新一代安控裝置集中管理系統設計及工程應用

忽浩然，沈鳳杰，湯 偉，邵 偉，劉 輝，陶賽健，陳仕鵬（.國網安徽省電力公司，安徽合肥300；.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京06）

新一代安控裝置集中管理系統設計及工程應用

忽浩然1，沈鳳杰2，湯 偉1，邵 偉2，劉 輝1，陶賽健2，陳仕鵬2
（1.國網安徽省電力公司，安徽合肥230022；2.國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京211106）

結合安控裝置集中管理系統的現狀和大電網調度控制的技術需求，分析了現有安控裝置集中管理系統存在的不足，提出了基于智能電網調度控制系統支撐平臺一體化建設新一代安控裝置集中管理系統的技術方案；設計了集采集－監視－告警－預警－輔助決策－控制功能于一體的軟件體系；提出了安控裝置采用不同規約同時與2個管理系統實現雙連接通信的工程應用方法，解決了新安控裝置集中管理系統與現役系統的過渡銜接問題；基于類定義和運行要素的層次化安控系統與控制策略模型，開發了安控策略解析服務功能，可為在線安全穩定分析等應用模塊提供策略解析服務；基于“橫向隔離”的安全防護策略，與管理信息區工作票管理系統、離線分析計算系統互聯，實現了定值單閉環管理，為輸電斷面實時限額計算、安控策略適應性校核提供數據支撐。最后介紹了系統在安徽電網的應用情況。

安控裝置；管理系統；不同規約；雙連接通信；定值單閉環管理；策略解析

0 引言

近年來，為解決電網安全穩定問題，作為保障電網安全穩定運行第二道防線的安控裝置得到了廣泛應用［1］，但一段時期內調度機構對于這些分散的安全穩定控制裝置（以下簡稱安控裝置）缺乏有效的監視管理手段，安控裝置管理的自動化和智能化水平較低［2］。為了切實發揮安控裝置對于電網安全穩定的保障作用、提升安控專業管理水平，不少調度機構相繼開展了安控裝置集中管理系統（以下簡稱安控管理系統）的研究與建設［3－7］，一定程度上滿足了調度運行人員對安控裝置的運行監視需求。

隨著電網的持續發展和計算機技術的不斷進步，安控管理系統經歷了單機模式、獨立系統模式以及與調度自動化系統一體化模式3個階段，系統的標準化程度、可靠性、可擴展性越來越高，應用功能方面更加關注安控裝置管理的自動化和智能化，也初步開展了安控數據的挖掘和應用研究［2，8－10］。自國網公司推行“大運行”體系建設以來，各網省級調度機構均已完成智能電網調度控制系統（D5000）的建設與應用，四大類應用功能日趨完善，在線安全穩定分析（DSA）等高級應用模塊基本已納入同業對標考核，安控策略適應性校核功能也納入了在線安全穩定分析模塊的技改范圍，其他類似模塊（如靜態安全分析、調度計劃校核、動態限額管理等）也迫切需要計及安控裝置的狀態信息和策略邏輯，以提高計算結果的準確性，國調將此功能正式納入智能電網調度控制系統的標準模塊［11］。由此可見，基于智能電網調度控制系統一體化建設安控管理系統是“大運行”體系建設的基本要求，且安控裝置數據具有廣闊的應用空間，有必要在安控管理系統中對安控裝置數據進行充分挖掘和應用研究。

相比之下，現有的安控管理系統還遠遠達不到大電網調度控制的技術要求。大部分系統還處于單機模式或獨立系統模式，一體化系統占比較低，系統的設計規模普遍較小，無法承載越來越多的安控裝置信息接入后的數據實時性要求，系統的運行維護也存在較多的問題，應用功能也大多僅僅局限于安控裝置監視與管理本身，缺乏對外部提供有效的數據支撐和服務支撐，難以滿足智能電網調度控制系統相關技術規范要求。這就迫切需要研究智能電網調度控制系統生產管理業務功能，加強安控管理系統與其他應用的信息交互，充分利用安控管理系統的數據召喚等功能，完善安控專業現有管理流程，從根本上提升安控專業管理的自動化和智能化水平。

1 新一代安控管理系統設計思路

完整的安控管理系統由安控管理主站、數據通道、安控裝置三部分構成［1］，系統架構如圖1所示。其中，安控管理主站安裝在調度中心側，數據通道包括電力調度數據網或2 M專用通道，安控裝置安裝在變電站或電廠內。安控管理主站與安控裝置通過數據通道進行信息交互。正如數據采集與監視控制（SCADA）系統、廣域監測系統（WAMS）一樣，在無特殊說明的情況下，安控管理系統即特指安控管理主站。

