地區電網信息融合技術研究與應用

周寒英 張錫然 左黎斌 袁興宇 趙江梅

（1.云南電網有限責任公司電力科學研究院 云南省昆明市 650000 2.云南電網有限責任公司保山供電局 云南省保山市 678000）

近年來，不斷擴展的電網規模與業務促使電力企業不斷向信息化、智能化發展和完善，智能電網的發展和完善為電力行業帶來了新的發展機遇[1]。目前，調度自動化已經在調度作業中發揮了重要的作用，通過結合計算機技術、通信技術及自動化技術的不斷運用大大提升了電力系統運行的效率，有效滿足電網總體需求[2-4]。當前，調度自動化在技術方面取得了巨大成就，云計算、大數據、人工智能等信息與通信技術（information and communications technology，ICT） 已經給調度自動化系統更新發展帶來了新的基礎條件，實際上這些年來調度領域已經進行了大量新技術的應用設計和驗證[3]。

查閱近幾年電網智能調度建設、信息數據融合等相關文獻，文獻[5]提出新一代調度自動化標準體系:根據智能電網調度控制系統和調控云實際應用發展的需求，根據調度自動化系統的發展和實際情況，進一步重新劃分各個調度應用功能類，把它們歸類4 個系列共計20 類標準構成的調度自動化標準體系，為調度各業務信息融合提供了寶貴的標準體系可供參考。文獻[6]設計了一套基于智能電網的電力系統自動控制系統，將每個調度中心10 余套獨立的應用系統統一整合為一套平臺和4 個系列的應用系統，實現多業務的綜合可視化系統。文獻[5]提出一種基于任務劃分和蟻群算法的電網云平臺虛擬資源配置方法可以提高調度效率，均衡分配資源，較好地實現云平臺虛擬資源利用的最大化。文獻[7-8]提出了一種基于SOA的統一模型的信息融合技術，是一種統一模型的總體框架和技術實現方案，通過模型拼接和統一建模使智能電網的模型統一化，提升智能電網服務水平的方法。文獻[13]提出了一種基于Hermite 正交基前向神經網絡算法，在融合具體步驟中提高數據融合效率，對風電場功率進行了較為精準的預測。綜合上述文獻，近年來基于云大物移智的發展，在信息融合技術的探討與創新上越發層出不窮，為本文的電網調度業務信息融合及優化技術研究提供了理論基礎。然而，調研業務信息融合技術的研究有待進一步探討更多的發展新思路，如何從硬件方面實現多系統數據綜合的融合技術的相關文獻尚未發現。本文提及的多系統數據信息融合技術基于物理硬件結構的改善，從源頭上綜合各類關鍵業務的信息系統，為電網調度提供更加可靠的技術管理平臺。

1 地區電網各業務系統現狀

目前，大量綜合自動化系統遠動業務通過調度數據網[10-10]或2M 專線[11]通道上傳地區調度自動化系統，以上兩種通信方式均采用遠動傳輸規約IEC60870-5-104 規約[3]實現主廠站雙網遠動通信。其他業務主廠站系統間均采用不同的通信規約（如保護采用IEC60870-5-102、電能量采用IEC60870-5-103 規約）通過調度數據網實現傳輸。以云南電網某地調為例，目前遠動業務具備三種通信方式：101 數字通道、2M 通道及調度數據網通道，其他業務采用調度數據網分區傳輸到各自業務主站系統。主廠站間各項業務通信的典型網絡拓撲圖如圖1所示。保信、設備在線監測、故障錄波、電量、遠動、PMU 等數據通過廠站RTU 裝置采集經調度數據網劃分vlan 及網段的方式通過不同的規約傳送給各自的省、地調主站系統，由于各業務系統無統一規范，數據共享性差，系統集成性不高，導致各業務主站系統間相互毫無關聯，部分數據重復但數據無法共享。

圖1：調度主站與變電站各項業務的通信的網絡拓撲圖

毫無關聯的業務系統造成了業務系統泛濫，而不同業務系統的相關專業運維人員運維水平或力度不夠，導致各業務系統安全形勢嚴峻，實用性差，人機界面不友好等一系列問題。同時，多業務系統使用者調控員無暇顧及各業務系統實時數據，在處理故障時需人工綜合運用判斷，易于出現紕漏，且耗費時間長，不利于故障的及時處理與消除。因此，在邁向未來電網的征程中，通過不同業務系統的數據融合，可使電網在線運行方式下開展全面可靠的失穩風險排查，有利于及時發現電網安全隱患，避免電網發生連鎖故障等嚴重危害事故發生[7]。

