配網生產指揮系統(tǒng)及其信息交互方式研究

葉衛(wèi)華，王勇峰

（1.中國電力科學研究院，北京 102200；2.中建三局第一建設工程有限責任公司，武漢 430040）

1 引言

隨著電網自動化的高度發(fā)展[1-2]，現(xiàn)在電力公司大多安裝多個生產業(yè)務系統(tǒng)，包括配電自動化、調度自動化、營銷管理及95598、用戶用電信息采集（負荷控制、集中抄表）等系統(tǒng)，各系統(tǒng)分布在不同的安全區(qū)域，通過信息交互總線連接在一起。現(xiàn)有各系統(tǒng)為不同部門的特定業(yè)務需求服務，雖然系統(tǒng)間可以通過信息交互總線實現(xiàn)數據信息的交換，但配電生產運營過程涉及多個部門、專業(yè)、系統(tǒng)間的基于業(yè)務流轉的協(xié)同配合，在這個角度上各系統(tǒng)間又是彼此孤立的，因此，很多電力公司希望建設一套配網生產運行指揮系統(tǒng)，從配網生產運行全局整合現(xiàn)有系統(tǒng)，在進行信息集成的基礎上，實現(xiàn)對配網生產運行業(yè)務的綜合指揮和全過程管理。

2 配網生產運行指揮系統(tǒng)分析

配網生產運行指揮系統(tǒng)是在配電自動化的基礎上，通過配電信息交互總線集成包括生產管理系統(tǒng)（PMS）、地理信息系統(tǒng)(GIS)、狀態(tài)檢修系統(tǒng)、風險評估系統(tǒng)、營銷GIS系統(tǒng)及95598系統(tǒng)的信息和應用，面向配電調度人員和生產運行專責人員，為配電生產運行提供綜合管理和統(tǒng)一指揮支持。以下簡稱生產指揮系統(tǒng)。

2.1 生產指揮系統(tǒng)體系結構

根據對各電力公司生產運行指揮系統(tǒng)的需求理解，并結合大多電力公司現(xiàn)有的IT環(huán)境和規(guī)范，系統(tǒng)總體架構[3-4]在邏輯上可以分為展示層、業(yè)務層、服務層、數據層以及外部系統(tǒng)等。

圖1 配網生產指揮系統(tǒng)總體構架圖

展示層主要是采用基于Web方式的靈活操作控制的界面，支持基于GIS的故障分布和多維分析的展現(xiàn)等。

業(yè)務層是整個系統(tǒng)服務的核心，主要包括故障停電管理、保電管理、電網實時監(jiān)控、GIS專題和移動終端管理等模塊。

服務層不僅支撐系統(tǒng)本身的數據庫和各種相關技術引擎，提供靈活多樣的圖表展現(xiàn)形式，支持多維的數據分析功能和指揮系統(tǒng)相關的數據層的訪問，還對其他系統(tǒng)提供的服務進行集成和整合。

生產運行指揮系統(tǒng)底層的數據主要包括規(guī)則數據、生產運行數據（業(yè)務相關的數據）、按照配電網各個主題域劃分的主題數據庫等等。

對于生產運行指揮系統(tǒng)來說，外部系統(tǒng)主要包括生產管理系統(tǒng)（PMS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、配電自動化系統(tǒng)（DMS）、移動終端系統(tǒng)和營銷等。

2.2 指揮系統(tǒng)業(yè)務體系

指揮系統(tǒng)體系主要包含五部分功能：故障搶修管理、保電管理、電網實時監(jiān)控、GIS專題分析和移動作業(yè)終端管理。

（1）故障搶修管理

故障停電管理針對配電自動化系統(tǒng)故障信息和客戶故障報修信息，對配網故障信息進行管理和發(fā)布，并提供故障影響的拓撲分析和影響客戶分析；支持配電部門管理和發(fā)布故障處置方案，并支持故障處置狀態(tài)的更新和發(fā)布。

