配電自動化省級管控主站建設(shè)方案與關(guān)鍵技術(shù)研究

國網(wǎng)冀北電力有限公司 武宇平 張曉華 國網(wǎng)冀北電力有限公司智能配電網(wǎng)中心 趙建軍 李 省 王 楠

北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司 姚 旭

配電網(wǎng)面臨設(shè)備總量大、量測覆蓋率不足、設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化程度低、發(fā)展不平衡不充分、可變負(fù)荷沖擊大、市場化調(diào)節(jié)手段較少、用戶需求多樣化等諸多挑戰(zhàn)。配電自動化省級管控主站建設(shè)方案研究作為中低壓配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)感知與智能控制的核心系統(tǒng)，依據(jù)配電網(wǎng)二次系統(tǒng)頂層設(shè)計方案和電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺應(yīng)用需求，通過中臺化改造，提升配電自動化數(shù)據(jù)與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合分析應(yīng)用能力，拓展配電自動化系統(tǒng)功能應(yīng)用場景，支撐配網(wǎng)同期線損管理、供電可靠性管控、新能源設(shè)備管理與配電終端即插即用等業(yè)務(wù)開展，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)工單驅(qū)動、數(shù)字化班組等重點(diǎn)任務(wù)落地實(shí)踐，賦能配網(wǎng)管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化運(yùn)營，推動能源互聯(lián)網(wǎng)在配電網(wǎng)的高速發(fā)展。

1 架構(gòu)設(shè)計

總體架構(gòu)設(shè)計。配電自動化省級管控主站處于“云管邊端”層級中的云層，其架構(gòu)充分考慮了配電網(wǎng)設(shè)備覆蓋廣、布點(diǎn)多，但同時又具有一定的匯聚性，管理上呈樹狀的特征。管控平臺采用大數(shù)據(jù)、微服務(wù)、容器管理、人工智能等技術(shù)，滿足海量末端設(shè)備即插即用、應(yīng)用快速上線、多平臺數(shù)據(jù)有效融合等業(yè)務(wù)需求，支撐電網(wǎng)中低壓統(tǒng)一模型管理、數(shù)據(jù)云同步、應(yīng)用程序（APP）管理等功能。

軟件架構(gòu)設(shè)計。平臺軟件架構(gòu)分為三層，包括IaaS 層、PaaS 層、SaaS 層。Iaas 層主要利用商用云平臺提供的虛擬化資源管理；Paas 層選擇商用云平臺提供的相關(guān)組件，便于云平臺統(tǒng)一管理，提供了傳統(tǒng)規(guī)約、物聯(lián)接入及其他采集等多種數(shù)據(jù)接入的方式，實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)接入。提供了中低壓分布式SCADA，完成中低壓數(shù)據(jù)處理，并提供歷史數(shù)據(jù)歸檔功能；Saas 可根據(jù)業(yè)務(wù)需要開展相關(guān)應(yīng)用場景搭建以及微應(yīng)用的研發(fā)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

基于物聯(lián)接入組件的數(shù)據(jù)接入技術(shù)。配電自動化省級管控主站除提供傳統(tǒng)電力規(guī)約的終端接入服務(wù)，還提供基于物聯(lián)協(xié)議的融合終端、智能配變終端的數(shù)據(jù)接入服務(wù)，未來可擴(kuò)展接入任何遵循電力物聯(lián)終端協(xié)議的任何邊緣物聯(lián)代理、邊設(shè)備及端設(shè)備。未來配變臺區(qū)數(shù)據(jù)主要通過配變?nèi)诤辖K端進(jìn)行匯聚。平臺層接入服務(wù)完成終端設(shè)備管理及臺區(qū)低壓數(shù)據(jù)的接入。中臺層完成中低壓數(shù)據(jù)融合，電網(wǎng)、設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)融合，提供中低壓貫通的分析服務(wù)；應(yīng)用層構(gòu)建“云邊協(xié)同”體系，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)中低壓的全景感知[1]。

基于云平臺的電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在通用服務(wù)云化方面，配電自動化主站原有公共支撐服務(wù)（如系統(tǒng)管理、實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)、消息服務(wù)、日志和告警等）不再單獨(dú)存在，統(tǒng)一由云平臺提供基礎(chǔ)框架，包括微服務(wù)、容器和容器編排框架；公共組件包括：服務(wù)注冊與服務(wù)發(fā)布、資源調(diào)度和管理、消息總線、高速實(shí)時數(shù)據(jù)緩存、列式數(shù)據(jù)庫、全局日志管理、ISC 權(quán)限管理；實(shí)時處理框架，包括流計算、批計算和圖計算框架引擎；利用云平臺統(tǒng)一技術(shù)框架和組件提供通用的高性能、高可靠、靈活的基礎(chǔ)服務(wù)。在實(shí)時數(shù)據(jù)處理分布式化方面，基于電網(wǎng)一張圖理念構(gòu)建含分布式新能源和各類柔性負(fù)荷的配電網(wǎng)全模型，采用通用流計算和批計算實(shí)時處理框架解決海量配網(wǎng)感知數(shù)據(jù)處理，支撐配電網(wǎng)應(yīng)用分析和數(shù)據(jù)共享發(fā)布。