圖1 安控管理系統結構Fig.1 Structure schematic diagrams of SCMS

1.1系統總體框架

如前所述，一體化將是今后安控管理系統建設的主要模式，可以最大程度復用調度自動化系統硬件設備，還可通過其支撐平臺的統一數據接口，更容易實現電網數據資源共享，減少不同應用功能模塊間的接口開發調試，有利于系統的統一運行維護和資產管理。

本文所述新一代安控管理系統的系統總體架構在遵循統一支撐平臺一體化設計的前提下，延伸其與外部的接口服務，如圖2所示。

新一代安控管理系統整體框架設計時，應遵循以下原則：

（1）采用安全的操作系統，如Unix（aix，hpux），Linux（redhat、凝思、麒麟）等；

（2）基于國內調度自動化系統較為主流的支撐平臺一體化設計開發，如OPEN－3000，OPEN－5000，D5000，PCS－9000等，具有標準化、可擴展性高等特點；

（3）滿足省調及以上調度機構對安控裝置信息監視的需求，設計規模至少為200套；

（4）符合遠方控制的實時性要求，一般安裝在生產控制大區的控制區，即安全I區［11］；

圖2 新一代安控管理系統總體架構路Fig.2 General structure diagram of new SCMS

（5）遵循“橫向隔離、縱向認證”的安全防護策略［12－14］；

（6）推進安控裝置及安控策略建模的標準化，擴展調度自動化系統中二次設備模型范圍；

（7）注重對安控數據的挖掘和利用，開展基于安控實測數據的高級應用功能研發；

（8）加強與外部系統內應用模塊以及外部系統的信息交互。

1.2軟件體系

目前的安控管理系統軟件主要包括數據采集、監視與告警、人機界面管理工具三大類，文獻［1］較為全面地總結了安控管理系統的技術現狀和應用功能組成，本文所述的新一代安控管理系統則在現有安控管理系統常規功能的基礎上，重點對安控實測數據處理與應用方面進行了延伸與擴展，以解決安控專業管理的實際需求。主要包括：

（1）安控管理系統改造建設期間的過渡銜接。新的安控管理系統在建設和試運行期間，應不影響現役管理系統的正常運行和原有安控裝置集中監視管理業務，實現新老系統的平穩切換。

（2）為穩定斷面運行限額自動調整提供安控裝置投退狀態基礎信息。安控管理系統應具備接收安控裝置運行狀態或根據裝置主要壓板組態自動識別安控裝置運行狀態的能力，并通過支撐平臺與穩定斷面限額管理模塊進行信息交互。

（3）及時掌握當前安控系統可切量是否滿足離線制定的控制量的需求。安控管理系統應具備模擬安控裝置動作邏輯的功能，在線實時滾動匹配離線策略表，識別當前控制措施。

（4）為在線安全穩定分析等其他應用模塊提供安控策略解析服務。安控管理系統應具備通用的安控策略模型，能夠接受外部應用模塊的觸發，識別與其運行方式對應的控制策略，并分配到一次設備（如發電機組、負荷線路）。

（5）對安控裝置切負荷可能導致的電力安全事故等級風險實時預警。安控管理系統應具備在線統計安控裝置動作導致的損失負荷、用戶等信息統計，對照國務院599號令《電力安全事故應急處置和調查處理條例》及《國家電網公司安全事故調查規程》給出相應事故等級，對電網可能存在的事故等級風險進行實時預警。

（6）與信息管理區業務系統結合，滿足運行方式人員分析計算和運行管理的需求。安控管理系統應具備與信息管理區相關業務的信息交互能力，如與工作票管理系統融合，實現定值單閉環管理；與方式計算管理系統結合，為輸電斷面實時限額計算和安控策略適應性校核提供了安控數據支撐。

結合上述需求以及安控管理系統現狀，設計新一代安控管理系統軟件體系如圖3所示。

2 應用功能設計與實現方法

數據采集、運行監視、實時告警以及部分運行管理功能已經成為安控管理系統的標準功能，雖然不同廠家在實現方法存在一定的差異，但總體思路和流程是一致的。本文重點闡述根據安控專業管理新需求而設計的相關功能或工程應用方法，最大限度地為安控管理專業提供便捷的自動化服務，提高工作效率。

