電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

李 毅，李 磊

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司 徐州供電分公司，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

目前，我國的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分為傳輸和設(shè)備操作兩個層次。設(shè)備運行主要涉及電力傳輸和傳輸設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)實行分級網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場監(jiān)控。我國電網(wǎng)已建立了一個以信息化、自動化以及互操作性為特點的智能網(wǎng)絡(luò)。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，建立一套與現(xiàn)代電網(wǎng)特點相適應(yīng)的運行管理系統(tǒng)顯得尤為重要[1]。

1 電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

根據(jù)江蘇省電力系統(tǒng)的運行狀況和管理情況，確定電力系統(tǒng)未來將納入綜合監(jiān)控。電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的持續(xù)快速發(fā)展具有重要作用，它能有效地完善電力輸電系統(tǒng)的電力控制系統(tǒng)，保證電力系統(tǒng)的連續(xù)、安全、穩(wěn)定、可靠運行。電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)能有效地改進操作方法，實現(xiàn)省地一體化管理和電子化控制。綜合電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)出臺后，需解決的是生產(chǎn)管理體制適應(yīng)不同范圍內(nèi)不同類別變電站和運維站的需要，使之更加全面、綜合以及規(guī)范[2]。

2 電力通信網(wǎng)省地集約化組織管理模式

目前，國家電網(wǎng)公司主要有4種管制模式，分別為變電站調(diào)度運行模式、調(diào)度中央控制運行模式、調(diào)度-監(jiān)控-運維模式、調(diào)控中心-站場運維模式[3]。

2.1 變電站調(diào)度運行模式

變電站調(diào)度運行模式是傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)組織管理模式。在這種模式下，傳輸中心每小時實施一次人為監(jiān)控，調(diào)度人員監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)頻率、輸電斷面以及潮流等，并對部分系統(tǒng)進行調(diào)整。系統(tǒng)中實現(xiàn)運行參數(shù)的計算機輔助控制任務(wù)是調(diào)度員通過電話或網(wǎng)絡(luò)發(fā)出指令，指導變電站服務(wù)人員現(xiàn)場操作變電站進行維護。變電站還包含一套監(jiān)控機制，現(xiàn)場值班人員控制電網(wǎng)主要工作設(shè)備，并按照調(diào)度員的指令進行操作[4]。

采用這種模式的好處是一旦發(fā)生事故，變電站值班人員可以快速檢查和處理有缺陷的設(shè)備，并對事故做出快速反應(yīng)。然而，這種模式也有兩個缺點，一是監(jiān)控端不能直接控制電網(wǎng)的運行，系統(tǒng)的使用或維修需要現(xiàn)場人員的配合，變送器對電網(wǎng)的運行沒有控制權(quán)。二是各變電站必須保持運行人員和操作人員的服務(wù)，這消耗了一定的人力資源，影響了自動化設(shè)備和通信技術(shù)的管理效率[5]。

2.2 調(diào)度中央控制運行模式

調(diào)度中央控制運行模式如圖1所示。根據(jù)變電站的數(shù)量和地理分布，在一定范圍內(nèi)建立多個中央控制中心。一個完善中央控制中心的控制范圍內(nèi)，值班員對轄區(qū)內(nèi)的變電所設(shè)備進行遠程監(jiān)控，并定期聘請運行維護人員對變電所設(shè)備進行檢查和維護等操作。

圖1 調(diào)度中央控制運行模式示意圖

通過這種運行模式可以對現(xiàn)場多個變電站進行遠程監(jiān)控，與傳統(tǒng)模式相比，節(jié)省了人力資源。然而，中央管理人員的跨度有限，控制變電站的數(shù)量也有限。同時，當變電站發(fā)生事故時，要求中央調(diào)度中心排除人員對事故現(xiàn)場進行檢查和排除，而無法立即對事故作出反應(yīng)。

2.3 調(diào)度-監(jiān)控-運維模式

與傳統(tǒng)模式相比，采用調(diào)度-監(jiān)控-運維模式的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。如圖2所示，地區(qū)變電站管理局建立一個負責的監(jiān)控中心，遠程監(jiān)控和操作所有變電站的設(shè)備。在變電所分布方面，合理的運行半徑內(nèi)設(shè)置多個運行維護站，對特定管轄范圍內(nèi)無法進入的變電所進行檢查、維護和運行。

