基于拓撲圖形分析的調(diào)度運行方式管理系統(tǒng)分析

王瑞欣，高澤明，蔚麗峰，高圣源

( 河北電力調(diào)度控制中心，石家莊050021)

目前，河北電力調(diào)度控制中心(簡稱“河北省調(diào)”)針對方式專業(yè)的系統(tǒng)建設(shè)比較松散，有些系統(tǒng)是多年前開發(fā)，無法進行維護，各個地區(qū)的數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)匯總，各種分析統(tǒng)計還停留在人工整理階段，無法適應(yīng)現(xiàn)在調(diào)度運行方式專業(yè)工作量成倍劇增的形勢；與新設(shè)備投運業(yè)務(wù)流程相關(guān)的大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如設(shè)備參數(shù)、變電站一次接線圖等信息則分散在各個環(huán)節(jié)，沒有存入數(shù)據(jù)庫中，不能為其他專業(yè)或者系統(tǒng)所直接使用，未能實現(xiàn)信息的充分共享與應(yīng)用。 目前河北省調(diào)在調(diào)度運行方式管理系統(tǒng)建設(shè)、調(diào)度運行方式專業(yè)工作的管理工作中普遍存在如下問題：無省地一體化的調(diào)度運行方式專業(yè)標準化管理系統(tǒng)，方式專業(yè)業(yè)務(wù)流程與信息數(shù)據(jù)脫節(jié)，不能依托業(yè)務(wù)流程進行調(diào)度信息的梳理和優(yōu)化；沒有適用于方式專業(yè)的電力一次接線圖繪圖工具軟件。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標

為了解決調(diào)度運行方式管理工作中出現(xiàn)的上述問題，提出了基于拓撲圖形分析的調(diào)度運行方式管理的方法，應(yīng)用電網(wǎng)拓撲圖形分析平臺[1-2]，為新設(shè)備啟動、設(shè)備參數(shù)管理、年度運行方式管理、無功電壓管理等信息業(yè)務(wù)提供電網(wǎng)設(shè)備圖形和網(wǎng)絡(luò)拓撲分析，并依據(jù)業(yè)務(wù)流程之間的實際關(guān)聯(lián)進行調(diào)度業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)和流程對接。系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下目標。

a. 為調(diào)度運行方式專業(yè)提供一套專業(yè)的適用于本部門的電力系統(tǒng)專用繪圖工具。

b. 設(shè)備參數(shù)與系統(tǒng)一次接線圖相結(jié)合。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的各類設(shè)備參數(shù)要與一次接線圖中圖元相結(jié)合，使得工作人員能夠方便的按照拓撲關(guān)系對設(shè)備進行查詢統(tǒng)計，以圖形的方式實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的圖形數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的綜合管理。

c. 新設(shè)備啟動管理與系統(tǒng)一次接線圖相結(jié)合。新設(shè)備投運前，可以借助圖形平臺繪制其一次接線圖，通過仿真模擬操作，系統(tǒng)自動對其接線方式進行安全校核，以保證接線圖繪制的合理性。

d. 通過優(yōu)化、完善和擴充系統(tǒng)的軟硬件，最終形成一個省地一體的調(diào)度運行方式專業(yè)業(yè)務(wù)管控、信息交換和資源共享的公用系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)中預(yù)留接口與其他系統(tǒng)進行對接，系統(tǒng)內(nèi)各個模塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互與信息共享。

2 系統(tǒng)設(shè)計方案

系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖1所示。

2.1 拓撲圖形分析平臺構(gòu)建

搭建的拓撲圖形分析平臺不僅僅是系統(tǒng)功能的一部分，而是系統(tǒng)核心，許多具體應(yīng)用都要依據(jù)此平臺來設(shè)計。這就要求該拓撲圖形平臺具有良好的穩(wěn)定性、可擴展性以及強大的功能支撐。圖形拓撲平臺構(gòu)建步驟為：采用多斷面原理[3]搭建電網(wǎng)圖形拓撲平臺。電網(wǎng)實時運行方式可以用不同的斷面來表示。在數(shù)據(jù)庫中建表，表中記錄了電網(wǎng)圖形的斷面信息，主要包括接線圖、圖層、設(shè)備元件、拓撲關(guān)系、設(shè)備參數(shù)及狀態(tài)等。每一個斷面都對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中一系列的表，這些表通過斷面號聯(lián)系起來。平臺中顯示圖形時，根據(jù)斷面號找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，進而導(dǎo)入相應(yīng)數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)示意

