城市軌道交通線網(wǎng)共享主變電所調(diào)度機制淺析

0 引言

隨著國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展，各主要城市軌道交通的運營和規(guī)劃逐漸步入了線網(wǎng)化時代。上海[1]、廣州[2]、深圳[3]、寧波[4]、廈門[5]等地的城市軌道交通電力系統(tǒng)均采用統(tǒng)籌優(yōu)化設計，設置了若干共享主變電所（又稱主變電站），1座共享主變電所可以同時為2條及以上軌道交通線路供電[6]。共享主變電所的建設運營主要采用“先建為主”的原則[6]，先建線路為后建線路預留接入條件，線路間以電話等方式協(xié)調(diào)工作。線路運營期間，該協(xié)調(diào)工作方式存在信息不對稱、權(quán)限不對等、責任劃分不清等問題，對線網(wǎng)運營造成不利影響，尤其是無法快速、準確地處理突發(fā)事件。本文提出一種基于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機制，解決傳統(tǒng)調(diào)度機制中后建線路與先建線路強耦合、無法有效統(tǒng)籌管理線網(wǎng)供電模式的問題，并在成都地鐵線網(wǎng)指揮中心得以成功應用。

1 共享主變電所的傳統(tǒng)協(xié)調(diào)機制

目前，城市軌道交通線網(wǎng)共享主變電所的協(xié)調(diào)機制主要包括以下3種傳統(tǒng)方案[6]：

（1）方案一 各線路獨立控制模式

共享主變電所綜合自動化系統(tǒng)設置多個網(wǎng)絡通信接口，分別與相關(guān)聯(lián)線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)（獨立設置或包含于綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，下同）建立通信；所有共享線路均可監(jiān)視共享主變電所的設備狀態(tài)，并根據(jù)本線路運營需求設置控制權(quán)限及操作相關(guān)對應設備（圖1）。

圖1 共享主變電所傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方案一

優(yōu)點：線路建設簡單，監(jiān)控數(shù)據(jù)流簡單清晰；任何一條線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的故障不會對其他線路造成影響。

缺點：共享主變電所的接口較多；線路間權(quán)限重疊部分的設備控制職責不清。

（2）方案二 線路間主從調(diào)度模式

共享主變電所綜合自動化系統(tǒng)只與先建線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)對共享主變電所內(nèi)所有供電設備的監(jiān)控，該線路稱為該共享主變電所的“所屬線路”；其他后建線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)均與所屬線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，由所屬線路向后建線路轉(zhuǎn)發(fā)主變電所內(nèi)設備狀態(tài)信息，并將后建線路的控制指令下達至主變電所（圖2）。

圖2 共享主變電所傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方案二

優(yōu)點：共享主變電所的接口簡單；線路間權(quán)限清晰（所屬線路具有更高的權(quán)限）。

缺點：加重共享主變電所所屬線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的負擔，2條以上線路共享時尤為明顯。

（3）方案三 線路間界面集成模式

共享主變電所綜合自動化系統(tǒng)只與先建線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)對主變電所內(nèi)所有供電設備的監(jiān)控，該線路稱為該共享主變電所的“所屬線路”；其他后建線路設置獨立的電力調(diào)度工作站，與所屬線路的電力監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)對主變電所供電設備的監(jiān)控（圖3）。

優(yōu)點：接口簡單；線路間權(quán)限清晰（所屬線路具有更高的權(quán)限）。

缺點：不利于后建線路的整體集成；后建線路對共享主變電所的監(jiān)控功能過于依賴所屬線路。

圖3 共享主變電所傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方案三

（4）傳統(tǒng)方案的缺陷分析

傳統(tǒng)方案中，先建線路需要為后建線路預留接入條件，后建線路需要完成與先建線路的接入，對線路的規(guī)劃、設計和實施都提出了更高的要求；線路間形成強耦合，后建線路不同程度地依賴于先建線路，不利于后建線路的整體集成及新技術(shù)的應用。

傳統(tǒng)方案均側(cè)重于以先建線路為主以協(xié)調(diào)共享主變電所的供電模式，而由于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的信息不全面、不對稱（任何一條線路都不可能完全掌握線網(wǎng)整體的實時供電狀態(tài)），各線路的電力調(diào)度人員需要通過電話等方式進行相互間的協(xié)調(diào)，效率低，容易出錯，尤其是出現(xiàn)突發(fā)應急事件時，無法做出快速而有效的應對措施。

2 基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機制

目前，國內(nèi)各主要城市已建成或正在建設城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心，其主要功能之一是作為線網(wǎng)日常運營電力管理指揮中心和電力應急管理指揮中心，負責制定線網(wǎng)日常供電運行模式，并在出現(xiàn)突發(fā)情況時指揮供電模式的調(diào)整[7]。由此，本文提出一種基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機制。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)與本線路的車站變電所和共享主變電所的綜合自動化系統(tǒng)建立通信，負責監(jiān)控本線路的車站變電所和共享主變電所內(nèi)供電設備；線網(wǎng)指揮中心與各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)建立通信，獲取線路所有供電設備的實時狀態(tài)，并通過各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)對共享主變電所供電設備的控制命令，其方案如圖4所示。

圖4 基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所協(xié)調(diào)方案

2.2 調(diào)度原則

實現(xiàn)線網(wǎng)指揮中心與各線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間通信接口的功能應基于以下調(diào)度原則（針對共享主變電所）：

