基于電網互聯模型的風險預控管理系統

李文啟，付紅軍，李 巖，劉 軼，王星海，劉伯康

（河南電力調度控制中心，鄭州 450052）

基于電網互聯模型的風險預控管理系統

李文啟，付紅軍，李 巖，劉 軼，王星海，劉伯康

（河南電力調度控制中心，鄭州 450052）

為加快電網事故處理進程，建立了一套集中式的省地縣調度一體化電網風險預控管理系統。該系統通過建立省地縣三級電網的互聯模型，實現了圖形化的調度事故預案的上下級動態聯動。并給出省地縣調度預控管理業務的數據集中、應用集中系統開發所涉及的工作流管理平臺和角色訪問控制技術，在保證系統安全的基礎上解決了傳統紙質預案存儲、管理、共享和上下級聯動等問題，提高了對突發事件的應急處理能力。

模型互聯；風險預控；事故預案；工作流管理

預案程序化、規范化是電網事故處理快速準確的重要基礎。調度人員在獲得準確的事故信息后，按照事故的類型及安全自動裝置、保護動作情況和開關跳閘后的停電范圍等信息，有針對性地啟動預先編制好的相應的規范預案，是快速、準確進行事故處理并恢復供電的基礎。目前，調度預案基本以文本形式分散存放，無預案專項審核流程，搜索查詢不方便，不易修改更新，共享性差，更無法實現上下級預案聯動互聯等高級應用功能，不利于員工的學習和培訓，也不利于知識的積累。這種方式不能夠對事故預案相應數據進行有效管理，無法為實現突發事件快速響應提供支持，在一定程度上對電網的安全穩定運行構成了安全隱患。

文獻[1]和文獻[2]通過研究電網模型，提出了上下級電網模型的拼接方法，但是沒有將重建后的模型應用于電網的風險預控；文獻[3]和文獻[4]探討了網省地一體化電網事故預案定制管理的必要性及其主要內容，對電網風險預控具有很重要的意義，但是沒有利用電網互聯模型來實現。

本文以省地縣三級電網的互聯模型為基礎，建立了一套集中式的省地縣調度一體化電網風險預控綜合管理系統。完善突發事件應急預案的制定和管理工作，提高應突發事件的綜合管理水平和應急處理能力。系統解決傳統紙質預案的存儲、管理、上下級聯動和使用不便等問題，對事故預案相應數據進行有效管理，為實現突發事件快速響應提供支持。

1 基于電網互聯模型的風險預控管理

本文建立了省地縣三級電網的互聯模型，并在此互聯模型的基礎上實現了圖形化的調度事故預案的上下級動態聯動，從傳統的“單一管理”到“省地縣一體的全過程在線聯網動態協同聯動”的大模式轉變，建立“橫向各專業覆蓋、縱向上下級互聯”的預控管理體系。

1.1 電網互聯模型的特性

電網模型是進行復雜電力系統分析和計算的基礎，建模的方式與模型的結構對于整個能量管理系統[2]EMS（energy management system）的運行分析至關重要。為了保證分析決策的正確性，在對本轄區電網進行在線分析時，建立的模型需要綜合考慮外網這個因素。在傳統EMS中，通常僅建立內網的詳細網絡模型，外網則被簡單地等值為發電機模型掛在模型的邊界節點上，此等值過程通常不考慮外網的靜態和動態特性，因此無法滿足電網在線安全分析的精度要求。在線安全分析，特別是在線暫態安全分析，需要得到一個既能反映內網實時狀態，又能考慮外網對內網影響的網絡模型，因此需要將外網在線模型和內網實時模型組合，得到一個完整的網絡模型。

1.2 電網互聯模型建立的流程

本文中電網互聯模型建立步驟[1]如下。

（1）獲取外網在線模型，并在該模型上進行等值處理，得到一個合理的外網等值模型。此時需要兼顧靜態安全分析、暫態安全分析和電壓安全分析的要求，外網等值采用同調動態等值方法，并保留部分緩沖網以提高等值精度。

（2）獲取內網數據采集與監視控制系統SCADA （supervisory control and data acquisition）數據，刪除壞數據，進行內部電網狀態估計，獲得一個具有一定精確度的實時內網模型。

（3）將外網模型與內網實時模型合并，得到完整的電網互聯模型，調節外網相關發電機和負荷注入，使得外網邊界節點電壓和注入功率與內網對應的邊界節點的電壓和聯絡線功率匹配，保證內網部分的狀態不變。地調與縣調電網交互模型的建立同省調與縣調電網交互模型建立。

