城市軌道交通線網共享主變電所調度機制淺析

0 引言

隨著國內城市軌道交通行業的飛速發展，各主要城市軌道交通的運營和規劃逐漸步入了線網化時代。上海[1]、廣州[2]、深圳[3]、寧波[4]、廈門[5]等地的城市軌道交通電力系統均采用統籌優化設計，設置了若干共享主變電所（又稱主變電站），1座共享主變電所可以同時為2條及以上軌道交通線路供電[6]。共享主變電所的建設運營主要采用“先建為主”的原則[6]，先建線路為后建線路預留接入條件，線路間以電話等方式協調工作。線路運營期間，該協調工作方式存在信息不對稱、權限不對等、責任劃分不清等問題，對線網運營造成不利影響，尤其是無法快速、準確地處理突發事件。本文提出一種基于城市軌道交通線網指揮中心的共享主變電所調度機制，解決傳統調度機制中后建線路與先建線路強耦合、無法有效統籌管理線網供電模式的問題，并在成都地鐵線網指揮中心得以成功應用。

1 共享主變電所的傳統協調機制

目前，城市軌道交通線網共享主變電所的協調機制主要包括以下3種傳統方案[6]：

（1）方案一 各線路獨立控制模式

共享主變電所綜合自動化系統設置多個網絡通信接口，分別與相關聯線路的電力監控系統（獨立設置或包含于綜合監控系統中，下同）建立通信；所有共享線路均可監視共享主變電所的設備狀態，并根據本線路運營需求設置控制權限及操作相關對應設備（圖1）。

圖1 共享主變電所傳統協調方案一

優點：線路建設簡單，監控數據流簡單清晰；任何一條線路電力監控系統的故障不會對其他線路造成影響。

缺點：共享主變電所的接口較多；線路間權限重疊部分的設備控制職責不清。

（2）方案二 線路間主從調度模式

共享主變電所綜合自動化系統只與先建線路的電力監控系統通信，實現對共享主變電所內所有供電設備的監控，該線路稱為該共享主變電所的“所屬線路”；其他后建線路的電力監控系統均與所屬線路的電力監控系統進行數據通信，由所屬線路向后建線路轉發主變電所內設備狀態信息，并將后建線路的控制指令下達至主變電所（圖2）。

圖2 共享主變電所傳統協調方案二

優點：共享主變電所的接口簡單；線路間權限清晰（所屬線路具有更高的權限）。

缺點：加重共享主變電所所屬線路電力監控系統的負擔，2條以上線路共享時尤為明顯。

（3）方案三 線路間界面集成模式

共享主變電所綜合自動化系統只與先建線路的電力監控系統通信，實現對主變電所內所有供電設備的監控，該線路稱為該共享主變電所的“所屬線路”；其他后建線路設置獨立的電力調度工作站，與所屬線路的電力監控系統連接，實現對主變電所供電設備的監控（圖3）。

優點：接口簡單；線路間權限清晰（所屬線路具有更高的權限）。

缺點：不利于后建線路的整體集成；后建線路對共享主變電所的監控功能過于依賴所屬線路。

圖3 共享主變電所傳統協調方案三

（4）傳統方案的缺陷分析

傳統方案中，先建線路需要為后建線路預留接入條件，后建線路需要完成與先建線路的接入，對線路的規劃、設計和實施都提出了更高的要求；線路間形成強耦合，后建線路不同程度地依賴于先建線路，不利于后建線路的整體集成及新技術的應用。

傳統方案均側重于以先建線路為主以協調共享主變電所的供電模式，而由于線路電力監控系統的信息不全面、不對稱（任何一條線路都不可能完全掌握線網整體的實時供電狀態），各線路的電力調度人員需要通過電話等方式進行相互間的協調，效率低，容易出錯，尤其是出現突發應急事件時，無法做出快速而有效的應對措施。

2 基于線網指揮中心的共享主變電所調度機制

目前，國內各主要城市已建成或正在建設城市軌道交通線網指揮中心，其主要功能之一是作為線網日常運營電力管理指揮中心和電力應急管理指揮中心，負責制定線網日常供電運行模式，并在出現突發情況時指揮供電模式的調整[7]。由此，本文提出一種基于線網指揮中心的共享主變電所調度機制。

2.1 系統架構

各線路電力監控系統與本線路的車站變電所和共享主變電所的綜合自動化系統建立通信，負責監控本線路的車站變電所和共享主變電所內供電設備；線網指揮中心與各線路電力監控系統建立通信，獲取線路所有供電設備的實時狀態，并通過各線路電力監控系統轉發對共享主變電所供電設備的控制命令，其方案如圖4所示。

圖4 基于線網指揮中心的共享主變電所協調方案

2.2 調度原則

實現線網指揮中心與各線路電力監控系統之間通信接口的功能應基于以下調度原則（針對共享主變電所）：

（1）線網指揮中心與線路電力監控系統之間具備操作互斥性，同一時刻只有兩者之一可以向共享主變電所下達控制指令。當線網指揮中心具備操作權限時，線路電力監控系統只能轉發線網指揮中心的控制指令，不得自行下達控制指令；當線路電力監控系統具備操作權限時，可以自行下達控制指令，并取消來自線網指揮中心的控制指令。