（1）線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間具備操作互斥性，同一時刻只有兩者之一可以向共享主變電所下達控制指令。當線網(wǎng)指揮中心具備操作權(quán)限時，線路電力監(jiān)控系統(tǒng)只能轉(zhuǎn)發(fā)線網(wǎng)指揮中心的控制指令，不得自行下達控制指令；當線路電力監(jiān)控系統(tǒng)具備操作權(quán)限時，可以自行下達控制指令，并取消來自線網(wǎng)指揮中心的控制指令。

（2）線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間應區(qū)分控制權(quán)限級別，線網(wǎng)指揮中心的權(quán)限高于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的權(quán)限，即由線網(wǎng)指揮中心決定操作權(quán)限歸屬于線網(wǎng)指揮中心還是線路電力監(jiān)控系統(tǒng)。當線路電力監(jiān)控系統(tǒng)不具備操作權(quán)限時，只能通過電話方式請求線網(wǎng)指揮中心授權(quán)。特殊情況下，如線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)通信連接中斷時，由線路電力監(jiān)控系統(tǒng)全權(quán)接管控制操作，直到通信連接恢復。

（3）線網(wǎng)指揮中心和線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，應不同于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)和主變電所綜合自動化系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，如果相同，則線網(wǎng)指揮中心和線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信應加密，其目的是有效區(qū)分2個接口的通信內(nèi)容，防止因報文錯誤傳遞而造成誤操作。

（4）線路電力監(jiān)控系統(tǒng)應向線網(wǎng)指揮中心上傳共享主變電所的SOE（事件順序記錄）信息，并保證其實時性，以便于線網(wǎng)指揮中心掌握共享主變電所內(nèi)設備的動作情況，并與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)上傳的設備實時狀態(tài)互相印證，發(fā)現(xiàn)不一致時及時進行故障排查。

2.3 方案優(yōu)勢

基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機制具有以下優(yōu)勢：

（1）線網(wǎng)指揮中心與線路電力監(jiān)控系統(tǒng)之間為主從關(guān)系，線網(wǎng)指揮中心的控制權(quán)限高于線路電力監(jiān)控系統(tǒng)，且兩者之間具有操作互斥性，解決了傳統(tǒng)方案一中線路間權(quán)限不清的問題。

（2）線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的通信接口數(shù)量恒定（共2路，1路與主變電所綜合自動化系統(tǒng)連接，1路與線網(wǎng)指揮中心連接），與共享主變電所接入的線路數(shù)量無關(guān)，解決了傳統(tǒng)方案二中某些線路電力監(jiān)控系統(tǒng)通信接口數(shù)量過多的問題。

（3）后建線路電力監(jiān)控系統(tǒng)無需監(jiān)控先建線路已監(jiān)控的共享主變電所，降低了線路電力監(jiān)控系統(tǒng)的實施難度，解除了先建線路與后建線路之間的強耦合，解決了傳統(tǒng)方案三中后建線路過于依賴先建線路的問題。

（4）線網(wǎng)指揮中心除了可以獲取共享主變電所的供電設備狀態(tài)，還可以獲取車站變電所和非共享主變電所的供電設備狀態(tài)，從而推導出整個線網(wǎng)的實時供電拓撲關(guān)系（如圖5所示）。線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度人員可以據(jù)此統(tǒng)籌共享主變電所的電力調(diào)度指揮，解決了傳統(tǒng)方案中各線路電力調(diào)度人員掌握信息不全面、不對稱的問題，可有效應對供電系統(tǒng)各類突發(fā)事件。

（5）線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度人員可以通過線網(wǎng)調(diào)度指揮系統(tǒng)直接控制線網(wǎng)內(nèi)共享主變電所的供電設備，不需通過電話等方式進行協(xié)調(diào)，大大提高了操作效率，有利于快速處理突發(fā)事件。

（6）基于線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機制兼具傳統(tǒng)方案的3個優(yōu)點：線路電力監(jiān)控系統(tǒng)建設簡單；監(jiān)控數(shù)據(jù)流簡單清晰；共享主變電所綜合自動化系統(tǒng)的接口簡單。

3 應用案例

截至2017年底，成都地鐵線網(wǎng)已開通運營6條線路，包括1號線、2號線、3號線、4號線、7號線和10號線，共有主變電所11座。其中7號線未建設主變電所，通過共享2號線和3號線的主變電所提供電源。除7號線外的各線路均通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)（集成電力監(jiān)控系統(tǒng)）實現(xiàn)對本線路主變電所的監(jiān)控功能；7號線則通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)（集成電力監(jiān)控系統(tǒng)）實現(xiàn)對本線路開閉所的監(jiān)控功能。線網(wǎng)供電示意如圖5所示。

成都地鐵線網(wǎng)指揮中心的電力調(diào)度模塊通過與開通運營的6條線路的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建立通信連接，采用基于線網(wǎng)指揮中心的調(diào)度機制，實現(xiàn)了對各線路主變電所（及7號線開閉所）的統(tǒng)一調(diào)度指揮和控制功能。

圖5 成都地鐵線網(wǎng)實時供電拓撲關(guān)系

4 結(jié)語

本文對城市軌道交通共享主變電所的調(diào)度機制進行了詳細分析，指出了傳統(tǒng)的“先建為主”、基于線路間協(xié)調(diào)機制的缺點，提出了基于城市軌道交通線網(wǎng)指揮中心的共享主變電所調(diào)度機制，該方案的實際應用效果良好。

參考文獻：

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