調度自動化系統黑啟動方案研究及系統試驗

劉昌新，李銘心，李瑩平

(呼和浩特供電局，內蒙古 呼和浩特 010050)

電網調度自動化系統是調度員感知電網狀態的耳目，隨著電力網架不斷的復雜化，調度自動化系統的作用不斷提升，目前的調度工作對于調度自動化系統的依賴程度越來越高，隨著智能調度控制系統的推出，調度工作已經逐步提升到運行駕駛的概念，即調度員對于電網的運行把控像駕駛一輛汽車一樣無須時刻關注其內部的運行原理和狀況，只需指明系統運行方向，具體控制實施等由系統的自動裝置、遠控裝置等來實現。另外，各個城市的配電自動化系統開始在各調控中心上線運行，國內絕大部分配電自動化系統采用集中控制模式，即將所有終端信息采集到調度主站統一計算處理，終端采集信息包括配電網各節點電流、電壓、開關位置、刀閘位置、保護動作等信息，調度主站具備了網架結構信息，從而實時計算出網絡拓撲信息，供調度員判斷電網狀況。傳統的配電網調度當出現網絡故障時保護動作跳開線路開關，由調度員根據保護動作、電話報告等信息判斷配網故障位置，而后斷開故障附近開關以隔離故障，最后合上線路開關將非故障區域恢復送點。配電自動化系統采用故障自愈功能(FA)由系統自動實現調度員的以上操作，從而大大縮短了用戶的停電時間，目前國內最好的集中式配電自動化系統已經可以做到99.999%的供電可靠性，即每年停電不超過兩分鐘。這些功能的實現都有賴于調度自動化系統的不間斷運行。

目前，國內調度自動化系統處于世界領先水平，包括CC2000A、OPEN3000、D5000等，各調度部門所配套模塊和輔助系統不盡相同，SCADA系統的全停概率較低，故業界并沒有成形的系統黑啟動方案標準，但當系統發生事故全停，調度員即刻處于盲調的狀態，如何盡快恢復調度員的監控成為自動化業界面臨的難題。近年來，調度工作對調度自動化各系統的依賴迅速增強，調度自動化各系統的不間斷運行要求可靠性極高的大功率UPS系統(10kVA以上)，早先的調度自動化系統設計大多采用進口設備作為自動化系統的不間斷電源，因而價格昂貴。20世紀90年代以來，一些國產的UPS品牌憑借在技術上的不斷追求與本土化的生產服務優勢，取得了一些突破性進展，另一方面，電力行業作為國家安全的基礎服務設施，對于設備本土化生產的要求也不容小覷，若調度自動化各系統有一套好的黑啟動方案，能夠在系統掉電后迅速啟動恢復功能，使對調度員的工作影響程度降低到最輕，則對UPS系統的可靠性要求可以稍稍降低，從而可以選擇一些優秀的國產品牌，這對于電力企業降低對外依存度和企業生產成本都具有重要的意義。

1 設計開發

1.1 設計背景

呼和浩特調度自動化系統包括主網CC2000A系統以及配電自動化D5000系統，整個系統全部采用國產硬件設備，主網系統由23臺服務器、28臺工作站及12臺網絡設備等組成，服務器操作系統采用的是開源系統RHEL 6.2，配網系統包括23臺服務器和10臺工作站，磁盤陣列2臺，各類交換機20臺，2臺防火墻和2套防病毒系統。配套系統包括調度數據網絡系統、電能量計量系統、獨立防誤操作系統、機房環境動力監測系統、調度大屏幕顯示系統、KVM系統、UPS系統、恒溫恒濕空調系統、新風注入系統、火災報警系統、七氟丙烷自動滅火系統、蓄電池組等。