2.1安控策略解析服務

在電網第二道防線中，安全穩定控制裝置通過切除機組、負荷等措施保證大擾動情況下的電力系統穩定性［15］，目前國內安控系統應用最為廣泛的控制決策方式是“離線決策＋在線匹配”［16］。然而在電網運行過程中，受通道狀態、安控裝置狀態、允切／出口壓板狀態等諸多因素影響，“在線匹配”后實際可控制措施量與離線制定措施量不一定吻合。此時，安控管理系統應在發現可控量不足時發出預警，提前改變電網運行方式或調整安控裝置運行狀態；分析計算類應用應能及時校核安控系統可控制措施對于當前電網運行方式的適應性，并給出定性或定量的評估結果。為解決這一共性需求，本安控管理系統設計了安控策略解析服務，滿足各類應用對于安控實測數據、安控策略的需求。其功能結構如圖4所示。

圖3 新一代安控管理系統軟件體系Fig.3 Software system of new SCMS

圖4 安控策略解析服務功能結構Fig.4 Functional structure diagram of control strategy analysis

安控策略解析服務包括數據獲取、安控策略模型、策略解析（搜索）三部分。其中，安控策略模型是基礎，策略解析模塊是核心。

為滿足不同應用對安控策略的需求，安控策略解析服務設計了3種模式，供不同場景下應用：（1）訂閱方式，適用于安控管理系統和在線安全穩定分析等周期性應用；（2）請求響應方式，適用于調度計劃安全校核等外部事件觸發的相關應用；（3）本地調用方式，DTS和DSA研究態下直接調用封裝后的獨立程序或動態庫。

2.2不同規約的雙連接通信方法

在安控管理系統工程項目中經常遇到這樣的情形：（1）需要在保持本調度機構現役的安控管理系統正常運行的情況下，完成新安控管理系統的建設和安控裝置信息的接入調試（采用與現役系統不同的通信規約），在經過試運行后正式切換至新系統，老系統完全退出運行；（2）某些安控裝置歸屬本調度機構調管，但同時需上級調度機構許可，且在前期已通過某規約接入了上級安控管理系統，此次需同時接入本調度機構新建的安控管理系統，但采用不同的通信規約。這2種情形都要求安控裝置具備2個條件：（1）同時接入2個管理系統的能力；（2）支持2種不同的通信規約。

為此，本文提出在不改變安控裝置本體的前提下，通過加裝協議轉換設備的方式，實現了安控裝置采用不同規約同時與2個管理系統雙連接通信，基本原理如圖5所示。

圖5 協議轉換設備原理示意圖Fig.5 Principle diagram of protocol conversion equipment

通過這種方式，可以最大限度降低對現役安控管理系統的影響，從而保證新老系統的平穩過渡和順利切換。

2.3定值單閉環管理

在建設安控管理系統之前，安控裝置和調度機構管理系統沒有直接物理通道上的聯系，安控裝置定值單管理主要靠專業人員通過相應的管理流程來把關，缺乏相應的自動化手段，工作效率較低，而且容易疏漏或出錯。建設了安控管理系統后，在安控裝置和調度機構間架起了信息互通的橋梁，可以充分利用安控管理系統的信息樞紐角色，改進完善現有定值單管理流程，如圖6所示。

安控管理系統在整個流程的中樞，負責召喚裝置定值描述、運行定值，并同步至信息管理區工作票管理系統，完成裝置信息的傳遞；工作票管理系統是整個流程的核心，保留了原安控裝置定值單的下發管理流程，即定值單的生成、流轉審核、批準、下發等（這里將調度機構批準的定值單稱為基準定值單），增加了運行定值單的生成以及和基準定值單的比對流程，即接收安控管理系統召喚的裝置運行定值，按照基準定值單格式生成運行定值單，與基準定值單完成比對校驗，列出兩者不一致的定值項。

利用該定值單閉環管理流程，可以快速實現安控裝置運行定值單的線上比對校驗，及時發現現場安控裝置可能存在的定值錄入錯誤的情況，可顯著提高工作效率，減少人為因素產生的錯誤率，從而提高安控裝置的運行可靠性。

2.4與面向方式人員離線分析計算管理系統互聯

在省級以上調度機構中，除了在生產控制區（安全I區）建設面向調度人員的在線安全穩定分析應用模塊或類似的離線分析計算系統，也會在信息管理區（安全III區）建設面向方式人員的離線分析計算管理系統。如前所述，通過本文所述的安控管理系統，已為面向調度的在線安全穩定分析應用提供了安控實測數據和策略解析服務，那么也可以為面向方式人員的離線分析計算管理系統提供安控信息。

