電網智能調度自動化系統開發與應用效果探究

蔡明熹

(南華大學，湖南 衡陽 421001)

為保障電網智能調度自動化系統的安全穩定運行，系統需滿足以下開發需求：其一，安全性。系統作為監控區域全網、實施網絡調度的重要平臺，應用效果直接決定著區域電網監控及調度效果，進而對區域電力供應造成影響。系統必須具備安全性特征，避免因安全事故和系統崩潰所引發的系統運行問題。其二，多態運行。不同人員對系統有著不同的運行模態要求，系統不僅需要具備多種運行模態，還需具備網絡分析、數據轉換等功能[1]。其三，可靠性。即當系統中存在故障設備時仍能夠正常運行。應配置冗余備份，具備故障自檢及處理功能，在設備故障時及時隔離故障設備，并向運維人員發出通知，以便對故障設備進行快速處理。

1 總體架構設計

某地區電網具有規模小、覆蓋廣等特征，因此在設計中采用分布式采集模式系統接入。具體設計中，為某地區下轄的4個縣各設置1個自動化分主站，主要用于承擔縣級區域場站信息和數據采集工作。于某地區設置1個中心調度自動化主站，通過電力通信網絡與分主站之間實現數據交互，并構成廣域互聯模式。在需要實施自動化調度的地點布置前置服務器，實現數據參數項目中心調度自動化主站匯集效果。還需配置一體化軟件集成平臺，實現分布式數據采集和分區解列運行。

一體化軟件集成平臺。系統各級軟件和硬件均采用統一模式設計，即各級調度之間軟件平臺可在統一平臺運行，系統中電網模型相關的各類數據資源均保持一致性，在此區域網絡中各級應用資源均可共享和使用，以滿足區域功能調用效果。還需具備共建功能，只需在區域內某一分系統上實施數據建模，相關數據便可存儲至公共數據庫中，其他分系統均可通過公共數據庫對該數據建模進行調用和展示。此功能也適用于系統維護，可有效避免多功能模塊、多級區域導致的數據不一致問題。

分布式數據采集。根據互聯模式的應用要求前置服務器采用分布式布置，因而在區域范圍內前置服務器可布置于任意位置[2]，既可布置于地調，也可布置于縣調，每個前置服務器均為系統的一個數據采集點，具體布置可根據實際情況進行動態化調整，以保證節點的最優布置效果。

分區解列運行。為避免因通道中斷所導致的不良后果，系統設計中要求每個電力調度子系統均需具備分區解列功能，促使縣調和地調在主系統通信服務出現異常時。可根據分區解列功能自動進入到分區解列模式，促使系統實現離網獨立運行。

2 電網智能調度自動化系統的具體設計

2.1 硬件設計

硬件設計主要由安全區Ⅰ、安全區Ⅱ、安全區Ⅲ 3部分共同組成。其中安全區Ⅰ是整個系統的主要支撐平臺，安全區Ⅱ集成電量采集、繼電保護、故障信息管理系統調度員仿真等子系統，安全區Ⅲ主要用于接入第三方系統，包括web子系統、調度管理OMS等子系統。

圖1 電網智能調度自動化系統的硬件設計架構Fig.1 Hardware design architecture of power grid intelligent dispatching automation system

2.1.1 安全區Ⅰ系統

電網智能調度自動化系統中的安全區Ⅰ系統主要包括1個地調和4個縣調，由于所有縣調均配置于某地區范圍內，所以不需要配置隔離裝置。同時，根據軟件功能需求，在地調處布置4臺SCADA服務器、FES子系統服務器、歷史服務器、數據存儲磁盤陣列、PAS服務器、AVC服務器、人機交互子系統，縣調配置FES子系統服務器、人機交互子系統。地調和縣調之間的通信采用通信互聯服務器、網絡通訊設備及相關輔助設備。由于系統采用廣域互聯模式，還需為每個縣配置1臺數據采集前置設備，SCADA服務器、組網交換機及采集子系統交換機各2臺，9臺工作站。

