電網調控一體化方案分析與設計

摘要：通過分析面向智能電網調控模式的整體設計要求，結合地區電網調控技術的發展現狀對調控一體化系統進行功能設計，從通信網絡結構、軟件平臺設計、工作環境設計三方面提出地區電網調控一體化系統的設計方案。采用KVM陣列技術對調控一體化系統的計算機進行配置，有效地提高調控計算機設備的利用率。通過電網調控一體化平臺總體設計方案的構建能夠進一步完善智能電網調控系統。

關鍵詞：智能電網；調控模式；KVM陣列技術；一體化

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0239-02

調控一體化即采取“電力系統調度、監測和控制中心+運維廠站”的管理模式。其中前者負責電力系統調度、廠站監測和控制，以及緊急情況下的遙控操作等任務；運維廠站則是對調度指令進行分配、對廠站進行倒閘和巡視等。將原來的變電監控、變電運行維護全面分離，并對監控業務與調度業務進行融合，實現電網調度與電網監控一體化管理。[1]這種新的管理模式提高了電網的故障處理效率和日常操作效率，保證了運行人員統籌調配，實現了減員增效的目的。

但是，調度和監控由原來的各自分離轉變成位于同一個物理位置區域，兩者的日常業務、自動化信號將不可避免地存在相互影響和干擾。調度員和監控員除了需監控自動化技術支撐系統外，還需操作電量采集系統、五防系統、調度錄音系統和調控大屏管理系統生產等，然而調度臺和監控臺放置的計算機有限，這對系統整體設計提出了新的要求。

一、地區電網調控一體化系統整體設計

1.地區電網調控一體化系統整體要求

地區電網調控一體化系統是未來智能電網調控模式的重要基礎，智能電網調控模式設計的總體要求可歸納為以下內容：

（1）數據傳輸網絡化：利用專門建設的調度數據專網，準確可靠地傳輸電力系統多個廠站監測、運行、控制等方面數據，為智能型電網的安全穩定運行提供可靠的數據通信保障。

（2）運行監視全景化：從時序性、空間性、任務歸屬等多方面全面地對電力系統的安全運行進行在線監測、故障告警和判斷，將電網的安全狀況、監測數據從多個層次向不同權限的運行人員進行展示，以確保能夠可靠和完整地了解電網狀況。

（3）安全評估動態化：通過穩態、暫態、動態等多方面的在線安全量化評估，以滿足電網安全運行的實時監測、緊急預警、綜合決策和全方位協調的智能化預防。[2]

（4）調度決策精細化：通過對年度運行方式、月度計劃、日前到實時調度方式的制定，以及前述任務和安全校驗等任務的實施與管理，實現調度輔助任務的精益化、智能化和運行風險的預防預控。

（5）運行控制自動化：通過本地區內的電壓無功控制、潮流控制、無功優化、低壓減載等控制措施的配合[3]，進行電網頻率、電壓、潮流的自動調整和控制，實現一體化的協調控制。

（6）機網協調最優化：滿足大規模新能源發電接入電網的需求，特別是具有間歇性和波動性的風電和光伏發電，達到常規和新能源發電機組調度協調配合的目的。

2.地區電網調控一體化系統功能設計

根據地區電網調控一體化系統，將其應用功能的服務類型概括為四大類：實時監控和告警、調度管理、調度計劃應用、安全校核。

（1）實時監測、控制和告警：可用于支持電力系統的調度任務，主要是對電力系統進行全范圍的監測，并利用先進算法評估電網的安全性，進而給出相應的動態控制措施，從時序性、空間性、任務歸屬等多方面全面地對電力系統的安全運行進行在線監測、故障告警和判斷；從多個方位對電力系統的安全運行狀況進行在線計算和閉環調控；再從概率層面計算電力系統的風險指標，從而準確和適時地給出告警信號以及預防性的調整方案，甚至在某些危險情況下還給出緊急的調控措施；實時評估電力系統的安全狀態、穩定和經濟水平。

（2）調度計劃：是調度計劃編制工作的有效保障，主要負責自動制定、分析校核考慮各種目標和約束條件的不同時間周期的調度方式和運行方案。同時，不同的調度方案還要給出可行的細節調整、最終決策接口，從而使調度方案滿足多種運行方式需求，達到在線調度、日調度、周調度、月和年度調度一體化鏈接和滾動優化目的。此外，還需將計及各種目標、約束的不同時間周期調度方案與上一級電網調度中心進行配合，并且考慮上級電網需求對電網的安全、經濟水平進行綜合評價。

（3）安全校核：服務于電網調度、操作方案安全性評估，對不同時間周期的電網調度指令、操作指令的穩定性、可行性等方面進行綜合分析并給出整改措施。采用電網功角穩定、電網穩定等計算方法，從靜態、電磁及機電暫態、動態等方面逐步進行分析，以滿足多種場景需求，進而對機組發電調度、電氣設備檢修、線路倒閘操作等進行全方位、多角度的校核，與此同時還要給出改善電力系統安全性和可靠性的可行措施。