在功能設計時，為了保持2個系統的相對獨立性，系統交互接口定義在信息管理區，且通過中間文件來交互，避免直接訪問數據庫，如圖7所示。通過安控管理系統的WEB子系統定周期生成安控信息文件，供離線分析計算管理系統讀取。

系統間交互的內容主要包括：（1）為輸電斷面實時限額計算模塊提供安控裝置的實時運行狀態、通道狀態、可切量等信息，不再需要人工在系統內設置裝置狀態；（2）為安控策略適應性校核模塊提供安控系統及裝置的實時運行狀態、通道狀態、壓板狀態、可切量以及策略模型，可以在線校核離線制定的安控策略能否保證電網在當前工況下安全穩定運行，同時還可以進一步用于安控策略在線優化。

圖7 與離線分析計算管理系統數據交互Fig.7 Data interface diagram With off?line analysis computation system

3 工程應用實例

安徽電網以火電為主，水電為輔，呈北電南送格局，為了解決電網運行的安全穩定性和經濟性矛盾，安徽電網建設和配置了多個區域安全穩定控制系統，在保證電網安全穩定運行的前提下提高了電網經濟運行能力。安徽省調在2010年就啟動了安控集中管理系統的研發，2012年系統投入運行，該系統基于Windows Server 2000操作系統獨立開發建設（以下原系統、現役系統均指該獨立系統），累計接入64套安控裝置和備自投裝置，實現了對分散安控裝置的集中監視與管理的預期目標。

但隨著電網的快速建設，尤其是特高壓建設進程的推進，電網中配置的安控裝置數量越來越多，現役系統源設計規模已無法滿足更多的安控裝置信息接入，且隨著“大運行”體系建設以及D5000系統的實用化，在標準化、可擴展性、應用功能等方面也不符合智能電網調度控制系統系列標準。因此安徽電網2015年啟動了基于智能電網調度控制系統一體化安控集中管理系統的設計與開發工作，從系統架構、應用功能等提出了全新的設計思路，并提出了在新系統建設期間的過渡方案，確保在項目執行期內不影響現有的業務功能。

（1）從獨立系統升級為一體化系統，設計更合理、標準化程度更高、使用維護更簡單。如圖8所示。原系統數據庫、前置、應用、顯示終端全部集合在1臺服務器上，功能角色劃分不清晰，且缺乏支撐平臺的統一管理，沒有設計主備冗余配置，可靠性及用戶體驗較差。經本次改造后，系統基于D5000平臺一體化建設，復用其數據庫服務器及存儲設備、工作站、應用服務器以及交換機、縱向加密認證裝置、正向隔離裝置等，結構設計合理、各節點功能角色清晰，采用雙機冗余配置，提高了系統可靠性，采用平臺統一的圖形服務，人機界面更友好，使用維護方便。和整合，設計了數據采集－集中監視－實時告警－在

（2）應用功能全新設計，更貼合專業工作需求、圖像界面更友好、軟件體系更完整。如圖9所示。改造后的安控管理系統對應用功能模塊進行了重新劃分線預警－輔助決策－遠方控制（運行管理）的軟件體系，功能模塊更清晰、內容更豐富，不僅保留原系統的功能，還拓展了基于安控數據的相關高級應用功能，突破了以往管理系統的范疇。

圖8 改造前后系統結構對比Fig.8 Contrast diagram of system structure before and after transformation

圖9 應用功能模塊設計Fig.9 Application function module design

（3）合理的系統過渡切換方案，業務影響更小、系統切換快速簡單。為保證在新系統建設期間不影響現有安控監視管理業務的正常運行，系統采用在安控裝置加裝協議轉換設備的方式，將安控裝置同時接入新老安控管理系統，即保證了原系統的正常運行又滿足新系統應用功能調試對于安控實測數據的需求。如圖10所示。

圖10 雙系統過渡方案Fig.10 Dual system transition scheme

（4）安控策略自動建模，全力支撐在線安全穩定分析等應用。基于類定義和運行要素的層次化安控系統與控制策略通用描述方法，完成了安控裝置自動上送安控策略描述文件的功能改造和工程應用，可自動在安控管理系統建安控策略通用模型，并應用于在線安全穩定分析應用的安控策略校核功能模塊。