圖2 調(diào)度-監(jiān)控-運維模式示意圖

采用調(diào)度-監(jiān)控-運維控制模式，進一步分離變電所操作員的功能。控制中心負責對變電所進行監(jiān)控，并對運維站的變電所設(shè)備進行巡檢和維護，節(jié)省了大量的人力資源。但是，這種模式仍然是傳統(tǒng)的控制中心責任制，沒有改變前兩種運行控制模式的缺點。控制中心有多個傳輸控制命令的通信方式，雖可經(jīng)由電力通信網(wǎng)絡(luò)直接對終端進行操作，但效率仍然較低。

2.4 調(diào)控中心-站場運維模式

調(diào)控中心-站場運維模式下，在區(qū)域調(diào)控中心設(shè)置監(jiān)控中心，負責對區(qū)域內(nèi)所有不可接近的變電所進行監(jiān)控，變電所操作段執(zhí)行現(xiàn)場操作，站場運行于無人值守狀態(tài)。與傳統(tǒng)模式相比，該模式主要將由控制中心變電所控制的變電所設(shè)備監(jiān)控活動與站場運維工作相分離，變電所維護工作僅針對變電所設(shè)備進行。

這種運行管理組織方式實現(xiàn)了對控制中心設(shè)備運行狀態(tài)的控制，人為提高了電網(wǎng)的運行管理效率。為此，調(diào)度員必須精通操作現(xiàn)場設(shè)備。此外該模式下設(shè)備監(jiān)測負荷大，對電網(wǎng)運行監(jiān)測有一定影響。變電站設(shè)備的監(jiān)測、運行以及維護由輸電服務(wù)部門和變電站子部門進行，在運行和維護期間調(diào)控中心無法了解設(shè)備的運行狀況。

3 電力通信網(wǎng)省地集約化的現(xiàn)狀

3.1 區(qū)域電網(wǎng)發(fā)展不平衡，監(jiān)管模式復雜

目前，我國國家電網(wǎng)公司有4種經(jīng)營管理方式，每種經(jīng)營管理方式所需的組織結(jié)構(gòu)、管理體制、業(yè)務(wù)運營流程以及技術(shù)支持等各不相同。因此，很難建立一體化的監(jiān)控調(diào)度體系，這給電網(wǎng)的省地集約化帶來了一些困難，也使得電網(wǎng)難以實現(xiàn)有效的管理、經(jīng)濟效益以及人力資源的優(yōu)化配置[6]。

3.2 無人值守條件下人員管理混亂

與傳統(tǒng)變電站的固定成本相比，目前的控制模式可以實現(xiàn)無人值班變電站的價值，提高了人力資源的利用效率，但也突出了人員管理混亂的弊端。對于僅限于操作員范圍的中央控制模型，必須在同一區(qū)域建立多個中央控制中心。因此，每個中控中心都必須配備一定數(shù)量的值班人員，人力資源的使用效果并不明確。中央控制中心和運維站的運行存在風險，控制中心增加了新的設(shè)備控制職責，對監(jiān)控設(shè)備提出了更高的要求，同時設(shè)備的獨立操作和維護使得個人難以監(jiān)控設(shè)備的正確運行[7]。

3.3 需要增強控制中心的監(jiān)控功能

網(wǎng)絡(luò)控制中心是電網(wǎng)中的主要環(huán)節(jié)，負責電網(wǎng)的安全、高質(zhì)量、可靠、經(jīng)濟運行。傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制中心發(fā)出的指令必須由變電所維護人員遵循，控制指令必須多次傳遞，信息通信可能出現(xiàn)偏差，導致運行維護人員無法正常工作。由于設(shè)備效率低，一旦發(fā)生事故將很難迅速及時調(diào)整系統(tǒng)的運行方式，影響電網(wǎng)的可靠性，因此未來的控制中心不僅需要提高自身的決策能力，而且需要提高電力系統(tǒng)的管理能力，這也是當前大電網(wǎng)建設(shè)的客觀要求[8]。

