云南電網省地調一體化PAS及DTS聯網方案

高 明 李文云 李 峰

(云南電網公司電力調度中心，云南 昆明 650011;國電南瑞科技股份有限公司 江蘇 南京 210061)

1 前言

各級調度中心僅對各自管轄范圍內電網進行建模，數據、圖形及模型信息無法共享的問題在很大程度上制約著各級調度機構PAS計算的實際效果，也是造成其難以真正實用的主要原因之一。在線外網等值方法［1］近年來在部分省調得到工程實際應用，在一定程度上提升了地調網絡分析計算效果，但鑒于外網等值方法本身所存在的局限性［2］，這種方法總體看來仍有較大提升空間。模型拼接技術在近年來的迅速發展與成熟應用為解決這一問題開辟了新途徑。全電網模型的形成，為進行省地兩級調度的PAS計算功能和DTS互聯的統一規劃與管理提供了絕佳的數據平臺。利用這一技術實現省地調的一體化PAS及進行DTS互聯，符合電力調度體系“縱向貫通”趨勢與方向，是對于近年來出現的多種省地一體化應用研究的又一探索。獲取包含網省地調模型的全模型在當前的技術條件下應不再是難題。但是在獲取了全模型后，究竟采用什么樣的一種方案來實現省地一體化的PAS和進行DTS互聯，成為一個需要研究與思考的新問題。

為了表述方便，仍使用了傳統概念上的術語“PAS”進行相關表述。近年來傳統PAS各模塊有被屏蔽和后臺化的趨勢，真正面向最終需求的綜合應用逐漸出現。本文論述的內容，同樣可以擴展到這些新的網絡分析應用。

2 網省地模型拼接方案

模型拼接系統生成的全網詳細模型依賴于空間上分層的各個數據源，包括有云南省調EMS系統核心模型，南網總調下發的南方電網220kV以上電壓等級電網，云南電網各個地調EMS系統模型等。模型拼接系統從各個數據匯集模型數據，經過模型服務程序分析，進行合并更新最終形成全網模型。拼接方案如圖1所示。

圖1 拼接方案

圖1中，分布式建模系統得到的拼接結果有多種表現形式，具體見2.1節關于兩維模型信息的論述。

3 兩種基本部署方案

為了達到實現基于模型拼接的省地一體化PAS系統的目的，提出了兩種基本部署方案:一是集中式分析計算方案，二是分散式分析計算方案。兩種方案各有優劣，對系統的管理、維護、使用也提出了不同的要求。

3.1 集中式分析計算方案

本方案的特征為:由省調向省、地調用戶提供統一的分析計算服務，實現服務的統一管理和維護，并提供靈活的、具備權限管理。PAS系統、模型拼接系統及相關分析計算服務均部署在省調，地調均不部署，省地調用戶均使用部署在省調的一體化PAS系統。

此方案下系統基本架構分為三層，前端應用層、應用服務層和模型服務層，省調、地調用戶在前端應用層使用客戶端登錄系統，由應用服務層提供統一的PAS計算服務，計算所需的模型由模型服務層提供。圖2給出了系統架構示意圖。

圖2 集中式分析計算方案示意圖

前端應用層由客戶機組成，省調、地調用戶均能夠訪問到計算服務資源，進行相關計算。前端應用層通過網絡連接到應用服務層，可以完成用戶登錄，廠站圖、系統潮流圖、計算統計表格信息的顯示，相關計算屬性的設置和計算的啟停。

應用服務層作為省地一體化PAS的核心環節，負責監聽客戶機的請求，為其提供相應服務。

3.1.1 功能模塊

1)服務管理器:負責接收客戶的遠程連接請求，對用戶進行身份校驗，管理用戶的權限，在預先設定的用戶訪問權限分配計算資源。服務管理層的核心功能是實現負載均衡，它管理著后臺多個計算服務器所提供的計算資源池，在考慮服務器的CPU使用率，內存使用率，網絡帶寬等一系列因素情況下，將客戶端連接到指定服務上，這樣能夠有效地提高計算資源的應用率，在多用戶情況下可有效配置服務器資源，減少資源浪費。

2)計算服務池:用于提供具體的計算服務，如狀態估計、調度員潮流、靜態安全分析、短路電流計算、靈敏度分析等。服務創建在后臺服務器上，初始啟動后會自動建立一定數目的資源。服務池接收服務管理器的統一調度，每個計算服務均能標識其可用狀態。每當有新的用戶登錄，服務管理器會把空閑的服務分配給用戶。當用戶退出系統或者長時間沒有使用計算服務，服務管理器將回收計算服務資源，將其標識為空閑，放置到可分配資源中。