該系統(tǒng)中的拓撲圖形平臺依據(jù)IEC 61970規(guī)約構(gòu)建，可與電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)[4](Energy Management System ,EMS)無縫對接。圖形平臺中使用的一次接線圖由EMS中導(dǎo)出，以CIME和g文件作為數(shù)據(jù)載體，從CIME文件中獲取電網(wǎng)的拓撲連接關(guān)系、廠站關(guān)系及設(shè)備測量數(shù)據(jù)，從g文件中獲取設(shè)備電壓顏色、不同狀態(tài)下的特征、文字信息以及圖間跳轉(zhuǎn)關(guān)系，通過對CIME文件和g文件的解析，形成一次接線圖模型，將其導(dǎo)入到系統(tǒng)圖形平臺中。系統(tǒng)定時從EMS中獲取電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)及實時測量數(shù)據(jù)，以保證圖形平臺中能夠動態(tài)顯示設(shè)備的狀態(tài)及其實時數(shù)據(jù)。

圖形平臺集合了AutoCAD和Visio等繪圖軟件的優(yōu)點，支持超大圖形的繪制及建模，單圖繪制元件可支持超過10萬個，從而滿足了復(fù)雜接線對圖形平臺性能的要求。

圖形平臺實現(xiàn)了對改圖流程的控制管理。用戶對圖形的修改，都是在自己斷面上進行，這樣可以避免修改中的圖形對其他用戶造成影響。修改完畢，可以將修改的內(nèi)容提交給其他人審核。審核無誤之后，修改內(nèi)容合并到實時斷面，供其他用戶使用。該圖形平臺對圖形的控制達到了元件級，可以對比分析出某個斷面對斷面進行的元件添加、刪除、修改屬性、移動位置等所有操作，從而能夠支持多人對同一張圖的同時修改、分別發(fā)布，從而提高了改圖方面的效率。

在圖形平臺中繪制的圖形實時自動保存，無需擔(dān)心因意外事件導(dǎo)致圖形數(shù)據(jù)丟失。

2.2 圖形平臺與專業(yè)流程對接

該系統(tǒng)中，圖形平臺與新設(shè)備投運、年度運行方式、設(shè)備參數(shù)管理等專業(yè)流程對接時，采用基于組件對象模型(Component Object Model，COM)的Active X控件[5-6]技術(shù)將圖形應(yīng)用嵌入到其他專業(yè)流程中。圖形平臺與專業(yè)流程對接方案見圖2。COM是一種二進制和網(wǎng)絡(luò)標準，允許任意2個組件互相通信。Active X控件技術(shù)遵循COM規(guī)程，將圖形應(yīng)用通過編程工具自帶的Tlibmp.exe工具封裝成程序集中的元數(shù)據(jù)，運行時通過運行庫可調(diào)用包裝(Runtime Callable Wrapper，RCW)隨時處于激活狀態(tài)以處理請求信息。當(dāng)其他流程中需要調(diào)用圖形時，即可激活圖形應(yīng)用控件，使得其他專業(yè)流程中也可以應(yīng)用圖形功能。

圖2 圖形平臺與專業(yè)流程對接方案

在新設(shè)備啟動流程中嵌入圖形應(yīng)用控件，新設(shè)備啟動前，可以借助圖形平臺繪制電網(wǎng)一次接線圖，通過仿真模擬操作，系統(tǒng)自動對其接線方式進行安全校核，輔助用戶對圖形進行修改。在圖形發(fā)布前，新繪制的新投設(shè)備接線圖，不會對正在運行接線圖的運行方式造成任何影響；圖形發(fā)布之后，會與系統(tǒng)實時斷面合并，正式投入使用。

2.3 設(shè)備參數(shù)管理與年度運行方式管理對接設(shè)計

設(shè)備參數(shù)庫中保存著大量的通過設(shè)備參數(shù)管理模塊錄入的設(shè)備信息，系統(tǒng)會通過統(tǒng)一的參數(shù)管理庫，將年度運行方式所需要的設(shè)備參數(shù)以及設(shè)備明細以方式附表的格式導(dǎo)出。

2.4 設(shè)備參數(shù)管理與短路容量管理對接設(shè)計

在短路容量管理中，需要通過額定短路容量、實際短路容量等設(shè)備參數(shù)來計算電網(wǎng)母線最大短路水平。這些設(shè)備參數(shù)不需要在系統(tǒng)中重新輸入，系統(tǒng)會自動從設(shè)備參數(shù)管理模塊中獲取所需參數(shù)。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)包括新設(shè)備啟動管理、參數(shù)管理、年度運行方式管理、電網(wǎng)圖庫管理、短路容量管理等功能。通過規(guī)范運行方式專業(yè)各功能模塊，實現(xiàn)運行方式專業(yè)管理標準化。

