電力系統(tǒng)自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用及設(shè)計(jì)研究

趙 劍，鄧 昱

（國(guó)電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展的過(guò)程中，我國(guó)對(duì)電力資源的需求量逐漸增加，因此對(duì)電力資源供給質(zhì)量提出了更高要求，有效利用現(xiàn)代化高新科技保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行是系統(tǒng)升級(jí)發(fā)展的大方向。在電力運(yùn)行中合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)操作程序，最大限度減少工作人員的工作壓力。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)下可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，以此達(dá)到確保系統(tǒng)正常運(yùn)行目標(biāo)。為此，研究計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用策略對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行而言有著促進(jìn)意義。

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化理論

電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中逐漸出現(xiàn)的新技術(shù)，將自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際工作中，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行情況，并且會(huì)將運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示到中央控制系統(tǒng)中。該系統(tǒng)收到相關(guān)數(shù)據(jù)后，就可以自行調(diào)控設(shè)備運(yùn)行方案。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，以便電站工作人員可以及時(shí)處理問題，確保電力系統(tǒng)能夠數(shù)據(jù)化、智能化發(fā)展，進(jìn)而提高電力供應(yīng)質(zhì)量。結(jié)合實(shí)際情況而言，電力系統(tǒng)自動(dòng)化具有以下優(yōu)勢(shì)：一是建立自動(dòng)化電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)以后，該系統(tǒng)可以結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)節(jié)配電工作，保證電力資源調(diào)度的一致性；二是運(yùn)用電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行情況，從而及時(shí)調(diào)整電力系統(tǒng)運(yùn)行方案，以保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)作；三是使用自動(dòng)化系統(tǒng)后，可以對(duì)各部門和不同設(shè)備之間構(gòu)建良好的通信渠道，以促進(jìn)部門和設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性，進(jìn)而促進(jìn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行[1]。電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換如圖1所示。

2 電力自動(dòng)化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

電力資源調(diào)度效果是保證電力供給質(zhì)量的主要原因之一。現(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度管理模式一共有5個(gè)層次，從國(guó)家到地方都實(shí)施了明確的管理制度。這些年來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸引入到管理體系中，而電站工作人員也可以借助終端設(shè)備和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化控制。目前，我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的形成主要依靠于終端服務(wù)器和電網(wǎng)核心計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)，再加上變電器終端設(shè)備和工作站的配合，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)接收和采集電網(wǎng)運(yùn)行情況，并第一時(shí)間傳送到核心控制網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)控制系統(tǒng)集中處理后自動(dòng)調(diào)整電網(wǎng)調(diào)度規(guī)劃[2]。在整個(gè)過(guò)程中，合理評(píng)估電力系統(tǒng)運(yùn)行情況是最關(guān)鍵的部分，因此我國(guó)研究人員要在工作當(dāng)中充分考量我國(guó)電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展情況以及我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際要求，并以此為參考依據(jù)不斷創(chuàng)新優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行檢測(cè)方案，進(jìn)而促進(jìn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化運(yùn)作的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)運(yùn)行要求如表1所示，其中220 kV電力系統(tǒng)可參照110 kV電力系統(tǒng)執(zhí)行。

表1 電力系統(tǒng)運(yùn)行要求

2.2 變電站控制自動(dòng)化

變電站在電力系統(tǒng)中的工作主要是配合輸電線路的運(yùn)作，保證將電力資源運(yùn)輸?shù)接脩粼O(shè)備中。傳統(tǒng)變電站的主要管理模式是采取人工聯(lián)系電力用戶和發(fā)電站，這樣的工作模式需要投入大量的物力、人力資源，并且工作效率很低。另外，在實(shí)際工作中采用人工管理模式并不能實(shí)時(shí)監(jiān)控電能運(yùn)輸狀態(tài)，這也致使維護(hù)人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備和線路中存在的故障，更不能及時(shí)處理這些問題。而將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)以后，可以自動(dòng)化、智能化改造系統(tǒng)運(yùn)行模式，進(jìn)而減少電站工作人員的工作壓力，同時(shí)在現(xiàn)代科技設(shè)備支持下有效提高變電站的工作質(zhì)量。積極應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電網(wǎng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)控，如果出現(xiàn)故障就會(huì)自動(dòng)警報(bào)，并準(zhǔn)確定位故障位置和相關(guān)數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)的配合下，運(yùn)維人員可以快速掌握歷史維修記錄，并以此編制有效的故障排除方案，保證變電站的安全運(yùn)行[3]。