3)PAS模型服務:是模型服務層提供的服務之一。模型服務層用于為各應用提供可計算的電網模型、方式數據以及相關的圖形。在模型拼接中實現了南網總調下發的電網模型，云南省調核心電網模型和云南各地調電網模型的匯集和實時拼接。模型是廣義的概念，包括有電網物理模型、運行方式和圖形;從時間維度而言，包括歷史、實時、未來電網模型;從空間維度而言，包括全電網模型、省調核心模型、各地調電網模型、多區域模型的靈活組合、外網等值模型。模型可提供給省地一體化的PAS及用于DTS聯網，且能夠與BPA動態設備的控制模型相結合提供給方式進行電網運行方式的研究、校核。一體化PAS系統對模型的利用可分為多種，能夠在時間維、空間維進行定義。例如省調用戶可以使用實時的全云南電網模型，進行靜態安全分析，校驗當前斷面條件下系統的安全性;地調用戶能夠提取本地調模型和省調模型，當然也可以直接使用全網模型，進行設備開斷計算、合環操作前計算等。圖3給出了模型服務提供的時空兩維模型數據的示意圖。計算服務a使用了未來的省調模型進行研究;計算服務b則使用了實時的全網模型;而服務c使用了歷史的地調模型進行分析研究。

圖3 兩維模型示意圖

3.1.2 計算服務的動作序列

從信息流上，分析計算服務的動作序列主要是:

1)省、地調客戶端連接到省調PAS計算服務管理器，管理器在完成用戶身份和權限的校驗后，根據當前計算服務池情況為其分配合適的計算資源;

2)客戶端用戶可定義計算屬性 (模型信息)，計算服務通過本層的模型訪問接口從模型服務層得到需要的電網物理模型、運行方式和相關圖形信息，最終作好開始計算的數據準備;

3)用戶可在此基礎上對電網方式進行調整，啟動計算，所有操作均提交給計算服務，有計算服務響應操作并返回計算結果，這樣用戶就能夠通過客戶端得到所需的計算結果。圖4給出了完成一次技術服務的活動序列。

圖4 集中式分析計算的動作序列圖

3.2 分散式分析計算方案

本方案的特征為:省調部署有PAS系統、模型拼接系統，地調部署有PAS系統。省調PAS系統和地調PAS系統分別向省調用戶和地調用戶提供分析計算服務，但省調PAS系統不再提供給地調用戶使用。

如圖5所示，在進行模型拼接時，各區域電網模型匯集到部署在省調的模型拼接系統上實現全網模型的拼接。在省調、地調均部署有模型拼接系統的客戶端，省調和地調用戶均通過該客戶端獲得時空兩維模型。

需要指出的是:在這種方案下，省地調一體化PAS系統嚴格說來僅在邏輯上存在。地調可從省調獲取兩維模型，可與省調使用相同的模型進行計算并取得相同的網絡分析結果。

圖5 分散式分析計算方案模型服務示意圖

3.3 兩種方案優缺點比較

兩種方案在經濟性和安全性上各具優劣，見表1。

表1 優劣性比較

在工程操作上，相比較安全性和經濟性，系統建成后采用何種運維模式成了在實際操作時需考慮的更為重要的問題。集中式服務從總體看來需要的人力成本和物理成本較少，維護難度較小，長遠看來是趨勢和方向。但在目前各方面條件下，也將產生如下難題:一是全網的省地調PAS系統運行維護壓力全部轉加到了省調側，工作量驟增，但對應人力資源由于各種原因往往難以配套，系統運維難以保證;二是地調側長期脫離PAS運維工作，會在一定程度上造成對省調側系統依賴，并限制地調人員的應用軟件運維與應用水平的提高。目前看來，更具可行性的是另外一種綜合式的計算服務方案，即集中式和分散式分析計算相互統一的方案。

3.4 綜合式分析計算方案

對地調而言，這是一種在模型拼接成果共享的基礎上，以地調PAS的應用與運維為主，以省調PAS為輔助參考的一種應用與運維方案。該方案有機結合了前述的集中式分析計算方案和分散式分析計算方案，構建既統一又分布的省地一體化PAS系統，其特征為:省調部署有PAS系統、模型拼接系統，地調部署有PAS系統。省調PAS系統同時向省調和地調用戶提供分析計算服務，地調PAS系統提供給地調用戶使用。在這種方案下，地調用戶既可以選擇登錄到省調PAS系統使用相關分析計算服務，也可以直接使用地調PAS系統。具體來說，一方面在省調按照集中的分析計算方案搭建集中的分析計算服務系統，另一方面地調充分利用省調提供的模型拼接成果 (含外網等值)來實現本地PAS分析計算。如圖6所示，省調會建設有計算服務池，為省調用戶和地調用戶提供可定制模型的分析服務，而在地調建設本地計算服務提供給地調用戶，對地調使用者而言具有更多選擇，可以通過客戶端連接省調的計算服務池來獲取由省調統一提供的計算服務，也可連接本地計算服務進行分析計算。無論是遠程服務還是本地服務，均可為地調提供服務，從地調日常使用角度來看，兩服務可以互為備用，也能夠用于本地服務計算結果的比對，促進地調分析計算服務的完善。