1.3 外網在線模型的獲取

通過與EMS的無縫對接，系統定時從EMS上導出外網在線模型，以保證系統能夠動態顯示設備的狀態及其實時數據。地調從省調獲取外網在線模型時，需要從省調獲取的數據有：

（1）E格式文件。每隔5～15 min以E格式文件的方式遠程讀取省調數據平臺中的電網模型（包括潮流分布）；

（2）可縮放矢量圖形SVG（scalable vector graphics）文件[5]。遠程讀取廠站單線圖SVG文件。

外網在線模型獲取流程如圖1所示。

圖1 外網在線模型獲取流程Fig.1 Online process to obtain the external network model

獲取外網在線模型時，各地調服務器通過TCP報文向EMS平臺發出申請，EMS收到申請后，通過FTP把外網在線模型以cime和g格式文件發送到地調的CIM通信服務器上，同時通過TCP報文通知地調。外網在線模型獲取，交互過程如圖2所示。

圖2 模型獲取交互過程Fig.2 Model for interactive structure

外網在線模型以cime和g文件作為數據載體。

（1）cime文件。系統定時以cime文件的方式遠程讀取EMS平臺中的電網模型。cime文件中包含有電網的拓撲連接關系、廠站關系及設備遙信、遙測數據等。

（2）g文件。系統遠程讀取廠站單線圖g文件。g文件中包含有設備電壓顏色、不同狀態下的特征、文字信息以及圖間跳轉關系等。

通過對cime文件和g文件的解析，合并成一個外網實時模型，將其導入系統。外網在線模型獲取涉及的文件如圖3所示。

圖3 外網在線模型獲取涉及的文件Fig.3 Documents involved for outside network model

1.4 電網互聯模型的合并和交互關系

在電網在線模型中，設備元件以設備ID作為其唯一的區別標識，省調和地調須建立聯絡線名稱對照表或保持命名規范一致，以保證雙方模型的正常合并。本系統通過以下3種方式來實現模型的合并。

（1）省調、地調母線公用。省調、地調電網模型合并時，將公用母線設置相同的設備ID，根據公用母線建立省地各自的拓撲關系。

（2）省調、地調變壓器公用。在省調、地調電網模型中，公用的變壓器設置相同的設備ID。模型互聯時，從省調模型中獲取公用變壓器高壓側部分，與地調模型中公用變壓器中、低壓側部分進行合并。

（3）單端線路替代。如果省地調模型中沒有公用母線或變壓器，就需要用單端線路來替代。在省調模型中，地調模型中的設備整體以一條單端線路替代；在地調模型中，省調模型中的設備整體以一條單端線路替代，這兩條對應的單端線路設置相同的設備ID。

2 風險預控管理系統開發

2.1 事故預案編制流程

在電網互聯模型的基礎上，省調通過電力專用網獲取其所轄地調建立的事故預案，各地調可以通過電力企業調度部門之間各類生產數據共享、MIS系統信息交換問題的中間交換平臺來讀取省調事故預案；各地調通過其網絡拓撲結構來讀取所轄縣調事故預案，各縣調可以借助共享平臺來查看省調、地調事故預案。這樣就實現了省、地、縣三級電網的動態聯動。

本方法的事故預案由省、地、縣各級調度機構共同完成。省調負責提出事故處理總體思路和框架，并制定自己的相關調控措施；地調在省調調控措施的基礎上，結合事故處理的思路和步驟，完成自己調度管轄范圍內相關調控措施；相關縣調在省調和地調調控措施的基礎上完成自身的調控措施。地調對事故處理思路、步驟有建議和意見，可以反饋給省調，經過協商后調整，地調負責審核縣調的調控措施是否合適，最終由省調審核地調的調控措施并匯總完成整個一體化事故預案。通過由上而下制定，再自下而上反饋修訂完成的一體化事故預案，可以使各級調度機構都能夠了解和掌握整個事故處理思路和步驟，從而極大地提升了事故預案的系統性、針對性和有效性。

2.2 工作流管理平臺技術

引擎設計參考國際工作流管理聯盟制定的工作流標準，以圖形化的方式實現工作流程的設計再造，直觀展示流程圖，以拖動的方式維護流程節點及其拓撲關系。

流程數據庫中記錄了流程中每一個節點的狀態，包括節點的可維護性、處理權限、拓撲關系以及起止時間等屬性。為了便于設計，將待處理的表單頁面與流程節點進行了對應綁定，這樣表單在按流程流轉時，自動繼承了該節點的屬性。

由于頁面繼承了流程節點的時間屬性，所以頁面到達后，會自動與節點的時間信息進行比較，如果已經達到可以在該節點的停留時間，則頁面會自動提醒或按照該節點的拓撲關系流轉，從而實現了任務改派、超時提醒等功能。工作流管理系統采取的結構如圖4所示[7]。

圖4 工作流管理系統結構Fig.4 Structure of workflow management system

2.3 基于角色的訪問控制技術

基于角色（Role）的權限，系統對用戶的訪問進行控制。根據需要，在系統中設置不同的角色，規定各個角色的權限，并將各個用戶置于不同的角色。實施過程中需結合高級加密標準AES（advanced encryption standard）等密碼算法對用戶名、密碼等關鍵字段進行加密處理。

