分布式電力監控系統在包鋼供電廠的應用

初家祥 江 杰

（內蒙古科技大學信息學院，呼和浩特 014010）

“十二五”時期，包鋼將進入再創業的歷史新階段。伴隨著產能的提升，發電量、用電量、用電范圍都將發生巨大的變化。而電力網絡是一個龐大而復雜的系統，涉及包鋼生產的方方面面，任何微小的事故都可能造成大的生產波動。其中應用信息化手段保證電網安全可靠運行又是供電廠日常生產管理工作的重中之重。

多年來包鋼供電廠在工業用戶電力監控領域進行了深入的探索，借鑒國內外電力監控系統的發展和應用[1-5]，目前已經形成了完善的全廠級電力監控系統?；诖讼到y調度運行人員可以隨時掌握電力設備的運行工況，及時完成調度操作，并針對電網進行更高層次的運行分析計算以輔助決策。

該系統同時為能源管理中心提供第一手電氣數據，大大節省能源管理中心建設成本，加快能源管理中心建設進度。

1 系統組成結構

包鋼供電廠電力監控系統具有分層、分布式特征，系統整體由站控層、集控層、調度層三個層次組成。

圖1 包鋼供電廠電力監控系統結構圖

站控層主要是各變電站綜合自動化系統，通過保護測控一體化化單元、現場總線網絡、通信網關及后臺監控系統構成。目前實現了電力監控的廠站包括1座220kV變電站，10座110kV變電站，38座10kV變配電站。

集控層則以生產業務為主要核心進行功能劃分，若干個變配電站劃分為一個集控中心，實現統一運行監控和管理。集控中心接入了所管轄范圍內變配電站的信息。集控層的設立可以大大減少現場變配電站值班人員，實現減員增效。包鋼供電廠目前設立了3個集控中心。

