基于海迅數據庫的電網運行監控分析及預警系統

柳 昂， 邵 越， 金文德， 甘 雯， 周麗華

（1.湖州電力局，浙江 湖州 313000；2.浙江省電力公司，杭州 310007）

電網安全穩定運行主要受到電網運行方式、潮流情況、設備狀態、事故處理的正確性及處理速度等多方面因素影響，由220 kV線路及220 kV變電站之間110 kV聯絡線構成的地區主網架安全運行，對于地區供電可靠性有著極大影響。

直觀、便捷地掌握電網主設備如重要線路及主變壓器（以下簡稱主變）的運行狀況，通過數據記錄及挖掘分析提供實時預警及輔助判斷，對電網穩定運行及加快主設備事故處理速度，避免事故擴大，減少停電損失具有非常重要的意義。因此，需要1套平臺系統能和現有監控系統互補，實現對電網主網架安全、穩定性的實時監控、預警，事故時對重要數據的快速分析功能，幫助調度員迅速掌握電網危險點和注意事項。

為此，開發了一套電網運行狀態監控、分析及預警系統，實現對主網架運行方式、線路及斷面潮流、220 kV變電站電壓、功率因數情況及主變N-1運行情況的實時監控、同時根據調度工作需求，實現主變N-1的智能辨識、輔助處理及無功電壓綜合分析、短信告警功能。

1 基本架構及業務模塊

1.1 系統框架

如圖1所示，系統從功能架構角度，分為數據采集層、數據存儲、數據分析層、數據應用層4個層次，分別承擔不同功能。采用海迅數據庫實時采集大量電網數據，應用客戶端服務及Visual Basic作為開發工具。

海迅實時數據庫是一系列用于全自動采集、儲存和顯示信息的服務器端和客戶端的軟件程序，同時使用完全符合Microsoft Windows用戶接口標準的客戶端開發功能，可以實現用戶特殊需求的開發。作為大型實時數據庫和歷史數據庫，提供了清晰、精確的湖州電網測點數據，用戶既可瀏覽發電廠和電網當前的運行情況，也可回顧過去的運行情況。

圖1 系統框架

1.2 系統業務模塊

系統以電網日常監控需求和調度決策為引導，遵循“統一規劃、統一設計、統一建設”的原則。在業務架構上分為4個模塊，分別為主網架潮流、運行狀態、非正常運行方式監控主界面模塊；220 kV主變N-1監控、分析及輔助決策模塊；安全穩定限額一覽表模塊；220 kV變電站無功電壓監控統計模塊。

4個模塊在功能上各自獨立，并行運行，但各模塊的監控界面集成在一個主平臺頁面內。

1.3 能實現集中顯示的主界面平臺設計

目前使用的監控系統雖然有監控功能，但不同功能分布在不同的子界面，無法在同一主界面對各子界面數據進行實時監控，因此在某一時刻只能監視一個界面數據。

將非正常運行方式顯示模塊及穩定限額設定監視模塊作為主界面，主變N-1告警、智能分析、限電總加計算模塊及220 kV變電站無功、電壓監控模塊分別通過功能復設定及數據存儲再讀取實現，各級界面關系見圖2。

2 電網監控界面模塊

圖2 各級界面關系

現有EMS（電能管理系統）不能以可視化的界面清晰地告知調度員當前電網的非正常運行方式，包括斷路器、隔離開關的非正常位置及線路滿載程度或越限情況。因此，換班時需要依次交接，翻閱線路限額表查看目前線路越限情況，同時翻閱相關運行值班記錄，容易出現遺漏或不清楚正常運行方式的情況。

通過電網監控的模塊設計，在地理接線圖上對多狀態變量及對斷路器、隔離開關狀態進行自動辨識，線路設定相應的不同程度的報警門檻值，實現220 kV線路，220 kV變電站及下屬變電站非正常方式的顯示。

該模塊一方面對220 kV、110 kV潮流、運行方式進行實時監控，使調度員盡快掌握電網當前異常情況，及早反應和處理；另一方面，顯示主網架當前階段出現的非正常運行方式，由于各聯絡線的斷路器都已在圖中體現，當班調度員可以迅速掌握電網運行方式，同時也能提高交接班質量。

220 kV主網架圖包括500 kV線路及220 kV變電站的110 kV聯絡線路，其中粉色為500 kV，藍色為220 kV，紅色為110 kV。潮流方面，超載時線路會變色并閃爍，非正常方式變電站顏色由紅變黃。

對220 kV變電站內的各220 kV、110 kV斷路器，及片區下各110 kV變電站的非正常運行方式進行判斷，得出是否有非正常運行方式存在。如存在則220 kV變電站顏色由紅色變成黃色，點擊變電站名后進入對應變電站片區，進行進一步的查看，片區內的非正常方式斷路器也閃爍表示，地區主網架的界面見圖3。

