新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現

／寧波甬城配電網建設有限公司 黃逍遙／

新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現

／寧波甬城配電網建設有限公司 黃逍遙／

隨著我國經濟的發展，社會的電力需求量日益增加，對配電網自動化提出了更高的要求。配電網自動化是電力系統發展的大勢所趨。配電網管理系統是電力系統的重要組成部分，對于配電網實現自動化運行具有至關重要的作用和意義。本文淺析了配電網自動化及其管理系統，對配電網管理系統中存在的問題進行了分析，探討了配電網管理系統的設計與實現方法，以期為我國配電網自動化及其管理系統的發展提供借鑒。

配電網；自動化；管理系統；設計

0 引言

配電網自動化及其管理系統作為配電網的重要組成部分，對于配電系統的正常運行具有至關重要的作用，能實現供電可靠性的有效提高和電能質量的顯著改善。然而，由于受多種因素的影響，諸如管理體制以及技術實現等問題，雖然我國對配電網自動化及其管理系統的資金投入較大，但是并沒有取得理想的實際效果。

1 配網自動化及其管理系統

1.1 配網自動化概述

所謂配網自動化，就是指將電力設備與多種先進技術，諸如計算機網絡技術、通訊技術、現代電子技術等相結合，增強配電網運行的可靠性，實現對配網故障的及時檢查與有效控制，實現對配網管理的加強，實現電力系統供電可靠性和穩定性的增強，避免停電事故，實現配電網工作效率和管理水平的有效提高，實現配電網服務水平的顯著改善[1]。

1.2 配網管理系統

配電網管理系統是一種綜合自動化系統，能加強對配網運行過程的有效監視，提高對配網運行的管理水平。配網管理系統，要實現自動化地管理配電網。配電網管理系統主要由以下幾個部分組成：配網的生產管理系統、配網用電的管理系統、配網管理系統、配網調度管理系統以及配網Web查詢系統。配電網自動化數據中心是配電網SCADA系統。配電網SCADA系統主要由以下部件構成：前置機服務器、調度工作站、報表工作站、GIS服務器等[2]。

2 配網管理系統問題

2.1 DA+SCADA存在局限性

SCADA系統就是數據采集與監視控制系統。DA能實現對配網中故障的自動處理。對于配電線路出現故障的路段，DA會將之隔離，并在同時間實現對沒有故障的路段的供電恢復，實現對停電時間的有效減少。DA是配網管理系統的基本功能，由于資金投資不到位，DA的覆蓋面相對較窄。在實際中，DA只能對日常調度工作中的部分內容進行有效涵蓋，缺乏顯著的投入產出比例。我國經濟發達的城市，諸如北上廣等地，平均停電時間很短，甚至沒有。接近于發達國家城市的供電水平。但從全國大多數城市和地區來看，尚且存在較大的差距。對我國配網自動化而言，DA的覆蓋范圍相對較窄，且沒有較強的互供能力，停電的持續時間較長。

2.2 地理信息系統的局限

我國的配電網具有較大的規模，且較為復雜，但是分散性較強。配網運行方式存在較大的變化。僅僅依賴經驗對配網進行管理是非常不合理的。地理信息系統，即GIS可以提供反映我國地理信息的各種模型，可以作為對配網進行管理的參考依據，以加強對配電網設計、施工、檢修等的有效管理。國內對地理信息系統在配電網管理中的應用進行了積極探索，但尚不具備理想的性能和平衡的發展狀態，缺乏具有較強參考性的實際案例，其管理方式大多依賴于圖紙類的資料。其原因在于，地理信息系統和數據采集與監視控制系統，二者還缺乏信息的順暢交流。

2.3 配網管理系統的信息孤島

配網管理系統對配網所有信息進行了全面覆蓋，諸如生產、調度、運行以及服務。不同信息的保存主要是通過不同部門的子系統。例如，數據采集與監控系統對實時信息進行保存，地理信息系統對設備信息進行保存，客戶的信息系統，即CIS負責對用戶信息的收集與儲存。由于缺乏完善的頂層系統，上述三個子系統由不同的部門統屬，這就在客觀上必然導致了信息孤島的產生。當今，配網自動化的主站系統技術相對處于屏蔽狀態，國網系的開發商處于明顯的壟斷地位，同時也缺乏較多的供應商。因此，陸續推出的子站產品只能實現部分功能，沒有一款產品能實現對GIS、SCADA、CIS以及MIS的有效集成。這種情況產生的原因在于標準的不統一，且各家公司生產出的產品無法實現良好的兼容，導致無法順利地交流和共享信息。因此，打破信息孤島尚需一個較長的過程。

3 配網管理系統的設計與實現

3.1 配網管理系統結構設計

通過對配網管理系統的分析可以看出，配網管理系統一方面是一個信息管理系統，另一方面也是一個安全可靠的開放式平臺，能有效實現對各種高級服務的應用和執行。通過配電網功能，諸如數據庫訪問權限、封裝底層通信以及應用程序接口API等，實現對各種應用程序的有效應用，以實現對各種需求的滿足。