從趨勢上講，綜合式的計算服務屬于過渡方案，由其過渡到集中式計算服務是發展方向，但在目前各方面條件下，綜合式服務提供方案具有更好的操作性和更強的生命力。

圖6 綜合式分析計算方案示意圖

4 DTS聯網方案

在DTS不聯網使用的情況下，上述PAS利用模型拼接成果的方案對DTS系統均適用，最簡便可行的方法是DTS直接使用PAS系統在模型拼接后的形成的模型與數據成果，必將使地調側DTS的計算準確性得到實質提升。

對于DTS聯網，當前有多種方案，主要有兩種:統一電網模型聯網方案和分散電網模型聯網方案。前者多使用模型拼接的成果和WEB方式實現，其缺點是為地調參演人員在演習中面臨的是省調的EMS環境，因缺乏真實感而影響了演習效果。后者多不進行實際的模型拼接，可克服上述缺點，但自身也存在著諸如分布式潮流計算等難點或信息交互量大、工程實現較復雜的問題。

DTS聯網方案特征是:雖然使用了模型拼接的成果，但計算仿真卻分散進行，省地調參演人員面對的是各自日常使用的EMS環境，提高了演習環境的逼真度，同時避免了分布式潮流計算的異步迭代問題，實施方案相對簡單，有良好的工程適用性。

4.1 省地調模型建立方法及其聯網

地調DTS系統通過本地的模型拼接客戶端，定制并獲取至少包含本地模型與省調核心模型的電網模型作為基態模型進行聯網演習。需要指出的是，為了增加逼真性，地調側基于該全網模型的計算分析是在后臺完成的，計算結果同步到地調參演人員平時使用的本地模型范圍與畫面。

省調僅采用本地模型，不拼接地調的模型。因為省調的模型包括了云南電網的主網架，低電壓等級的設備通過等值到110kV的母線的等值負荷來表示，而且低電壓電網是輻射狀的，完全可以通過改變等值負荷的功率來跟蹤地調潮流的變化，從計算精度上來說幾乎沒有影響。

4.2 省調DTS與總調DTS聯網

在構建有模型拼接系統后，省調DTS系統可以支持與總調DTS進行互聯。篇幅原因，此處僅介紹主要方法。

省調模型拼接系統接收到總調下發的全網模型，實現云南省調電網模型與全網模型的拼接，形成于總調DTS基本一致的模型。當然也有一定的區別，總調DTS對于各省調110kV及以下的變電站模型進行了等值，通常等值為負荷。其他部分模型完全一致。省調DTS使用模型拼接形成的全網模型與總調DTS進行同步仿真，仿真過程中保證省調與總調模型一致的部分設備狀態的同步，對于被總調等值為負荷的情況，考慮到分級調度管理的因素，其功率值以省調DTS為準。

4.3 互聯數據同步

互聯時上下級調度DTS數據同步方法依賴于各自仿真的電網模型。如圖7所示，仿真的電網模型可分為兩部分，一部分是兩者完全一致的電網模型 (A)，由于下級調度DTS系統接入了上級調度DTS系統的全模型，因此大部分電網在上下級DTS中是一致的;而另一部分模型是指少量不一致的電網模型 (B和C)，這部分模型在于歸屬下級調度管轄的較低電壓等級電網模型在上級調度DTS系統中被等值，通常是將變壓器繞組等值為負荷。依據上述分類，培訓過程將分別考慮一致模型和不一致模型的同步方法。

在一致模型的同步中，仿真數據的實時交互主要采用仿真事件交互的模式。這里的仿真事件是指包括開關刀閘操作、變壓器檔位調節、發電機出力調節、負荷調節、地刀操作等人工調節操作以及事件后保護動作引起的開關變位、自動裝置引起的電網變化等信息。在此過程中，只交互發生了變化的設備的信息，對于沒有變化的設備則不予交互。如此保證上下級調度DTS系統一致的設備能夠得到同步更新。

在不一致模型的同步中，從管轄權限上來看歸屬于下級調度，其當前運行方式應以下級調度DTS為準，下級DTS定時自動上傳被等值的變壓器繞組的有功無功，上級DTS接收后自動更新等值負荷的功率值，實現兩者不一致模型的同步。

圖7 數據同步示意圖

在綜合式計算分析方案下，基于模型拼接的省地一體化PAS和DTS聯網系統分為三大部分，按照電力系統安全防護的要求和實際實用需求，模型拼接系統和PAS系統放置在I區，DTS位于II區，同時支持WEB信息的遠程發布和互操作功能。具體配置方案如圖8所示。

圖8 部署示意圖

5 結束語

綜上所述，包含網省地調模型的全模型信息是調度體系信息化的重要數據基礎之一，一體化的PAS及三級DTS聯網只是其成果應用的一方面。本文論述的內容在工程實施上要考慮三大功能的建設:全網模型拼接及模型服務、省地一體化PAS分析計算、網、省、地DTS互聯。模型拼接工程的分階段實施也決定了省地調一體化PAS及三級調度DTS互聯的實現是一個分階段的過程。

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