2 地區電網全業務信息融合技術研究

針對地區電網各業務系統目前存在的以上問題，本文旨在提出一種從變電站層面通過IEC 61970 CIM 模型與IEC 61850 變電站模型映射關系整合調度關鍵應用系統到SCADA 系統的全業務信息融合方法。其具體實現方式如下:變電站層面，對二次設備終端增加主站端地址，并開通加密裝置上的主廠站業務訪問策略；調度自動化主站層面，一方面將調度主站的橫向防火墻更換為NAT 防火墻，通過該防火墻將變電站傳輸上來的數據經過NAT 轉換和更換新的業務訪問策略實現主廠站前置業務通信鏈路。另一方面配置相關業務通道及廠站設備地址，打通前置機系統與調度中心人機聯系子系統的通信鏈路。最終實現變電站保信、電量、在線監測、故錄業務實時傳送至I 區前置服務器上，經SCADA 服務器處理后在各調度員工作站中調度自動化系統中集中監視，其具體實現形式網絡拓撲如圖2所示。該全業務信息融合方法有利于統一電網物理模型，為調度監控、智能告警、調度員潮流、電網故障預警、調度全業務流程、輔助決策等提供可靠的數據來源。

圖2：調度業務電網信息融合網絡拓撲圖

3 地區電網信息融合技術應用實例及管理

以某地市供電局新建PCS9000 調度自動化系統為例，通過調度數據網及NAT 防火墻NAT 轉換，已將地區電網的遠動、電量、安穩、保信、在線監測等變電站二次設備接入PCS9000 調度自動化系統，詳見圖3所示。通過以上方式，配置變電站各業務終端的主站IP 地址為調度自動化系統前置地址，可實現變電站各應用業務的集成，達到地區電網信息融合的目的。

圖3：各應用業務的數據集成通道監視

各個應用系統的相關功能均需動態維護，為確保一致性和正確性，建立審核維護管理體系，包括4 個環節：

（1）當需變更參數時（包括新增、修改、刪除等），由系統內的相關專業運維需求人員提前準備好申請材料后，根據初步匯總和整理的申請內容提出相應申請，通過OMS系統平臺提交同一批變更申請。

（2）針對不同的處理流程（新增、修改、刪除等），對已提交的申請由同級專業審批人員完成專業評判過程，根據具體流程單獨定制設定和分析機制。

（3）接下來由同級審批人員處理完成分析后的變更內容，對已通過影響分析的申請由系統管理負責人完成系統評判過程。

（4）對通過審批的申請由系統管理員并向申請涉及的人員發送消息和郵件。系統維護管理流程如圖4所示。

圖4：系統維護管理流程圖

信息的融合必然帶來信息安全方面的考慮。如今電力企業覆蓋全國，但在安全問題建設上水平差異較大，眾多中小型電力企業的安全防護措施急需解決[8]。本次設計結合自身情況研究個體化的防護措施， 電量、保信等安全II 區的業務均通過非實時區傳輸至主站端，經防火墻NAT 轉換后融合到PCS9000 系統使用。通過以上方法防止大數據外來攻擊，滿足國家《電力二次系統安全防護規定》“安全分區，網絡專用，橫向隔離，縱向認證”十六字總體安全防護原則，滿足電力二次系統允許把高屬于低安全等級區域的業務系統的終端設備放置于高安全等級區域，由屬于高安全等級區域的人員控制和使用的要求。本文設計的應用屬于保障二次系統的安全，防范電力二次安防事件導致擴大化的電網事故事件的范疇。

4 結束語

信息融合不僅能在發生電網故障時減輕調控人員檢查各個獨立的二次系統并人工分析故障原因及快速尋求處理方法的壓力，同時能在滿足二次安防要求的情況下將電網調控人員所關心的所有信息融合在同一個系統，為智能告警提供強大的數據來源，滿足電力調度工作高效開展要求，并為其調度自動化水平的提升打下基礎。

信息融合的目的為統一電網模型，將保護整定所需的保護裝置等二次設備模型與電力調度自動化系統PAS 應用、方式BPA 計算中所需的一次設備模型有機的結合起來，為電網智能調度提供堅實的技術基礎。電力信息的融合，可以有效地提高電力系統運行過程中數據的傳輸與處理的效率，改變了以往電力體系的管控模式和管控思路，是一種全新的信息化管理理念與傳統電力業務的相融合，為實現“電力流、信息流、業務流”高度一體化融合的電網企業發展方向提供了一種全新的思路。