3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)維中的計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)維模式中對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)要堅(jiān)守以下幾個(gè)原則。

（1）規(guī)范性。在實(shí)際工作中，技術(shù)人員要落實(shí)國(guó)家實(shí)施的外網(wǎng)移動(dòng)交互平臺(tái)規(guī)范制度，從實(shí)際出發(fā)確保電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)維體系的設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)保證設(shè)計(jì)效果達(dá)到規(guī)范化、結(jié)構(gòu)化以及標(biāo)準(zhǔn)化要求。

（2）提高技術(shù)的成熟性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員要重視技術(shù)層面問題，使用我國(guó)最先進(jìn)成熟的技術(shù)，以此保證該技術(shù)的應(yīng)用能夠推動(dòng)電力系統(tǒng)供應(yīng)質(zhì)量的提升，同時(shí)達(dá)到未來(lái)市場(chǎng)變動(dòng)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。

（3）提高可靠性和效率性。當(dāng)自動(dòng)化運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，需要集中整理海量數(shù)據(jù)，為此，技術(shù)人員開發(fā)和應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)必要具備超高的有效性。

3.2 自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

結(jié)合上述設(shè)計(jì)原則，得到如圖2所示的系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)。該架構(gòu)一共5層，每層的數(shù)據(jù)交互和通信都需要依靠遠(yuǎn)程通信技術(shù)和中間件。

圖2 自動(dòng)運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

由圖2可知，自動(dòng)運(yùn)維系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、代理層、服務(wù)層、接口層以及管理層組成。基礎(chǔ)設(shè)施層是整體架構(gòu)中最底層的保障，其主要借助云平臺(tái)和物理設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行各種操作，運(yùn)維對(duì)象有云平臺(tái)虛擬主機(jī)和物理主機(jī)。代理層具備了監(jiān)控、巡檢以及部署等性能，每個(gè)模塊都是獨(dú)立運(yùn)行的，能夠單獨(dú)進(jìn)行工作規(guī)劃。服務(wù)層在實(shí)際使用中其每個(gè)模塊的工作模式基本相似，各功能模塊可以在服務(wù)接口下進(jìn)行消息接收，以連接管理層和服務(wù)引擎。通過(guò)服務(wù)引擎向數(shù)據(jù)庫(kù)中傳輸處理后的管理基本情況[4]。

3.3 系統(tǒng)部署內(nèi)容

對(duì)于部署內(nèi)容的規(guī)劃，自動(dòng)化運(yùn)維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有拓?fù)洳渴鸷腿萘恳?guī)劃2大層面。其中，部署拓?fù)洳糠种饕嫦蛴谙到y(tǒng)中的物理節(jié)點(diǎn)，也就是代理節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)部署拓?fù)淙鐖D3所示。代理節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)之間互補(bǔ)，如果控制節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)載超高現(xiàn)象，就可以使用代理節(jié)點(diǎn)分擔(dān)壓力，輔助系統(tǒng)集中處理數(shù)據(jù)信息。如果產(chǎn)生因?yàn)榉阑饓Φ葐栴}造成了控制節(jié)點(diǎn)難以管理受控節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使用代理節(jié)點(diǎn)間接控制。