調度層從各變電站直接獲取數據，構成對全廠電力系統的集成集控系統，實現統一調度監控、運行分析和輔助決策功能。

從站控層到集控層和調度層都通過覆蓋全廠的光纖通信系統實現高速數據通信，并采用統一的網管系統對各節點通信設備進行集中監視。

變電站綜合自動化系統使用最多的是上海申瑞繼保電氣有限公司的DEP-4000N系統，其他的包括南自、北京四方、南瑞繼保的變電站綜合自動化產品。

集控和調度都采用上海申瑞的 Super2000調度自動化系統。

通信設備和網管系統都選用了CISCO的產品。

2 系統功能

2.1 數據采集和處理

1）電網運行參數采集，包括三相電壓、三相電流、有功、無功、功率因素、電度量、開關刀閘位置、保護事件等數據采集。

2）數據采樣，根據不同時間間隔設定把實時數據保存到數據庫。

3）數據處理，包括統計處理、越限處理、公式計算等。

2.2 運行監視

1）對電網運行參數進行限值監視，越限告警。

2）對系統運行工況進行監視，異常告警。

3）告警支持文本輸出提示、自動打印、推出畫面、關鍵圖形閃爍定位、音響、發送短消息等多種模式。

4）通過各種組態畫面對運行工況進行在線監視。支持各種動態圖元，可根據工況及限值設定實現變色、閃速、顯隱、移動等動畫效果提示調度員。

圖2 調度監視畫面

2.3 遠程控制

1）變配電站開關、閘刀分合遠程控制。

2）主變分接頭調節。

3）順序控制、負荷控制、自動電壓無功控制等高級控制功能。

2.4 歷史事件、數據分析和報表

1）歷史事件查詢。

2）歷史負荷曲線查看和統計查詢。

3）基于EXCEL的報表制作功能。

4）報表自動生成和打印。

2.5 WEB和信息接口功能

1）基于物理隔離的實時數據同步功能。內網實時數據通過物理隔離設備動態同步到外網的 WEB服務器上。

2）外網用戶可通過瀏覽器查看歷史報表，運行組態畫面等。

3）同時WEB服務器也提供數據接口功能，向能源管理系統提供電氣設備運行工況信息。

2.6 高級應用功能

1）電網建模，支持基于IEC61970的CIM模型，通過電網設備對象方式建模，支持圖形化建模。

2）電網拓撲分析，對原始電網做動態拓撲分析，生成面向節點支路的電路模型，同時實現電氣島劃分，帶電、不帶電、接地分析，拓撲著色等。

3）狀態估計，基于測量數據和電網拓撲模型實現電網運行狀態估計，計算出全網實時潮流，實現壞數據辨識、數據校正功能。

4）調度員潮流，基于電網結構圖獲取當前運行斷面，進行模擬操作，改變運行方式后計算電網潮流分布以進行安全性校驗。

5）負荷預測，基于歷史負荷數據、氣象模型、節假日模型、檢修計劃等多種影響因素進行短期負荷預測。

6）電壓無功優化，根據電壓質量指標對電容器進行自動投切，主變分接頭進行自動調節以優化電網電壓水平。

3 電力監控系統的技術特點

除了常規的 SCADA功能外，電力監控系統在集控和調度端實現了一系列創新應用。

1）順序控制。系統實現了基于五防閉鎖的順序控制功能，在調度操作界面上通過一個按鈕即可實現多步驟電氣設備遠方操作。比如某條回路由運行轉備用，涉及到開關、隔離刀閘、接地刀閘的多個設備的分、合操作。此功能可大大提高調度操作效率，減少事故發生概率。

2）負荷控制。在緊急情況下可按照預先設定的控制策略進行緊急負荷控制，自動切除多個不重要回路的供電以保障重要負荷供電。系統會根據要切除的負荷量進行限荷回路匹配，并自動執行限荷操作。

3）智能告警。通過信息分類和專家規則庫匹配海量告警信息，從中篩選出對調度員最有用的信息進行告警和提示，提高調度員決策速度和精度。

4）調度可視化。通過二維、三維圖形渲染的方式實現調度運行指標的可視化呈現?？梢允拐{度員很直觀了解電網運行工況。例如通過“生命線”功能實現設備負載率監視。該功能根據設備負載率對一個矩形圖元進行動態填充，并在越限時變色，調度員可直觀判斷設備的負載嚴重等級以采取進一步措施。

4 通信架構

4.1 站控層

站內設備包括微機保護測控單元、直流屏、消諧、五防閉鎖等設備。微機保護測控單元大多具備以太網接口。其他IED設備一般具有RS-232或者RS-485接口。

各變配電站通信網關承擔著站內信息集成和遠方信息轉發的職責。通信網關具備多個RS-232/485和以太網接口，可直接接入各種保護測控設備和IED設備，進行信息匯總和轉發。

微機保護測控單元通信規約為各廠家自有規約，基本是IEC60870-5-103規約的變種。而各IED設備常規采用MODBUS或者CDT規約。

4.2 集控層

集控層是一個小型的 SCADA系統，也具有前置機節點，前置系統通過光纖以太網和站控層的通信網關通信。而集控層的各計算機節點如服務器、前置機、調度工作站等則通過本地局域進行通信，采用 SCADA供應商內部通信協議。如包鋼供電廠選用了上海申瑞繼保電氣有限公司的 Super2000 SCADA/EMS系統，集控層內部通信為其SPBus軟總線通信協議。

4.3 調度層

調度層是規模更大的 SCADA系統，一般采取雙網結構。和集控層一樣，調度層前置機和各站控層通信網關通過IEC60870-5-104協議進行通信。比較特殊的是由于包鋼供電廠通信網絡建設比較完善，因此采用了變電站直接和集控、調度通信的模式，而沒有采取集控轉發調度的方式。這樣集控和調度相互解耦，可大大增加系統運行的穩定可靠性。

5 結論

本文介紹了包鋼供電廠電力監控系統的總體構成、功能和創新應用。

放眼未來的發展，基于本系統還可以擴充調度員培訓仿真系統，并和實時電力監控系統緊密結合，為調度員行人員提供教學培訓和考核工具。

包鋼供電廠電力監控系統建設過程歷經 10多年，系統的建設基于統一規劃、分布實施、逐步完善的理念。至今電力監控系統已經完整實施了SCADA和基本高級應用功能。電力監控系統在供電廠日常生產運行中已經起著不可替代的作用。

包鋼供電廠電力監控系統的成功實施為冶金行業及其他工礦企業電力監控提供了良好的工程應用范例。

可以預見，在“十二五”包鋼再創業的新階段，包鋼供電廠電力監控系統也將進一步發揮其強大的安全保障作用。

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