理系統概述

智能電網的建設需要配電網作為基礎，相比國際上的發達國家，國內配電網無疑是落后的，原因包括兩個因素：一是時間因素，國內起步相對較晚；二是經濟因素，國家投入很多，但投資更多落到各級電網的主網上。就配網自動化而言，我國起步晚，尚處于初級階段，而國外發達國家不但起步早，且電網的發展圍繞配網自動化這一重心展開。如歐洲電網，目前圍繞分布式電源—微網—主動配網展開，其中配網自動化就是基礎和前提，而這也是智能電網的又一個基本要素。

1.1 配網自動化

配網自動化就是利用現代電子技術、計算機與網絡技術、通訊技術及電力設備有機結合，實現配電網正常運行及故障情況下的檢查、保護、控制、計量和供電部門的工作管理，其目的在于為用戶提供穩定、可靠的供電，減少停電時間和范圍，提高配電網的經濟性、管理水平和工作效率，進而改善服務水平。

1.2 配網管理系統

配網管理系統（Distribution Management System，簡稱DMS），是指通過把從變配電到用電過程的監視、控制和管理的綜合自動化系統，其目標在于實現對配電網的全面自動化管理。其架構如圖1所示，整套系統涵蓋生產管理、用電管理、配電網管理、調度管理、WEB查詢五個子系統。

配電網SCADA系統，由RTU服務器（前置機服務器）、SCADA服務器、MMI（調度工作站）、報表工作站、DA服務器、GIS服務器等組成，基于NAP（因特網路由選擇層次體系中的通信交換點）。RTU服務器的其中一臺主前置服務器出現故障，另外一臺服務器將自動成為主前置服務器。SCADA服務器的運行原理同RTU服務器一致，可以說配電網SCADA系統是整個配電網自動化的數據中心。

2 DMS存在的主要問題

2.1 DA+SCADA的局限

從圖2可知，DA+SCADA是DMS功能當中的一部分，DA主要實現配電網故障自動化處理，也就是自動隔離配電線路當中的故障段，同時使非故障段恢復供電，減少停電時間。作為DMS系統當中的一個基本功能，由于資金方面的問題，DA的覆蓋面比較窄。事實上，也DA的功能大部分只涵蓋日常調度工作當中的部分內容，投入產出比不夠明顯。

在我國的北京、上海、天津等相對發達的地區，用戶平均停電時間相對較短，基本能夠達到美國、德國這樣的程度，但同日本相比差距十分明顯。但從全國來看，差距明顯。從這里就可看出，我國配電網自動化在DA方面的覆蓋面狹窄，互供能力差，最直觀的感受就是停電時間長。

2.2 GIS瓶頸

我國幅員遼闊，相應的配電網規模大而分散、復雜，運行方式變化大，這種情形下，單純依靠工程師的經驗來進行管理，顯然是不科學的。GIS（地理信息系統）可以為配電網的管理提供具備地理信息的模型，進而有效管理配電網的相關資產、設計、規劃、施工及檢修等。在這方面，國內進行了積極的探索，但就性能來說，不是很理想，且發展不平衡，可供參考的實用案例較少，且更多以圖紙資料管理為主，這是GIS與SCADA之間信息交互不暢而產生的瓶頸。

2.3 信息孤島

從圖1中可知，DMS涵蓋了配電網生產、調度、運行、及服務的全過程，也就是說，DMS系統涵蓋了供給側與需求側的所有信息，這些信息就目前的實際來看，基本由不同部門的子系統保存。比如說用電側的實時信息由數據采集與監控系統收集并儲存，設備信息由GIS系統收集并儲存，用戶信息則由CIS（客戶信息系統）收集儲存，而這三個子系統又分屬于不同的部門，這在客觀上形成了信息孤島。這也是頂層系統不完善的必然結果，就目前來看，配網自動化的主站系統有著較高的技術壁壘，國網系的主站供應商（開發商）占據著比較明顯的壟斷優勢，但事實上供應商較少是一個不爭的事實，這就導致了實現各種功能的子站產品陸續推出，卻沒有一家的產品能夠集成GIS、SCADA、CIS、MIS（信息管理系統），其根源在于缺乏統一的標準，各家的產品兼容性不足，無法順利實現信息的交互共享，可以說打破信息孤島還要走很長的一段路。

3 DMS的設計與實現

基于對上述問題、配電網自動化及DMS系統的分析，新一代DMS系統的設計應以覆蓋全網設備為基礎，以利用信息資源為手段，以生產指揮及調度為主體，提高管理水平為目標作為設計原則。