（2）線網指揮中心與線路電力監控系統之間應區分控制權限級別，線網指揮中心的權限高于線路電力監控系統的權限，即由線網指揮中心決定操作權限歸屬于線網指揮中心還是線路電力監控系統。當線路電力監控系統不具備操作權限時，只能通過電話方式請求線網指揮中心授權。特殊情況下，如線網指揮中心與線路電力監控系統通信連接中斷時，由線路電力監控系統全權接管控制操作，直到通信連接恢復。

（3）線網指揮中心和線路電力監控系統之間的通信協議，應不同于線路電力監控系統和主變電所綜合自動化系統之間的通信協議，如果相同，則線網指揮中心和線路電力監控系統之間的通信應加密，其目的是有效區分2個接口的通信內容，防止因報文錯誤傳遞而造成誤操作。

（4）線路電力監控系統應向線網指揮中心上傳共享主變電所的SOE（事件順序記錄）信息，并保證其實時性，以便于線網指揮中心掌握共享主變電所內設備的動作情況，并與線路電力監控系統上傳的設備實時狀態互相印證，發現不一致時及時進行故障排查。

2.3 方案優勢

基于線網指揮中心的共享主變電所調度機制具有以下優勢：

（1）線網指揮中心與線路電力監控系統之間為主從關系，線網指揮中心的控制權限高于線路電力監控系統，且兩者之間具有操作互斥性，解決了傳統方案一中線路間權限不清的問題。

（2）線路電力監控系統的通信接口數量恒定（共2路，1路與主變電所綜合自動化系統連接，1路與線網指揮中心連接），與共享主變電所接入的線路數量無關，解決了傳統方案二中某些線路電力監控系統通信接口數量過多的問題。

（3）后建線路電力監控系統無需監控先建線路已監控的共享主變電所，降低了線路電力監控系統的實施難度，解除了先建線路與后建線路之間的強耦合，解決了傳統方案三中后建線路過于依賴先建線路的問題。

（4）線網指揮中心除了可以獲取共享主變電所的供電設備狀態，還可以獲取車站變電所和非共享主變電所的供電設備狀態，從而推導出整個線網的實時供電拓撲關系（如圖5所示）。線網指揮中心的調度人員可以據此統籌共享主變電所的電力調度指揮，解決了傳統方案中各線路電力調度人員掌握信息不全面、不對稱的問題，可有效應對供電系統各類突發事件。

（5）線網指揮中心的調度人員可以通過線網調度指揮系統直接控制線網內共享主變電所的供電設備，不需通過電話等方式進行協調，大大提高了操作效率，有利于快速處理突發事件。

（6）基于線網指揮中心的共享主變電所調度機制兼具傳統方案的3個優點：線路電力監控系統建設簡單；監控數據流簡單清晰；共享主變電所綜合自動化系統的接口簡單。

3 應用案例

截至2017年底，成都地鐵線網已開通運營6條線路，包括1號線、2號線、3號線、4號線、7號線和10號線，共有主變電所11座。其中7號線未建設主變電所，通過共享2號線和3號線的主變電所提供電源。除7號線外的各線路均通過綜合監控系統（集成電力監控系統）實現對本線路主變電所的監控功能；7號線則通過綜合監控系統（集成電力監控系統）實現對本線路開閉所的監控功能。線網供電示意如圖5所示。

成都地鐵線網指揮中心的電力調度模塊通過與開通運營的6條線路的綜合監控系統建立通信連接，采用基于線網指揮中心的調度機制，實現了對各線路主變電所（及7號線開閉所）的統一調度指揮和控制功能。

圖5 成都地鐵線網實時供電拓撲關系

4 結語

本文對城市軌道交通共享主變電所的調度機制進行了詳細分析，指出了傳統的“先建為主”、基于線路間協調機制的缺點，提出了基于城市軌道交通線網指揮中心的共享主變電所調度機制，該方案的實際應用效果良好。

參考文獻：

[1]馬凌晨，薛輝，張明銳，等.軌道交通供電系統主變電站的資源共享[J].城市軌道交通研究，2005，8（2）：6-8.

[2]靳守杰，何志新.廣州市軌道交通線網主變電站的配置研究[J].都市快軌交通，2008，21（2）：79-82.

[3]曹海濤，郭藜蔓.深圳市軌道交通二期工程主變電所資源共享研究[J].城市軌道交通研究，2011，14（8）：96-98，108.

[4]龔曉冬.城市軌道交通主變電所資源共享問題研究[J].城市軌道交通研究，2016，19（9）：87-92.

[5]張昊然.主變電所資源共享及供電系統網絡化實例分析[J].信息系統工程，2016（2）：82-83.

[6]孔清，趙武隴.城市軌道交通線網共享主變電所調度機制研究[J].電氣化鐵道，2015，26（6）：58-60.

[7]胡春杰.簡述深圳地鐵線網指揮中心NOCC系統設計[J].城市建設理論研究（電子版），2016（13）.