圖3 系統(tǒng)部署拓?fù)?/p>

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中要提高規(guī)劃內(nèi)容的針對(duì)性。各部件的保存目的如下：一是操作系統(tǒng)的運(yùn)用需要安裝相應(yīng)的軟件和系統(tǒng)，因此自動(dòng)部署組件要為其保留足夠空間；二是在運(yùn)行中，自動(dòng)化任務(wù)執(zhí)行組件、配置組件、巡檢組件需要實(shí)時(shí)記錄任務(wù)實(shí)行情況，因此需要足夠空間進(jìn)行存儲(chǔ)；三是自動(dòng)化監(jiān)控報(bào)警組件需要有效記錄監(jiān)控環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)、變動(dòng)情況以及報(bào)警信息等，因此需要寬裕的存儲(chǔ)空間[5]。

由此可見，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中需要重視自動(dòng)化監(jiān)控警報(bào)組件的空間大小設(shè)計(jì)，為了達(dá)到保存目的，設(shè)計(jì)人員可以采用周期性方法設(shè)定監(jiān)控項(xiàng)數(shù)據(jù)保存，例如設(shè)定1個(gè)工作日為周期循環(huán)。另外，要設(shè)置趨勢(shì)數(shù)據(jù)保存周期，結(jié)合數(shù)據(jù)變化和實(shí)際需求，便以1個(gè)月為周期循環(huán)時(shí)間。規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)容量還需要參考主機(jī)數(shù)量和實(shí)際任務(wù)實(shí)行量進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果如表2所示。根據(jù)目前實(shí)際需求和未來(lái)發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，其數(shù)據(jù)庫(kù)容量應(yīng)保證在500 GB左右。

表2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)量估算結(jié)果

4 計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的未來(lái)發(fā)展形勢(shì)

4.1 圖像技術(shù)

無(wú)線視頻和紅外視頻成像技術(shù)在電力系統(tǒng)圖像的廣泛使用中，電力系統(tǒng)對(duì)于圖像質(zhì)量和信息呈現(xiàn)要求逐漸提高，雖然不能在短時(shí)內(nèi)獲得很多復(fù)雜圖像信息，但是需要做到縮短電力系統(tǒng)圖像信息收集和系統(tǒng)安全問題解決時(shí)間。這就需要深入研究我國(guó)圖像識(shí)別技術(shù)智能化發(fā)展模式，以推動(dòng)我國(guó)電力系統(tǒng)圖像信息處理速度，保證圖像識(shí)別技術(shù)和其他電力系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展，進(jìn)而提升輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.2 智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

應(yīng)用智能變電網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)能夠有效推動(dòng)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化管理和智能化運(yùn)行。智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將機(jī)組的電力配電、發(fā)電、輸電、調(diào)度以及用戶遠(yuǎn)程管理集中化管理，以此充分展示智能化控制技術(shù)的特征。現(xiàn)階段，智能變電站系統(tǒng)的主要管理工作就是全面整合計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的應(yīng)用和智能時(shí)間表的遠(yuǎn)程監(jiān)控。而電力系統(tǒng)用戶可以通過(guò)遠(yuǎn)程技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)電力輸送，還可以在大型變電站的智能化下自動(dòng)調(diào)整溫度，以此保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。構(gòu)建有效的智能電力網(wǎng)絡(luò)管理體系，可以促使電力網(wǎng)智能化的快速建成，要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須要合理使用和普及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐下采集大量管理信息，以此解析電網(wǎng)運(yùn)行管理狀況，同時(shí)可以有效應(yīng)對(duì)管理中的各種問題，進(jìn)而促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

5 結(jié) 論

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景下，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)得到有效使用。在實(shí)際使用中，還要不斷強(qiáng)化電網(wǎng)調(diào)度以及變電站自動(dòng)化控制等層面的使用效果。同時(shí)，在自動(dòng)化技術(shù)支撐下開展運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須要堅(jiān)持可靠性、有效性、規(guī)范性以及技術(shù)先進(jìn)性的設(shè)計(jì)原則，以此優(yōu)化系統(tǒng)部署架構(gòu)，進(jìn)而提升計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。