系統將角色的權限作為流程節點的屬性，來控制用戶的訪問。由于頁面繼承了流程節點的權限屬性，所以用戶登錄后，根據用戶所屬的角色，來判斷用戶在編制、審核事故預案時可以有哪些權限，對那些頁面進行哪些操作。基于角色的訪問控制模塊如圖5所示。

圖5 基于角色的訪問控制模型Fig.5 Role-based access control model

2.4 風險預控管理系統的功能

1）調度預案流程管理

實現省調、地調、縣調三級調度事故預案的編制、審核、批準、網絡發布等流程化管理；實現事故預案的遠程上傳更新、流程審計及監督考評功能。

2）省地預案上下級聯動

系統根據上下級雙重調度邊界點作為聯動點，依據重要用戶的電源追溯表，將市調所管轄的高電壓等級電網的事故預案與地區電網部分的事故預案進行關聯，形成一個縱向互聯的全網事故預案管理體系。

3）圖形服務

通過發布電網和變電站電氣接線圖，實現全網電氣接線圖與預案的統一管理和服務功能，用戶可對事故狀態下的電網斷面進行模擬研究，對該斷面下的電網潮流進行模擬3D可視化展示。

3 結語

本文提出的以省地縣電網三級互聯模型為基礎，建立圖形化的事故預案上下級聯動，以實現電網風險預控的方法，完善了電網公司突發事件應急預案的制定和管理工作，為電網應對突發事件提供快速技術支持，大幅度提高應對突發事件的綜合管理水平和應急處理能力。系統實施突出預防和應急處置并重的原則，在可預見的范圍內，實現有效預防、迅速響應、快速組織、果斷處置大面積停電等應急事件，努力控制事態發展并降低其影響，使電力生產秩序盡快恢復正常。

[1]鄒根華，姚諸香，郭玉金，等（Zou Genhua，Yao Zhuxiang，Guo Yujin，et al）.網省級電網之間模型互聯實現方法的研究（An implementation scheme of model for interconnected power networks）[C]//中國電機工程學會年會（CSEE Conference），西安（Xi’an，China）：2008.

[2]馬強，荊銘，梁成輝（Ma Qiang，Jing Ming，Liang Chenghui）.基于CIM／CIS的省地調電網模型拼接與數據交換（CIM/CIS-based model connection and data exchange for provincial and regional power networks）[J].電力自動化設備（Electric Power Automation Equipment），2012，32（6）：116-119.

[3]郭華，李林峰（Guo Hua，Li Linfeng）.淺談電網事故處理預案的定制管理（Discussion about customization management of power grid fault treatment plan）[J].南方電網技術（Southern Power System Technology），2008，2（3）：77-78.

[4]唐寶，董征，陳亦平（Tang Bao，Dong Zheng，Chen Yiping）.網省地一體化電網事故處理預案定制管理（Customized plan making of integrated scheme of contingency management for region，province and city power grids）[J].南方電網技術（Southern Power System Technology），2012，6（1）：103-106.

[5]董朝霞，戴琦，楊峰（Dong Zhaoxia，Dai Qi，Yang Feng）.基于CIM和SVG的電網建模技術（Power network modeling method based on CIM and SVG）[J].電力系統及其自動化學報（Proceeding of the CSU-EPSA），2006，18（5）：58-61.

[6]張家安，蔡敏，畢兆東，等.多級多區互聯電網數據模型的組建方法[P].中國：200910028731，2009-09-23.

[7]趙瑞東，陸晶，時燕（Zhao Ruidong，Lu Jing，Shi Yan）.工作流與工作流管理技術綜述（Overview of workflow and its management technology）[J].科技信息（Science Information），2007（8）：105-107.

Risk Pre-control Integrated Management System Based on Grid Interconnection Model

LI Wen-qi，FU Hong-jun，LI Yan，LIU Yi，WANG Xing-hai，LIU Bo-kang
（Henan Electric Power Dispatching and Communication Centre，Zhengzhou 450052，China）

In order to speed up handling process of grid incidents，a risk pre-control management system，centralizing provinces and counties scheduling integration，is established.In this system，the interconnected model among provincial and county grids is established，which achieves a graphical dynamic linkage of scheduling accident plan between superior and subordinates.It can centralize the data of pre-control management for provinces and counties scheduling，and employ the concentrated system to develop the related workflow management platform and the role-based access control technology.Based on the safety of system，it can solve the problems of traditional paper storage，management，sharing and linkage between superior and subordinates，which improves the handling ability of emergency.

interconnected model；risk pre-control；accident plan；workflow management

TM712

A

1003-8930（2013）06-0062-04

李文啟（1963—），男，本科，高級工程師，研究方向為生產技術管理。Email：liwenqi@ha.sgcc.com.cn

2013-01-09；

2013-07-16

河南省科技項目（豫電DTZXKJ【2011】888號）

付紅軍（1968—），男，碩士，高級工程師，研究方向為電網調度運行與控制。Email：fuhongjun@ha.sgcc.com.cn

李 巖（1973—），男，本科，高級工程師，研究方向為電網調度運行與控制。Email：liyan@ha.sgcc.com.cn