4 電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，電力通信技術(shù)人員通常面臨設(shè)備告警處理和故障應(yīng)急通信兩個重要問題。為此，本文討論了告警綜合監(jiān)控技術(shù)與深度網(wǎng)管技術(shù)兩項關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 告警綜合監(jiān)控技術(shù)

由于電力通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)量眾多，制造商也各不相同，與電力通信故障相關(guān)的告警信息數(shù)量非常大。因此對于同一原因的告警，不同廠商的設(shè)備產(chǎn)生的告警文本差異很大，告警級別的定義也不統(tǒng)一。上述情況對加強電力通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控工作提出了嚴峻挑戰(zhàn)，為了保證區(qū)域通信網(wǎng)集中監(jiān)控的安全有效發(fā)展，開發(fā)了一種關(guān)鍵的綜合監(jiān)控技術(shù)，能夠可靠地采集運行信息，壓縮告警數(shù)目，實現(xiàn)異構(gòu)監(jiān)控[9]。

4.1.1 實時可靠地收集運行信息

實時收集作戰(zhàn)信息的可靠技術(shù)的主要優(yōu)點有以下兩點。一是直接訪問雙數(shù)據(jù)源和轉(zhuǎn)發(fā)模式。為確保可靠地實時收集區(qū)域電信網(wǎng)告警信息，中央監(jiān)控單元采用地面網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元和中央監(jiān)控單元兩種獨立的方式收集區(qū)域網(wǎng)絡(luò)運行信息，實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)管理，避免一點中斷。二是雙數(shù)據(jù)源合并后，推送告警，防止漏報。集中式媒體傳輸監(jiān)控單元和本地傳輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元通過CORBA協(xié)議從區(qū)域主網(wǎng)采集實時網(wǎng)絡(luò)信息，管理冗余網(wǎng)絡(luò)，獨立處理告警數(shù)據(jù)。本地控制室監(jiān)控單元完成告警數(shù)據(jù)處理后，將處理后的告警信息一路發(fā)送到中央監(jiān)控單元進行介質(zhì)傳輸。中央監(jiān)控單元對采集到的數(shù)據(jù)進行處理后，立即接收到告警，并與本地監(jiān)控單元發(fā)送的告警進行比較合并，共享路徑告警被發(fā)送到中間傳輸連接進行處理。

4.1.2 技術(shù)對比告警規(guī)范化

不同廠商在網(wǎng)絡(luò)管理中的告警強度標準不一致，缺少統(tǒng)一的告警銜接規(guī)則，也缺乏統(tǒng)一的告警編碼規(guī)則，同一類型的告警輸出是通過控制不同廠商的網(wǎng)絡(luò)來處理的，此外來自不同供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)控制信號的多樣性也會導致調(diào)度通信和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控出現(xiàn)問題。

異構(gòu)告警規(guī)范化技術(shù)解決了上述問題，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)的特點，分析并最小化每次告警中反映的技術(shù)問題對通信網(wǎng)絡(luò)和通信信道可靠性的影響，進而從中指定告警級別。警告已被標準化并重新定義，以形成警告處理的通用規(guī)則。通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控單元利用一個規(guī)則庫，逐一設(shè)置網(wǎng)絡(luò)控制報告的原始單個告警，輸出為標準和告警標準[10]。

4.1.3 根原因告警壓縮方法

區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)平均每天產(chǎn)生（1～2）×105個根告警，告警與時間、原因以及元素等參數(shù)有關(guān)。在故障診斷過程中，調(diào)度只需要處理根本原因觸發(fā)的告警，因為大多數(shù)其他告警是由根本原因觸發(fā)的告警（根原因告警）誘發(fā)產(chǎn)生，對于故障的診斷沒有幫助，因此不需要操作員確認。

如果告警沒有壓縮，那么大量的相關(guān)告警必然導致根告警的流動，從而可能導致監(jiān)控功能的失效。告警壓縮技術(shù)能夠?qū)崟r壓縮告警信息，自動過濾路由消息，并將其傳遞給中間件進行處理。根原因告警壓縮的步驟主要包括告警壓縮和主告警分析。主要算法的描述如下。