（2）保電管理

針對配網保電需求，提供重要用戶管理、重要用戶電源配置管理、保電信息編制和發(fā)布等功能支持，對電力公司常規(guī)保電任務和臨時保電任務進行管理和發(fā)布。集成利用營銷系統(tǒng)的重要用戶信息，對配網重要用戶進行分類管理和信息發(fā)布；根據配網電網結構和運行方式設置，管理和發(fā)布各類重要用戶的電源點和供電路徑；根據營銷客戶服務需要，管理和發(fā)布常規(guī)保電任務，定義常規(guī)保電任務的相關設備和用戶對象；提供對于突發(fā)保電任務信息的管理和發(fā)布，定義臨時保電任務的相關設備和用戶對象。

（3）電網實時監(jiān)控

通過綜合數據采集平臺，收集來源于整個配電網的設備運行狀態(tài)信息，其中包括10kV出線開關負荷/電壓、線路分段開關負荷/電壓、專變負荷/電壓、用戶在線情況等信息。

（4）GIS專題

GIS專題分析主要針對歷史故障、缺陷、當前工作、計劃工作、設備壽命等信息，將其內容直觀展示在GIS圖上。

（5）移動作業(yè)終端管理

移動作業(yè)終端管理主要實現(xiàn)的業(yè)務模塊包括事故應急搶修單、故障記錄、巡視記錄、缺陷記錄、帶電作業(yè)票、線路一二種工作票、電纜一二種工作票等。

移動終端可以遠程接收指揮中心下發(fā)的事故應急搶修單及故障設備運行狀態(tài)、故障GIS截圖及故障設備臺賬信息、歷史缺陷、歷史故障信息，為現(xiàn)場搶修人員提供較為全面的輔助信息。完成搶修任務后，搶修人員可以現(xiàn)場回填事故應急搶修單；搶修任務結束后，搶修人員需要將系統(tǒng)根據事故應急搶修單自動生成的故障記錄補充完整；根據巡視計劃，巡視人員可以在工作現(xiàn)場完成巡視記錄填報，并上報指揮中心。若巡視過程中發(fā)現(xiàn)缺陷，可以直接進行“缺陷登記”，拍攝缺陷照片，并遠程發(fā)起缺陷填報流程；生成班組可現(xiàn)場上報缺陷記錄、缺陷圖片及接收消缺任務；消缺任務結束后，生成班組可將消缺結果遠程上報指揮中心；現(xiàn)場人員可以通過業(yè)務終端接收帶電作業(yè)任務，并根據帶電作業(yè)票票面內容開展現(xiàn)場工作，工作結束后遠程進行帶電作業(yè)票的回填及上報，主要包括線路一、二種工作票、電纜一、二種工作票與指揮中心之間的業(yè)務流程交互功能。

3 配網生產指揮系統(tǒng)設計

3.1 總體設計

系統(tǒng)以SOA為核心思想，基于企業(yè)架構（EA）的成果和實施經驗進行系統(tǒng)的設計、開發(fā)和實施，系統(tǒng)的數據模型和接口規(guī)范遵循IEC 61970/61968及SGCIM標準和規(guī)范[5-8]。系統(tǒng)在與各專業(yè)平臺之間共享高度融合的電網生產、運行和管理信息的基礎上，集成各專業(yè)平臺的應用和服務，形成一體化的生產運行支撐體系。整個系統(tǒng)的開發(fā)過程按照EA（企業(yè)架構）的思路進行，使得整個系統(tǒng)的結構穩(wěn)定、便于持續(xù)改進與深化，保證系統(tǒng)的先進性、實用性。系統(tǒng)架構上體現(xiàn)SOA的思想，形成支持生產指揮的統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一的界面展示、統(tǒng)一的數據交換和統(tǒng)一的服務調用。系統(tǒng)數據模型上遵循IEC 61970/61968和國家電網公司SG-CIM的標準和規(guī)范，系統(tǒng)的集成接口滿足IEC 61968的配電接口規(guī)范的要求。

3.2 與其他系統(tǒng)的信息交互方式

配網生產指揮系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互的信息類型可以是請求響應式，也可以是單向發(fā)布式；數據交互采用的協(xié)議可以是任意協(xié)議；交互的兩個系統(tǒng)在地理位置上可以位于電力公司Ⅰ區(qū)或ⅠⅠⅠ區(qū)。因此配網生產指揮系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互方式一般可以采用三種方式：總線方式、點對點方式以及嵌入方式。