3.1 電網(wǎng)圖庫管理

系統(tǒng)通過開發(fā)專業(yè)的電力系統(tǒng)繪圖工具軟件，對變電站一次接線圖，特別是處于可研初設(shè)及投運前的變電站一次接線圖進行一次接線圖繪制，實現(xiàn)了對110 kV及以上變電站主接線圖電網(wǎng)地理接線圖的繪制制作、審核批準、歸檔整理、WEB發(fā)布和查閱統(tǒng)計的功能。

3.2 新設(shè)備啟動管理

新設(shè)備啟動管理包括新設(shè)備啟動申請以及新設(shè)備啟動方案等資料的管理，制定管理流程，具備完善的統(tǒng)計、審計、監(jiān)督考核功能。包括：新設(shè)備投產(chǎn)前，錄入設(shè)備技術(shù)參數(shù)、圖紙等資料；新設(shè)備命名，明確調(diào)度關(guān)系；制定有關(guān)的安全自動裝置整定方案；擬定新設(shè)備啟動方案；審定方案；下達和執(zhí)行方案；執(zhí)行完成，總結(jié)整理；資料歸檔。

3.3 參數(shù)管理

維護電網(wǎng)設(shè)備的模型和參數(shù)，確保電網(wǎng)參數(shù)的唯一性。參數(shù)管理與電網(wǎng)圖形資料相結(jié)合，形成統(tǒng)一的展示界面。

3.4 年度運行方式管理

年度方式以及2～3年滾動方式報告的編寫，是方式專業(yè)重要核心工作，通過管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)年度調(diào)度運行方式的編制管理，包括任務(wù)分配、編寫模板統(tǒng)一維護，上傳文檔后，自動生成方式報告，待各章節(jié)修訂完善后，由系統(tǒng)統(tǒng)一導(dǎo)出規(guī)定格式的年度調(diào)度運行方式報告。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)在國網(wǎng)河北省電力公司及所轄地區(qū)供電公司安裝部署，圖3為系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖3 系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在新設(shè)備啟動管理中嵌入拓撲圖形平臺，如圖4所示，用以在資料收集階段繪制電網(wǎng)一次接線圖。在平臺中可以通過拖動右側(cè)設(shè)備來創(chuàng)建新的接線圖，也可以在已有一次接線圖上進行修改，系統(tǒng)自動對繪制的接線圖進行聯(lián)通性分析。接線圖繪制完成并提交后，系統(tǒng)自動將接線圖保存到新設(shè)備投運措施中。如圖5所示。這樣既節(jié)省了繪制圖形的時間，也保證了其正確性。

圖4 拓撲圖形平臺

圖5 系統(tǒng)中的電網(wǎng)一次接線圖

在拓撲圖形平臺上可以對選中的設(shè)備錄入或維護設(shè)備參數(shù)，也可以在空白區(qū)域新建設(shè)備參數(shù)。新建的設(shè)備參數(shù)自動保存在設(shè)備參數(shù)庫中。

經(jīng)過半年的系統(tǒng)試用，將新設(shè)備啟動管理與圖形平臺相結(jié)合，可以便捷地繪制電網(wǎng)一次接線圖，使得運行方式更加合理，避免了一次接線圖的反復(fù)修改；在圖形上可以直接錄入設(shè)備參數(shù)。新設(shè)備啟動時，可以直接由圖形平臺中導(dǎo)入繪制的一次接線圖及設(shè)備參數(shù)，加快了投運速度。

5 結(jié)束語

以電網(wǎng)一次接線圖為工作平臺，以流程為業(yè)務(wù)紐帶，以電網(wǎng)拓撲為應(yīng)用支撐的調(diào)度內(nèi)控業(yè)務(wù)開發(fā)模式，超越傳統(tǒng)的表格式數(shù)據(jù)管理設(shè)計模式，將電網(wǎng)圖形和網(wǎng)絡(luò)拓撲引入管理系統(tǒng)設(shè)計中，開發(fā)了基于圖形拓撲的眾多業(yè)務(wù)應(yīng)用，如基于圖形的新設(shè)備啟動管理、年度運行方式管理等，將工作流、信息流進行有效集成和優(yōu)化，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)、各

專業(yè)之間信息的互聯(lián)互通，消除調(diào)度中心內(nèi)部的“信息孤島“，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部以及與其他系統(tǒng)的信息共享和信息交互，大大的提高了工作效率，為電網(wǎng)運行提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。

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