二、地區電網調控一體化系統通信網絡設計

為了保證電力調度的可靠性和冗余性，系統服務器、前置機和路由器等不同網絡設備都須采用雙倍冗余、相互備用的設計方式，以便一臺設備發生故障時能夠可靠地切換。采用雙重網絡結構確保了數據傳輸網絡的可靠性。系統采用交換網絡技術，其網絡傳輸速率可達1000MB。兩個網絡同時工作，負載自動平衡，故障時實現自動切換，單一網絡故障不影響整個系統的正常工作。

調度電力信息傳輸網絡結構可分為調度與監視部分、調度培訓員仿真子系統部分、Web系統子系統部分、實時數據采集子系統與保信采集子系統部分、營銷部監視子系統部分、運維操作站子系統部分。調度員仿真子系統設有防火墻與調度子系統隔離，而Web子系統設有專門的認證服務器。同時實時數據采集子系統將通過電力調度數據網與上一級調控中心連接，實時數據采集子系統與保護信息采集子系統將各自使用獨立的服務器和存儲器。

三、地區電網調控一體化系統軟件設計

地區電網調控一體化自動化系統主要包括數據采集和監控、智能分析和輔助決策、遠動和實時數據及保護信息采集三大模塊，通過這三大模塊的緊密配合實現對系統安全、實時、可靠監視控制要求。為此要求系統軟件設計時充分考慮調控一體化系統各功能模塊的要求，根據現場情況確定各個模塊的關聯邏輯，以達到最優效果。

圖1顯示了該系統軟件平臺中各個模塊關系結構，可見軟件平臺邏輯層包括展示、應用、平臺、采集等層級，每個層級包含本層級的功能模塊。

采集層：完成數據采集功能，包括變電站遠動、繼電保護及自動裝置的監測數據。前者能夠在線采集各個發電廠、變電站的四遙數據，而后者則在線采集多個廠站繼電保護和自動裝置的動作、告警數據，并完成保護定值的設置與保存。

平臺層：負責建立線路、變壓器等一次設備的統一模型，形成包含電網完整信息的實時瀏覽、歷史查詢數據庫，并且對系統平臺的管理、維護、發布設置權限。

應用層：負責監控、調度等應用，同時還要對外部電網進行分析和計算，進而服務于內部電網調控決策。調度應用能夠對電網設備、運行狀態進行全景化監控，對電網的緊急故障、合環沖擊進行綜合分析，還能進行調度員的操作管理。監控應用則是完成各個變電站的監測、控制、告警、數據質量的全方位管控。此外，還有電網輔助服務應用能夠考慮外部電網進行電網緊急情況分析，給出緊急事故決策、輔助措施的選擇方案。

展示層：該層完成調控系統的可視化功能，根據需求將展示層分成調度、監控、巡視等不同權限，針對不同權限的運行人員需求，將各項數據進行組合，開發不同權限人員所需的展示界面。

四、地區電網調控一體化系統工作環境設計

1.調度及監控席位改進布置

由于調度與監控人員改變為在同一個區域工作，調度和監控席位布置的科學程度將會直接影響調控一體化工作。因此，在調度和監控席位的布置上應考慮其各自職能的特點，盡量避免相互干擾。

如圖2所示，改進前調度和監控席位的布置簡單按照職能特點分為前后兩排，但這樣布置將會造成調度和監控的相互干擾，增大了人為事故的幾率。采用“品”字型席位布置方式（圖4b）后，兩者的相互干擾有所減輕，同時監控席位還需具有按自動化信號發生概率大小分配不同監控席位的功能。

2.基于KVM陣列技術的調控計算機配置

以某日調度及監控24小時內各業務系統使用時間為例，如表1所示。可見調度及監控人員使用的各業務系統同時占用的概率并不高，若按照每個調度、監控席位都配置相應功能的計算機，將造成資源浪費。并且由于調度臺、監控臺可放置的顯示器數量有限，各調度人員和監控人員不可能按照所有業務的需要，配置獨享的功能顯示屏。

采用KVM陣列技術，把調度及監控業務所需的內網工作站、五防工作站、大屏幕工作站、模擬屏工作站、通信錄音系統工作站組合在一起，形成一個公共的整體陣列。在現場顯示器數量有限的情況下，調度席采用雙顯示屏，第1屏固定顯示EMS畫面，第2屏可人工任意切換為EMS（實現EMS雙屏）、內網工作站、五防工作站、大屏幕工作站。監控席采用三顯示屏，第1、2屏以雙屏方式固定顯示EMS畫面，第3屏可人工任意切換為內網工作站、五防工作站、大屏幕工作站。采用KVM陣列技術后，方便了調控人員多功能業務的使用，改善了各顯示屏顯示切換延遲的狀況。

五、結束語

本文通過分析智能電網調控系統的整體設計要求，從功能設計、通信網絡、軟件平臺、工作環境等方面分析永川地方電網的調控一體化總體設計方案，為實現面向智能電網的調控一體化提供可行的設計思路參考。

參考文獻：

[1]胡蓉，沈鍵，許凌.調控一體化模式下的華東電網自動電壓及自動發電控制應用[J].華東電力，2011，39（2）：245-248.

[2]黃煒，張杰明，綦孝文，等.調度集控一體化系統責任區管理和告警解決方案[J].電網技術，2007，31（S2）：264-267.

[3]黃邵遠.地縣級調度自動化一體化主站系統建設思路[J].電力系統自動化，2009，33（20）：100-103.

（責任編輯：王祝萍）