（5）對安控數據進行充分挖掘和利用，設計開發了安控當值策略控制量不足告警及基于安控措施空間的輔助決策功能、安控裝置切負荷事故等級風險在線預警功能，初步構建了一體化安控系統在線預警及決策系統框架。

（6）加強了系統與信息管理區應用系統的融合，實現了定值單閉環管理，并為面向方式人員的在線分析計算管理系統的輸電斷面實時限額計算、安控策略適應性校核模塊提供數據支撐。

系統自2015年12月投入試運行以來，已累計接入28套安控裝置，涉及肥西、安慶等區域安控系統，整體運行情況良好，基礎應用功能穩定，高級應用功能正根據安控裝置信息接入情況持續調試中，各項運行指標均達到設計標準。

4 結語

本文設計的安控管理系統，遵循標準化統一平臺一體化建設的基本原則，充分利用平臺的可擴展性優勢，實現了一體化安控管理系統應用的設計和開發。系統保留了目前安控管理系統中數據采集、集中監視和運行管理等基礎功能，重點強化了安控策略建模和對安控實測數據的應用，開發了安控策略解析服務、安控當值策略可實施性評估及控制量不足輔助決策功能、安控裝置切負荷事故等級風險在線評估功能，形成了數據采集－集中監視－實時告警－在線預警－輔助決策－遠方控制（運行管理）的軟件體系，實現了針對安控裝置監視管理的一整套解決方案。系統還加強了與外部系統的交互設計，進一步擴展安控數據的應用場景，滿足不同專業的實際應用需求。尤其是協議轉換設備的工程應用，對于其他安控管理系統的改造建設具有較好的借鑒意義。

但由于安控裝置缺乏統一標準，尤其是信息條目描述和內容尚不規范，實際工程實施過程中，在安控策略建模以及高級應用功能建設方面還需要制定相應的交互規范，以達到用管理系統來促進安控裝置標準化的目的。

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Design and Engineering Application of Centralized Management System for New Generation Security and Stability Control Devices

HU Haoran1，SHEN Fengjie2，TANG Wei1，SHAO Wei2，LIU Hui1，TAO Saijian2，CHEN Shipeng2
（1.State Grid Anhui Electric Power Company，Hefei 230022，China；2.NARI Technology Co.Ltd.，Nanjing 211106，China）

Combined with the state of security and stability control management system（SCMS）and the needs of large power grid dispatching control technology，this paper analyzes the deficiencies of existing SCMS，and proposes the technical scheme of a new integration SCMS based on smart grid dispatching control system platform.A software system contains collection?monitoring?alarm?warning?decision?control is designed.To solve the problem of transition between the new SCMS and service SCMS，the paper propose a project application method of the security and stability control device connect two SCMS with different protocols.A control strategy analysis service based on the class definition and operation factor model of hierarchical security and stability control system and control strategy is developed.It will support strategy analysis service for other application modules thus as Dynamic Security Analysis（DSA）.Based on the“horizontal isolation”safety protection strategy，SCMS establishes the connection with the work ticket management system and off?line analysis computation system in management information area，which achieves the setting value list closed loop management and support data for transmission section real time limit calculation and control strategy adaptive check.Finally，the application of the system in Anhui power grid is introduced.

security and stability control device；management system；different protocol；two connection communication；setting value list closed loop management；strategy analysis

TM734

：A

：2096－3203（2017）02－0043－08

忽浩然

忽浩然（1960—），男，安徽定遠人，高級工程師，從事電網運行分析與管理工作；

沈鳳杰（1983—），男，江蘇淮陰人，工程師，從事電力系統安全穩定分析與控制工作；

湯 偉（1978—），男，安徽巢湖人，高級工程師，從事電網運行及管理工作；

邵 偉（1981—），男，江蘇興化人，高級工程師，從事電力系統及其自動化研究工作；

劉 輝（1978—），男，四川遂寧人，高級工程師，從事電網運行及管理工作；

陶賽健（1990—），男，江蘇啟東人，助理工程師，從事電力系統安全穩定分析與控制工作；

陳仕鵬（1992—），男，廣東茂名人，助理工程師，從事電力系統安全穩定分析與控制工作。

（編輯 劉曉燕）

2017－01－19；

2017－02－24

江蘇省省級現代服務業（軟件產業）發展專項引導資金項目（電網和通信網聯合仿真平臺關鍵技術研究及產業化）；國家電網公司項目（具備態勢感知能力的在線安全穩定趨勢分析及控制技術研究）