1.2 硬件模塊分析

硬件方面啟動的主要步驟需要滿足條件：①磁盤陣列提供數據庫基礎服務，需要在連接它的歷史服務器連接服務之前啟動；②歷史服務器提供數據查詢和各數據表的下裝服務，需要在實時數據服務器服務啟動之前啟動；③實時數據采集與處理服務器為前置數據采集服務器和高級應用服務器提供實時數據查詢服務，需要在前置數據采集服務器和高級應用服務器申請服務之前啟動；④前置數據采集服務器提供與各廠站通信采集數據服務，向實時數據采集服務器提供電網運行實時數據，需要在實時數據采集服務器申請服務之前啟動服務；⑤調度和監控各工作站訪問實時數據需要實時數據采集與處理服務器提供實時數據發布服務，在實時數據采集與處理服務器服務啟動后才能啟動各工作站；⑥所有服務器、工作站需要在操作系統完全啟動后才能啟動各服務和用戶進程；⑦防火墻、隔離裝置、入侵檢測、安全審計、縱向加密、防病毒系統等安全裝置需要在各服務器啟動之前開始安全防護功能；⑧核心交換機、路由器、調度數據網絡系統等網絡設施需要在各服務器、工作站啟動之前啟動完成，否則將影響服務器、工作站的正常啟動；⑨獨立防誤操作系統應在調度自動化系統主機功能具備之前啟動完成并提供服務，以防誤控開關造成電網事故；KVM系統應在系統功能具備之前啟動完成并提供服務，確保操作的可用性；部分配套系統包括電能量計量系統、新能源信息采集系統、機房環境動力監測系統、調度大屏幕顯示系統、KVM系統、UPS系統、恒溫恒濕空調系統、新風注入系統、火災報警系統、七氟丙烷自動滅火系統等可以在得電后迅速自啟動。

1.3 軟件模塊分析

調度自動化系統需要操作系統提供種類繁多的多種服務，包括NTP、FTP、vsftpd、telnet、syslog、sshd、nfs、network等，這些服務需要在平臺各應用模塊啟動之前啟動完成，供應用模塊調用，在操作系統啟動后應將這些服務首先啟動。

通過對調度自動化主站系統CC2000A所包含SCADA功能模塊、高級應用功能模塊、綜合數據平臺模塊、調度員仿真培訓、操作票模塊以及輔助模塊各自功能和基礎性關系進行分析，測試確定各自啟動時間，其中SCADA功能模塊是各功能模塊的基礎平臺，應當在其他功能啟動之前完成啟動并提供服務；綜合數據平臺模塊是調度工作的核心模塊，在基礎平臺啟動后應優先啟動；高級應用功能模塊、調度員仿真培訓、操作票模塊在緊急情況下可以次優先啟動，以保證系統啟動的快速性。

對于實際操作人員，應正確理解電網運行穩態監控的數據結構，熟知各系統的層次關系和系統的各個應用、相關進程、系統命令，掌握電網運行穩態監控的操作，快速響應、及時解決系統出現的問題。根據基礎關系和時間最短原則設計啟動方法，并根據安全規則編制軟件啟動方案。

2 系列測試

在條件允許下進行現場測試，通過測試，調度自動化黑啟動方案將調度自動化系統主要功能黑啟動時間為9min，次要功能黑啟動時間為15min，輔助功能黑啟動時間為23min，如圖1所示。

圖1 系統測試

3 結束語

調度工作對調度自動化各系統的依賴極強，當特殊情形下UPS失電時，快速恢復調度自動化各系統的基礎功能和輔助功能有助于調度員密切監視電網運行情況，正確處理電網運行故障，保障電力供應。調度自動化各系統的不間斷運行要求可靠性極高的大功率UPS系統，進口產品能夠滿足可靠性要求，但價格昂貴，國產UPS雖可靠性稍差，但成本可控，并且沒有貿易壁壘。筆者提出的調度自動化系統黑啟動方案，能夠在系統掉電后迅速啟動恢復功能，使失電事件對調度員的工作影響程度降低到最輕，①為UPS失電提供了一個解決方案；②使系統對UPS系統的可靠性要求可以稍稍降低，從而可以選擇一些優秀的國產品牌，這對于電力企業降低對外依存度和降低企業生產成本都具有重要的意義。