3.2 配網管理系統的實現

（1）網絡管理子系統

公共對象請求代理體系結構技術，能有效兼容不同的網絡設備，將信息通道構筑在每臺設備上，實現對數據傳輸的有效保障。通過網絡管理子系統，上層軟件可以確保信息之間的交互，并確保NAP功能。同時，通過程序接口在網絡管理子系統的有效利用，能實現自定義程序和上層軟件之間有效的信息交互。網絡管理子系統中，數據中轉的功能由此實現。并承擔了網絡通信，利于模塊化組件對網絡管理系統的接入。[3]

（2）分布式實時數據庫

數據采集與監視控制系統主站實現了對數據進行收集處理的功能，實現了對GIS服務器、DA服務器和報表工作站、RTU服務器等的有效集成。配網管理系統要求實時性較高的數據，對數據的專業化程度要求較高，分布式實時數據庫可以有效滿足配網管理系統對數據的實時性要求。同時，配網管理系統需要對某些歷史數據進行儲存，因此，可以通過商業數據庫保存相關的歷史數據。頂層設計當中的數據中心，就是將RTDB建立在網絡管理子系統和各應用子系統之間，并通過分布式實時數據管理系統形成配網管理系統的一個數據處理子系統[4]。

（3）C++Wrapper

C++Wrapper實現了配網管理系統的移植功能，有利于其對網絡平臺或者計算機平臺的移植。將C++Wrapper添加到配網管理系統和OS之間，可以巧妙地將操作系統的差異隱藏起來。C++Wrapper具備諸多邏輯結構，例如進程管理、線程管理、網絡通信以及內存管理等。C++Wrapper不同于Java虛擬機，C++Wrapper可以實現在配網管理系統中的嵌入，進而實現配網管理系統運行效率的有效提高。在對新系統進行移植時，需要對整個系統進行重新編譯[5]。

（4）應用系統

各種高級的應用子系統，諸如報表子系統、Web子系統、圖形子系統、配電潮流、負荷預測等子系統的實現，是新一代配網管理系統的特色。本文著重對圖形子系統、Web子系統和報表子系統進行闡述。

圖形子系統是SCADA的重要組成部分，對于SCADA具有關鍵作用。圖形子系統能通過直觀的內容形式，清晰地呈現配網的運行狀態，同時，能實現各類需求之間的交互。圖形子系統應該實時地顯示電子元件的運行狀況，并將電力系統的參數變化清晰地呈現出來，呈現方式以曲線形式為主。圖形子系統有賴于對Document設計理念或者View設計理念的有效采用，對數據進行處理，并分離應用數據，顯示出圖形。以應用數據作為服務器，通過對Java Applet的使用，改造圖形顯示，以形成Web子系統，實現遠程管理[6]。

報表子系統。配網管理系統提供的制表工作類似于Excel。將圖形和表格進行結合，并通過人工置數的方式，對數據進行保存。將報表設置成相同的格式，能有效提高其在不同設備上的兼容性[7]。

新一代配網管理系統，在某種意義上以Web子系統作為標志。這就要求配網管理系統的瀏覽器能良好地實現Web瀏覽。用戶要高效利用Web瀏覽器對本地數據或者異地數據進行查閱和修改，主要以表格和曲線形式對數據信息進行顯示通過不同的顏色實現對狀態的區分。Web服務以組件技術形式建立了包括多種組件，諸如EIB組件模型，這種方式增強了配網管理系統的兼容性[8]。

3.3 無縫集成的DMS和GIS

實現SCADA系統與GIS系統的互聯是解決問題的關鍵。使實時數據在地理信息系統中實現，為GIS的分析提供數據。

某供電局配網地理信息系統和數據收集與監控系統實時數據同步，這種配網地理信息系統本身可實現對數據采集與監控系統實時數據顯示的支持。在該供電局自動化辦公網段上運行配網地理信息系統，在另一網段上運行數據采集與監控系統。要實現數據采集與監控系統的數據在地理信息系統上的顯示，可以通過雙網卡實現對兩個網段IP地址的設置。將這種設備作為SCADA的轉發服務器，利用GISSRV作為接受服務器，通過轉發程序實現兩個網段的實時數據同步。

4 結束語

配網管理系統是配電網自動化不可或缺的重要組成部分，對于增強配電網運行的安全性和穩定性，實現配電質量的改善，服務水平的提高具有至關重要的意義。新一代配電網自動化及其管理系統應以SCADA為基礎，構建分布式實時數據庫，無縫集成GIS和DMS，實現信息共享。

[1]姚建國, 周大平, 沈兵兵, 等. 新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現[J]. 電力系統自動化, 2006, 30(8):89-93.

[2]彭建軍, 張建峰, 徐明霞. 新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現[J]. 工業, 2016(8).

[3]陳明旭, 付小平, 郎晟. 新一代配電網自動化及管理系統的設計和實現[J]. 中國高新技術企業, 2017(2):39-40.

[4]杜紅衛, 高宇亮, 趙京虎,等. 新一代配電網自動化管理系統特色功能設計[C]. 電力調度及場站自動化新技術交流會, 2007.

[5]錢建苗. 新一代配電網自動化及管理系統[J]. 農村電氣化, 2016(10):50-52.

[6]王宏. 配電網自動化及管理系統的設計和實現[J]. 工程技術:全文版, 2016(5).

[7]楊關春, 彭麗. 新一代配電網自動化系統方案的研究[J]. 國網技術學院學報, 2013, 16(2):23-25.

[8]張志浩. 智能配電網自動化遠方終端FTU設計與實現[D]. 濟南：山東大學, 2016.