基于調控一體化的智能電網運行管理技術探析

魏華躍

（國網北京市電力公司，北京 100031）

0 引 言

智能化、自動化及集約化是電網發展的必然趨勢。不斷發展的電網智能控制技術對電網系統和電網控制模式提出了更高要求。因此，需要進行大刀闊斧的改革，實現電網運行管理的智能化、自動化及集約化[1]。本文結合我國電網調度、變電及配網的管理實踐，針對調控一體化運行管理模式實施過程中需要用到的技術展開探討。

1 調控一體化技術支持體系

調控一體化運行管理的技術基礎是計算機技術和通信技術。調控一體化技術的應用使調度運行管理人員可以通過計算機遠程監控管理電力設備的運行狀態，在線實時監測電力系統的相關運行參數，從而作出及時有效的調控運行管理。目前，電網企業主要使用南瑞的D5000智能電網調度控制自動化系統。該系統具備更好的可靠性和安全性，而當前廣泛應用的無人值班變電站也要求電網具備更高的安全性和可靠性[2]。

1.1 D5000系統的硬件結構

關于硬件層面，D5000調度自動化系統分為三級安全區，其中主系統（EMS）在一區，DTS子系統在二區，EMS系統與DTS子系統之間用防火墻隔離；web服務器在三區，通過物理隔離與EMS系統區分開。D5000及其子系統的硬件結構具體如下。

（1）局域網子系統

D5000系統的局域網子系統結構采用冗余雙交換結構。該結構具有以下3個特點。①不管哪個網絡點出現通信錯誤，都不會影響大范圍的網絡系統，還可以進行高效的硬件更新，并可以隨時更換設備[3]。②可避免同時安裝多臺交換機，降低了運行成本，同時可以提升主交換機的可靠性和利用率。③有充足的擴展空間。

（2）應用服務器

為了高效傳輸SCADA和PAD等應用程序的數據，通常需要為這些應用程序各配置一對UNIX服務器。

（3）工作站

工作站的配置直接影響系統的整體穩定性，通常使用穩定性最好的UNIX工作站。

（4）數據采集與通信子系統

實時采集和傳輸數據是電網運行管理工作中的重要環節，數據采集與通信子系統是實現電網調控一體化的關鍵程序。該系統主要包括路由器、數據采集通信服務器及串行通信設備等構成，通常為其配備至少兩臺UNIX服務器，相互備用。

（5）DTS子系統

DTS子系統可以按照實際需要靈活選擇服務器和工作站硬件，但DTS子系統應該和主系統隔離，以防誤操作對系統產生負面影響。

1.2 D5000系統軟件結構

D5000系統本質上是SCADA系統的擴展，其主要特征是可以進行數據采集和監控，從而輔助電網調控中心工作。D5000系統主要包括硬件層、操作系統層、支撐平臺層及應用平臺層。其中支撐平臺層最為核心，其功能包括運行數據采集分析和運行監控管理。運行數據包括遙信量、遙測量及電量。遙信量是指對可遠程調控的設備進行遠程調控的顯示數值；遙測量是指對遠程設備進行在線遠程監測顯示的數據，如遠程設備的電壓和電流等參數；電量即電網運行產生的全部數值。

1.3 D5000系統功能介紹

（1）SCADA數據采集與監視控制系統

SCADA數據采集與監視控制系統是D5000的主要應用，用于接收FES系統發送的數據，以便實時監控處理數據，并為其他應用提供數據服務。

（2）自動發電控制軟件AGC

AGC自動發電控制軟件主要運用了發電機控制技術、數據采集技術及通信技術，屬于一種綜合性高層控制技術，該軟件通過遠程控制輸入/輸出，分析數據實現電網遙控。

（3）高級應用軟件

該軟件分為研究態和實時態兩種運行方式。調度員潮流和狀態估計等屬于實時態應用，該狀態下應用程序通過實時參數分析計算電網的運行情況，為研究態應用程序進行研究提供有價值的數據。