基于圖形數(shù)據(jù)庫的電網(wǎng)拓?fù)浞治黾夹g(shù)。依據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中設(shè)備模型數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，構(gòu)建圖形數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中圖形數(shù)據(jù)庫中將一個設(shè)備構(gòu)建成一個節(jié)點(diǎn)，設(shè)備間的連接關(guān)系構(gòu)建成節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。設(shè)備的臺賬和運(yùn)行狀態(tài)構(gòu)建成設(shè)備的屬性，設(shè)備的類型構(gòu)建成不同的標(biāo)簽。構(gòu)建完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，通過圖形數(shù)據(jù)庫提供的操作接口，構(gòu)建應(yīng)用程序，對圖庫中的節(jié)點(diǎn)做拓?fù)浞治觥Ｃ總€節(jié)點(diǎn)的屬性和標(biāo)簽都是影響拓?fù)浣Y(jié)果的關(guān)鍵因素，采用最短路徑、動態(tài)規(guī)劃等算法完成對電網(wǎng)設(shè)備的拓?fù)浞治鯷2]。

低壓臺區(qū)自動成圖技術(shù)。低壓臺區(qū)自動成圖組件根據(jù)融合終端上送的臺區(qū)拓?fù)潢P(guān)系文件，解析并形成臺區(qū)和變壓器關(guān)系表，和變壓器、分支線、表箱、表計的多級關(guān)系表。根據(jù)配變、分支線、表箱、表計的層級關(guān)系及設(shè)備數(shù)量，遵循分支箱間距、表箱間距、設(shè)備與名稱間距、表箱內(nèi)表計布局等配置，通過成圖布局算法，避免交叉重疊，生成自上向下、以變壓器為頂點(diǎn)、以表計為終點(diǎn)的低壓臺區(qū)接線圖。并根據(jù)融合終端采集的低壓臺區(qū)的遙測、遙信信息，在低壓臺區(qū)接線圖中合理布局并生成量測動態(tài)文本與狀態(tài)圖元，方便實(shí)時查看臺區(qū)量測數(shù)據(jù)及遙信告警狀態(tài)。

基于微服務(wù)的電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺構(gòu)建。配電自動化省級管控主站的微服務(wù)化改進(jìn)是從主站的單體應(yīng)用程序，改進(jìn)為上層應(yīng)用基于SOA 的業(yè)務(wù)服務(wù)化架構(gòu)，再到當(dāng)今的服務(wù)組件化、開發(fā)自由化、去中心化和基礎(chǔ)設(shè)施自動化的微服務(wù)架構(gòu)。基于SOA的服務(wù)化改造基礎(chǔ)，可快速實(shí)現(xiàn)主站業(yè)務(wù)的微服務(wù)化改進(jìn)。基于微服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計目的是為了有效的拆分配電主站應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)敏捷開發(fā)和部署，解決傳統(tǒng)單體應(yīng)用耦合緊、部署不靈活、擴(kuò)展性差等問題。微服務(wù)架構(gòu)是分布式整體解決方案，包含服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、服務(wù)配置、鏈路監(jiān)控，服務(wù)網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡、服務(wù)熔斷等功能。

3 應(yīng)用案例

配電自動化省級管控主站涉及范圍較為廣泛，且建設(shè)周期較長，故采用分階段的建設(shè)方式，確保建設(shè)過程中每個階段都有成果落地，將配電自動化省級管控主站建設(shè)分為三個階段，每個階段具體工作情況如下。

第一階段。在平臺組件方面，充分利用云平臺現(xiàn)有組件，包括微服務(wù)、容器和容器編排框架以及公共組件；在中壓模型方面，將全省范圍內(nèi)各個地市配電主站現(xiàn)階段存量中壓圖模全部遷移至配電自動化省級管控主站，作為系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)支撐；在低壓模型方面，通過接收融合終端上送的低壓模型，在配電自動化省級管控主站內(nèi)部完成配變臺區(qū)低壓模型自動建立，并完成與中壓模型貫通；在中低壓數(shù)據(jù)接入方面，對原自動化前置進(jìn)行建設(shè)改造，使配電自動化省級管控主站同時具備物聯(lián)體系和工控體系接入感知能力。

第二階段。在電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視方面，配電自動化省級管控主站開展中壓存量數(shù)據(jù)同步工作，中壓存量數(shù)據(jù)目前階段主要分布于地市配電自動化主站系統(tǒng)，通過斷面方式將存量數(shù)據(jù)同步配電自動化省級管控主站，配電自動化省級管控主站實(shí)現(xiàn)對全省范圍內(nèi)中壓、低壓配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視與故障處理，基于電網(wǎng)一張圖理念構(gòu)建配電網(wǎng)全模型，采用通用流計算和批計算實(shí)時處理框架解決海量配網(wǎng)感知數(shù)據(jù)處理，支撐配電網(wǎng)應(yīng)用分析和數(shù)據(jù)共享發(fā)布。

第三階段。在存量線路終端方面，在云平臺部署傳統(tǒng)配電自動化前置模塊，將地市主站已經(jīng)接入的存量終端全部遷移至配電自動化省級管控主站；配電自動化省級管控主站圖模維護(hù)方面，針對已經(jīng)建設(shè)地市配電自動化主站的地區(qū)，地市配電自動化主站在完成圖模紅轉(zhuǎn)黑后，將生效的圖模推送至配電自動化省級管控主站，針對沒有建設(shè)地市配電自動化主站的地區(qū)，配電自動化省級管控主站從業(yè)務(wù)中臺獲取配網(wǎng)圖模。