3.1 DMS系統結構設計

從上文對DMS系統的分析來看，這一系統并不僅僅是一個信息管理系統，而是一個安全可靠，能夠實現應用并執行各種高級服務的開放式平臺，通過應用程序接口API，封裝底層通信及數據庫訪問控制權限等功能，這樣才能在平臺上應用滿足各種需求的應用程序。

3.2 DMS的實現

3.2.1 網絡管理子系統。CORBA技術能夠兼容各種網絡設備，網絡管理子系統工作時，先與每臺設備上構筑信息通道，保證數據的傳輸，上層軟件通過該系統實現信息的交互，并通過該系統實現NAP功能。同時在該系統配置標準應用程序接口，實現用戶自定義程序與上層軟件的信息交互。這就使網絡管理子系統成為數據中轉站，承擔網絡通信任務，可方便實現模塊化組件的接入。

3.2.2 分布式實時數據庫。根據上文的分析，SCADA主站集成RTU服務器、SCADA服務、MMI、DA服務器、報表工作站、GIS服務器等。可以說SCADA是一個數據收集處理中心，而DMS系統對于數據的實時性要求較高，專業化程度高，DRTIDBS（分布式實時數據庫）可滿足DMS的實時性要求。同時DMS系統還需要儲存一些歷史數據，那么可以采用商業數據庫對這些歷史數據進行保存。通過在網絡管理子系統與各應用子系統之間建立RTDB，并由分布式實時數據管理系統形成DMS的一個數據處理子系統，這就是頂層設計當中的數據中心。

3.2.3 C++Wrapper。C++Wrapper可使DMS系統具備移植性，便于移植到計算機平臺或網絡平臺上，在DMS及OS間添加C++Wrapper，使操作系統之間的差異被隱藏。C++Wrapper具備進程管理、線程調度、網絡通信、內存管理等邏輯結構，與java虛擬機不同，C++Wrapper可嵌入在DMS

平臺中，可有效提高DMS的運行效率，不過還是有一定的缺陷。就是在移植到新系統時，需要重新編譯整個系統。

3.2.4 應用系統。新一代DMS的特色就在于高級應用子系統的實現，比如圖形子系統、Web子系統、報表子系統、負荷預測、配電潮流等，此處就前三者進行闡述。

首先，圖形子系統，該系統是SCADA的關鍵部分，以直觀方式呈現當地電網運行狀況，同時也是實現供給側與需求側交互的主要應用界面，該系統應實時顯示電力元器件的運行狀況、以曲線的形式呈現電力系統當中的參數變化。采用Document/View設計概念，分離應用數據及圖形顯示，此時只需實現不同數據類的處理，就可生成各種需求的圖形子系統。并將應用數據當作服務器，以Java Applet改造圖形顯示，通過CORBA遠程調用或直接通信，就能實現Web的圖形子系統，實現遠程管理。

其次，報表子系統，DMS提供一套與Excel相似的制表工具，根據DMS的特點，將表格與圖形有機結合，圖文并茂，并能夠通過人工置數，在數據庫永久保存，報表格式一致，提高在不同設備上的兼容性。

最后，Web子系統，這是新一代DMS系統的標志，因此需要實現具備強大Web瀏覽功能的瀏覽器，用戶可使用該Web瀏覽器，實現本地或異地的數據修改與查閱，可查閱內容包括遙測值、計算值、計劃值、變損、線損、日志、不平衡率、表計參數等，顯示方式包括表格或曲線以不同的顏色區分不同的狀態。Web服務以組件技術形式建立EIB組件模型，包括數據修改、數據查詢、數據庫連接等組件，這種方式能使配電管理系統具備較好的兼容性。

3.3 無縫集成DMS與GIS

解決問題的關鍵就是實現GIS與SCADA系統的互聯，使實時數據在地理信息圖當中現實，并且為GIS的分析提供數據，某供電局配網GIS與SCADA實時數據同步，這種配網GIS本身可支持SCADA的實時數據顯示。但是配網GIS在該供電局自動化辦公網段上運行，而SCADA在另一網段上運行，要實現在GIS系統上顯示SCADA的數據，可利用WebSRV也就是雙網卡設置兩個網段的IP地址。用這種設備當作SCADA拘束的轉發服務器，利用GISSRV作為接受服務器，通過轉發程序實現兩個網段的實時數據同步。

4 結語

對于配電網自動化來說，DMS系統是不可或缺的組成部分，可使電網實現真正意義上的可靠運行，改善配電質量，促進服務水平的提高。因此，新一代DMS系統應從標準、管理、技術等多個方面考慮，以SCADA為基礎，建立分布式實時數據庫，通過合適手段實現GIS與DMS的無縫集成，并以通暢的信息交互方式，實現信息的共享。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）