2 變電站的綜合自動化設計

2.1 變電站綜合自動化系統設計原則

變電站的綜合自動化系統設計過程中，應該遵循以下4個原則。

（1）不斷提升變電站的運行穩定性，降低變電站的綜合自動化系統的維護難度，減少維護人員的工作量。

（2）盡量減少二次設備的連接，減少電纜的使用量。

（3）精簡變電站配置，共享設備資源，有效降低設備重復配置，節約成本，提高運行效率。

（4）嚴格按照國家、行業相關標準設計變電站自動化系統。

2.2 自動化變電站結構功能分析

自動化變電站的功能包括自動監控關鍵設備、線路的運行狀態和調度通信等，具體主要包括以下功能。

第一，數據采集。例如，母線的電壓、電流及功率、饋線的電流、電壓及功率、油溫與環境溫度等的采集。

第二，微機保護。采集斷路器、隔離開關、變壓器分接頭及變電站一次設備告警等安全保護數據。保護電力線路和電氣設備，通過設置安全保護裝置實現記錄故障數據和儲存、修改多個固定參數等功能。

第三，控制和操作閉鎖。通過遠程方式遠程控制變電站的開關、斷路器及分接頭等電氣設備。操作閉鎖是指實現斷路器和刀閘的操作閉鎖，操作出口可以同時做到操作閉鎖和跳合閉鎖。

第四，事件記錄與故障錄波測距。事件記錄包括保護動作順序記錄和開關合閘、跳閘記錄。故障錄波是通過故障錄波裝置記錄故障前后電氣量變化情況及測距計算，再將結果傳送給監控系統分析。

第五，電壓和無功的就地控制。實踐中，通常通過調節投切電容器組、電抗器組及變壓器分接頭等方式實現。

第六，數據處理系統自診斷。系統內各插件應具有自診斷功能，并定期將診斷數據輸送到操控中心。

第七，與遠方控制中心的通信。包括遠程修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等，可以和不同調度中心進行多種形式的通信，且各通信接口都是獨立的。

第八，同期檢測和同期合閘。該功能有自動/手動兩種實現方式，可選擇單獨的同期設備實現同期檢測和同期合閘，也可通過微機保護軟件實現同期檢測和同期合閘。

3 基于調控一體化的電網實時監控與智能報警

基于調控一體化的電網調控中心主站平臺的硬件配置主要包括數據采集服務器、交換機、歷史服務器、終端服務器、監控與調度工作臺及SCADA服務器等。

3.1 電網運行實時監控

SCADA是EMS系統的關鍵部分，SCADAD的軟件模塊可分成數據采集和數據處理兩部分。數據采集模塊是EMS系統與電力系統連接點，其通過和遠程通信專線、數據網絡實時采集電網運行數據，并傳送至應用程序，按照應用程序發出的指令調控遠方站。作為關鍵的數據源，數據采集子系統必須具備良好的可靠性和信息處理能力。因此，必須統一設計各種電網應用，以確保數據采集的順利進行。電網實時監控包括穩態監控、動態監視及在線監視三種形式。其中，穩態監控直接影響技術人員對電網運行狀態的判斷，穩態監控需支持斷路器和隔離開關等設備的遠程控制，以實現電網運行過程中的遙控；動態監視是穩態監控的有力補充，具有壞數據辨識、公式定義及提供計算庫的能力。此外，還應該具備母線平衡、斷面監視、量測及屏蔽等功能。

3.2 智能報警

依據SCADA采集的數據推斷可能發生故障的設備元件，完成故障定位后發送至報警系統，同時給出故障元件所在位置，為電網運行技術人員提供排除故障的依據。智能信號分析功能利用了實時的開關變位信息，根據元件、開關的相關信息正向推理，快速定位故障元件，然后再根據元件失電情況驗證其是否發生故障，幫助技術人員快速分析處理大量的報警信息，提高技術人員的故障判斷正確率，提升故障排除效率。智能報警打破了發生故障時靠運行人員匯報調度的傳統模式，可以結合保護信息給出保護設備異常警告，可以根據在線安全穩定分析給出電網運行預警，可借助水電、新能源檢測管理系統給出氣象水情告警，可依靠雷電定位系統給出雷電預警信息。

4 結 論

調控一體化管理模式打破了以往分散獨立的低效電網運行管理方式。通過電網調度、變電及配網的自動化改造實現電網運行故障的及時發現和快速處理，大大簡化了電網運行管理工作流程，提高了電網運行管理效率，推動了電網企業運行管理工作的標準化、規范化、精益化及專業化。