3 220 kV主變N-1監控、分析及輔助決策模塊

現有EMS缺少重要主變N-1監視功能。當主變N-1后，不知道主變N-I過載程度，需要查看主變容量后手動計算。此外需要翻閱相關資料才能知道主變過負荷后的可持續時間，這個持續時間長短不一，根據不同的主變和起始負荷而不同。有的主變在起始負荷較高且過負荷程度嚴重時需要馬上控制負荷，不允許過負荷運行，這時再去查找起始過負荷時間、可持續時間，如要緊急按事故限電序位表拉電，還要查看相關拉電線路的負荷數，并進行總加計算，延誤事故處理的時間。在挑選拉電線路時如選擇不合理，容易發生多限電或少限電的情況，造成更大范圍的停電損失或設備損壞。

對220 kV主變進行N-1狀態分析，具體分為4類，1類滿足N-1，2類不滿足N-1，過流倍數為1～1.3，3類過流倍數為1.3～1.5，4類為超1.5倍。根據各主變的允許過流倍數及對應的允許過流時間給出策略。

對各220 kV變電站主變進行N－1分析，根據分析結果，若超1～1.3倍，黃色閃爍，1.3～1.5倍粉色閃爍，同時顯示各主變的220 kV斷路器狀態、主變負荷及容量。當N-1真實發生后能追憶記錄N-1前的起始負荷倍數，并根據《湖州電力局220 kV變壓器輸送限額》顯示N-1后可持續時間，可持續時間能自動倒計時顯示。

在事故限電序位表中勾選相關的線路可以總加限電功率數，避免多限電或少限電，通過計算快速地提供總的限電功率數給調度員，輔助調度員緊急處理此類故障。發生主變N-1時，在保證電網穩定及避免運行設備不過載的前提下，最大程度地實現限電精細化，避免不必要的停電損失。主變運行監控界面見圖4。

4 穩定限額模塊

湖州電網運行方式、安全穩定控制限額變動頻繁，對電網非正常運行方式的監控和風險預警，有必要加強不同的檢修運行方式對應不同的控制策略及不同的限額，現在需通過人工監控系統增減，缺少靈活性及自主性，不能及時添加或更新監控限額。

通過建立安全穩定限額模塊，讀取海迅數據庫中的相關數據，使用VB編程實現穩定限額監視內容及算法的自由設置。該模塊（見圖5）通過“控制設置”按鈕設置當前電網方式下的安全穩定控制策略，并進行實時監控，為電網特殊方式提供穩定預警。

在控制設置中可以方便的手動設置不同線路及主變的組合，設定控制限額，在事故發生后也能及時快速進行安全穩定限額的監視。

5 220 kV變電站無功電壓監控、統計模塊

當前EMS與OPEN3000系統中只具有對變電站無功、功率因數的單一監控功能，在告警、決策功能方面存在不足，同時AVC（自動電壓控制系統）在控制策略上也存在缺陷，造成部分220 kV變電站功率因數考核點不合格。

圖3 地區主網架的界面

圖4 主變運行監控界面

圖5 穩定限額設置界面

所以需要為當值調度員提供針對220 kV變電站無功、電壓的監控模塊，當功率因數考核不合格時能準確給出告警信息，提醒調度員及時采取應對措施，保證功率因數、電壓恢復至合格范圍內，同時要求實現電容器投切次數顯示及長時間功率因數異常的短信報警功能。模塊有無功與功率因數監視、告警判斷、電容器動作次數顯示、越限持續時間和合格率統計、語音告警、短信發送提醒、歷史告警記錄查詢、統計報表查詢、浮動曲線圖顯示等多種功能。

其中電容器動作次數能顯示電容器1 d的動作次數，達到設定的最大次數時AVC閉鎖，提醒調控員需加強監控，手動調整。發短信功能能自動將定制的告警信息發送至選中人員，在有特殊需要時也可以采用手動發送，將人工編制的短信內容發送給選中人員。

6 結語

基于海迅數據庫的電網運行狀態監控、分析及預警系統已應用于湖州調度的日常監控工作中，調度工作實現了智能化和便捷化，同時對保證湖州電網安全穩定運行起到了積極作用。

目前系統主接線圖、主變、電容器、線路限額等信息仍需要運行人員根據接線變動情況進行及時維護，初期有一定的維護工作量。今后如能直接通過OPEN3000的Web服務器讀取電網主接線圖、主變參數等信息，將會進一步減少日常維護工作量。

[1]史興華.供電企業實時/歷史數據庫PI典型應用案例[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]林卓然.VB程序設計[M].北京：清華大學出版社，2009.