2.1.2 安全區Ⅱ系統

安全區Ⅱ系統中配置2套子系統，其一為調度員仿真子系統，該子系統中配置了DTS服務器，并在統計區域內配置6臺工作站，便于用戶使用。其二為繼電保護和故障信息管理子系統。該子系統主要集成人機交互、數據管理、應用系統、前置通信等功能[3]。所有設備均采用機柜上架安裝，機柜應符合現行標準，配有PDU和系統專用UPS電源。安全區Ⅱ系統網絡設備配置與安全區Ⅰ系統大致相同，均采用雙網雙設備冗余運行。安全區Ⅱ系統需配置三層交換機，且每個子系統配置2臺交換機，共配置4臺交換機。

2.1.3 安全區Ⅲ系統

安全區Ⅲ系統與OMS系統相接，實現電網智能調度系統的接入效果。OMS系統采用雙網雙設備模式，配置2臺服務器、1套專用IP數據存儲磁盤陣列、2臺應用服務器、2臺Web服務器、2臺組網交換機、4臺延伸交換機，整個網絡交換機均采用三層交換機。

2.2 軟件設計

整體電網智能調度自動化系統分為硬件設備、操作系統層、支撐平臺層和應用層4層結構。系統軟件總體可分為操作系統層、支撐平臺層及應用層3層架構。具體軟件結構如圖2所示。

圖2 電網智能調度自動化系統基本架構圖Fig.2 Basic architecture diagram of power grid intelligent dispatching automation system

支撐平臺層主要提供通用性公共服務功能，相關服務包括網絡傳輸、實時數據處理、歷史數據處理、圖像服務、人員權限設定、系統告警、系統運算、數據庫服務、報表服務等[4]。操作系統層主要為硬件層各設備所采用的操作系統。考慮到系統設計中很多硬件設備在出廠時配置了對應的操作系統，如IBM服務器的AIX操作系統、PC設備的Windows操作系統等[5]，相關系統可不進行對應修改，在保障系統安全的情況下，可將操作系統直接集成在系統中，作為系統操作界面和人機交互界面的應用系統。應用層一方面需要實現電網智能調度自動化系統的操作應用及功能，另一方面也需要實施廠站接入與功能對應效果。具體應用層設計包括圖形制作、數據庫維護等。數據庫維護包括SCADA廠站信息、PAS設備、FES信息等子模塊，主要用于實現各類廠站信息的接入效果。圖像制作主要采用圖像編輯器進行設計制作，具體設計完成后還需為圖形配置對應的系統控制功能，以達成系統應用使用及控制效果。

此電網智能調度自動化系統是基于現有系統進行的改造升級，所以對已有功能不再進行說明，如用戶權限劃分、責任劃分、用戶登錄、系統管理等[6]。

2.3 二次安全防護設計

二次安全防護設計采用橫向安全防護和縱向安全防護相結合的方式。橫向安全防護是指分別在安全區Ⅰ和安全區Ⅱ之間、安全區Ⅱ和安全區Ⅲ之間各配置2道防火墻。縱向安全防護是指在安全區Ⅰ和安全區Ⅱ之間架設縱向隔防設備，即入侵檢測系統和撥號認證加密裝置各2臺。

3 電網智能調度自動化系統的應用效果

根據以上電網智能調度自動化系統設計，對某地區區域電網調度系統進行改造升級，經過長達半年的系統運行統計后確認，前兩個季度的系統應用效果如表1所示。

表1 電網智能調度自動化系統的應用效果Tab.1 Application effect of power grid intelligent dispatching automation system

如表1所示，應用電網智能調度自動化系統后，隨著時間的持續推進，主變動作和電容器動作效果持續提升，應用3個月后，10 kV和66 kV電壓合格率均基本可穩定在99%以上，系統應用效果較為明顯，可有效提高電網電能質量。

5 結語

以某地區為研究對象，介紹了一種電網智能調度自動化系統設計架構方案，主要包括系統硬件設計、軟件設計、二次安全防護設計3部分。根據某地區應用效果可知，該系統可有效提高電網電壓合格率和主變動作與電容器動作自動化控制效果，具有較高的應用價值，可在后續電網智能調度自動化系統設計中進行參考應用。