（1）告警壓縮。告警被壓縮到有親子關(guān)系和重復關(guān)系的程度，消除告警之間的虛假關(guān)聯(lián)。

（2）根本原因分析。對告警時間、告警目標和受影響的業(yè)務(wù)指標進行關(guān)聯(lián)和因果分析，從告警時間路徑中篩選告警源。

該算法從分析規(guī)則庫中提取預(yù)測和根本原因分析規(guī)則，可根據(jù)管理要求對規(guī)則進行持續(xù)地維護和改進。

4.2 支持集中管理的深度網(wǎng)管技術(shù)

現(xiàn)有區(qū)域通信網(wǎng)的控制系統(tǒng)按服務(wù)器位置部署，網(wǎng)管服務(wù)器一般部署在本地電信機房，使用C/S連接到服務(wù)器，按需部署客戶端。該方法的特點是網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器在本地部署，網(wǎng)絡(luò)管理客戶端可以按需部署。出于技術(shù)原因，來自不同制造商的設(shè)備通常使用OEM網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進行配置，來自同一制造商的網(wǎng)絡(luò)也使用本地定制的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在不同地區(qū)進行配置。

為了支持區(qū)域電力通信網(wǎng)總控制區(qū)的集中應(yīng)急管理和運行，需要在傳輸中間站部署區(qū)域通信網(wǎng)管理客戶端。考慮到網(wǎng)絡(luò)安全的需要，每個網(wǎng)絡(luò)管理客戶機應(yīng)該分配一個單獨的設(shè)備，不能混用。在機房安裝網(wǎng)管客戶端，操作KVM交換機，向通信控制單元發(fā)送信號，是一種可行的解決方案。然而，頻繁的KVM切換會影響控制效率，導致延時等問題。廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)依賴于省地集約化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備制造商與設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理集成。

網(wǎng)管服務(wù)器部署在全省范圍內(nèi)，實時進行主動備份和輔助備份，管理全區(qū)所有通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。根據(jù)南方電網(wǎng)二次系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)指導，區(qū)域通信網(wǎng)通過多個點進行有效連接，區(qū)域和本地連接點的網(wǎng)元構(gòu)成網(wǎng)關(guān)。基本和備份NMC部署在主部署與備份部署中，以管理單個供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而活動和備份服務(wù)器以即時備用模式運行。集中式網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器配置權(quán)限帳戶和分散域，以管理不同的操作。

按需在本地部署具有分散和域管理權(quán)限的網(wǎng)絡(luò)管理客戶端，以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的電力通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理過程。每個本地部署都至少安裝了一個NMC。正常情況下，操作者可以使用該設(shè)備獨立連接到主網(wǎng)管服務(wù)器或區(qū)域中心備機，后者使用專用的本地賬號來實現(xiàn)管理過程。

在必要時，操作者可以手動使用集中式網(wǎng)絡(luò)管理模式創(chuàng)建緊急備份。當區(qū)域中心網(wǎng)管服務(wù)器無法控制本市通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時，因任何特殊方式（如超級臺風等大規(guī)模自然災(zāi)害）造成區(qū)域和地方通信網(wǎng)絡(luò)通信和邊線中斷時，本地部署可以調(diào)用本地模式開始執(zhí)行緊急處理。此外中間數(shù)據(jù)傳輸分別連接到主網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器和備用網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器。

根據(jù)上述對省內(nèi)電力通信網(wǎng)絡(luò)管理進行了廣泛部署后，可以有效減少通信傳輸站中控制站的設(shè)置數(shù)量，同時還避免了從同一資源重建網(wǎng)管系統(tǒng)，節(jié)省了投資，減少了運維負擔。

5 結(jié) 論

本文探討了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度和變電站組織模式。深入考察現(xiàn)行4種組織管理模式，確認每種組織管理模式的優(yōu)勢，突出現(xiàn)行經(jīng)營管理模式的弱點和不足，研究了電力通信網(wǎng)省地集約化監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展。