3.2.1 基于信息交互總線的交互

信息交互總線作為數據的傳輸中介，為其他業(yè)務系統(tǒng)提供透明數據交互通道。從配網指揮系統(tǒng)的角度看，想要與其他系統(tǒng)進行信息交互和數據交換不必再考慮對方系統(tǒng)在哪一個安全區(qū)、在市區(qū)局還是市局、采用什么交互協(xié)議，只要接入總線平臺，使用各自的數據交互協(xié)議與總線平臺交互即可，總線負責了跨級、跨區(qū)、跨協(xié)議的消息路由和響應，也就是實現(xiàn)了系統(tǒng)間的完全透明交互。傳輸的數據包括對實時性要求不高的實時數據與數據量不是很大的非實時的歷史數據。接入總線的各系統(tǒng)需要滿足以下要求：

（1）總線中消息格式的要求

信息交互總線內部消息參照IEC 61968標準的第三到九部分定義的消息payload標準，IEC 61968主要是支持電力行業(yè)的應用間集成，這一系列標準的目的是支持需要每幾秒、幾分鐘或幾小時就需要交換數據的應用程序，而非長時間運行的數據抽取。這一系列標準的目的是實現(xiàn)多種中間件服務來在應用程序間交換數據，補充（而非替代）數據倉庫。使用符合IEC 61968標準的消息格式總線能夠根據動詞知道消息的流向，做到最小改動的動態(tài)數據分發(fā)。

（2）與總線交互的協(xié)議要求

信息交互總線目前主要支持的通訊協(xié)議有JMS、WebService、文件、FTP、Socket、郵件等主流通訊協(xié)議。根據不同的業(yè)務及平臺要求可以選擇不同的協(xié)議方式，總線支持傳輸協(xié)議轉換如圖2所示。

同時，信息交互總線可以跨隔離裝置到達不同的電力系統(tǒng)安全區(qū)，各應用不必再關心安全區(qū)的問題，只處理業(yè)務邏輯即可，如圖3所示。

圖2 信息交互總線傳輸協(xié)議轉換

圖3 信息交互總線跨隔離支持

（3）總線中消息大小的規(guī)定及大消息處理方式

總線中由于跨隔離的原因（正向socket、反向文件）傳輸的單個消息最大是2M，如果傳輸更大的消息可以將大消息進行分割，對于不便分割的消息可以將數據以文件形式存儲到業(yè)務應用服務器上，調用時將文件的URL作為參數傳遞，另一方通過該URL獲取數據。

3.2.2 基于點對點方式的信息交互

當配網生產指揮系統(tǒng)與其他系統(tǒng)交互時傳輸的數據量大且實時要求較高時，系統(tǒng)間可通過點對點方式交互信息，雙方按照約定的格式和協(xié)議傳輸數據。

3.2.3 基于系統(tǒng)之間的嵌套交互

當配網生產指揮系統(tǒng)與其他系統(tǒng)不需要數據傳輸時，系統(tǒng)間可通過鏈接方式交互信息，以減少指揮系統(tǒng)的開發(fā)工作量。配網生產運行指揮系統(tǒng)將鏈接請求傳輸給其他系統(tǒng)，其他系統(tǒng)將鏈接地址傳輸給配網生產運行指揮系統(tǒng)，指揮系統(tǒng)就可以監(jiān)測到其他系統(tǒng)的所有信息。

4 結論

在電力公司安全管理模式下，基于PMS/ GIS/DMS等系統(tǒng)的生產指揮系統(tǒng)總體框架，是電力公司信息集成化發(fā)展的必然趨勢，它滿足企業(yè)信息傳遞快速、準確的要求，能夠提高各級人員的勞動效率，加大各級的管理幅度，減少企業(yè)的管理層次，從而為順利實現(xiàn)SG-186中的信息統(tǒng)一化要求創(chuàng)造了條件。各地、各級電力公司的管理方式有很多共性，利用這種共性和企業(yè)發(fā)展的趨勢，這種信息一體化體系結構有助于電力公司的管理變革，改變電力公司的傳統(tǒng)管理模式，增加企業(yè)的靈活性，提高電力公司的服務質量。

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