调、配一体自动化系统应用技术研究

2017-10-09任周阳

电气自动化 2017年3期

关键词：主网一体调配

任周阳

(太原理工大学，山西太原 030600)

调、配一体自动化系统应用技术研究

任周阳

(太原理工大学，山西太原 030600)

针对如何在“三集五大”体系下建设电网运行支撑系统。并且做到节约投资，提高效益，更好地为大运行服务开展应用实践和技术研究。在介绍调度自动化系统和配电网自动化系统现状的基础上,分析两套系统的相同点和主要区别，阐述调配一体自动化系统建设的必要性、可行性。针对具体的运行支撑系统的结构进行对比分析，给出建设调配一体自动化系统的方法。实践证明调配一体自动化系统应用是可行的，最后描述了调配一体自动化系统应用案例的实际效果。

电网；电网调度；配电自动化；优势；方法；模型

Abstract: Focusing on how to build a supporting system for power grid operation under the hierarchy of “three intensifications and five massive systems”, this paper discusses application practice and technology research in respect to investment saving, efficiency improvement and better service for massive operation. On the basis of introducing current situation of the dispatching automation system and distribution network automation system, this paper analyzes similarities and differences between the two systems, and expounds the necessity and feasibility of the construction of the integrated dispatching and distribution automation system. According to the specific structure of the operation support system, a comparative analysis is made to give the method for building the integrated dispatching and distribution automation system. Practice has proved the feasibility of application of the dispatching and distribution automation system. Finally, this paper describes actual effects of application cases of the proposed dispatching and distribution automation system.

Keywords: power grid; power grid dispatching; distribution automation; advantage; method; model

0 引言

随着电力系统自动化技术的发展，自动化应用技术从电网高电压应用领域向电网低电压应用领域不断延伸。电网应用领域根据电压的不同将电网分成高压和低压两个部分，其中用于配电的交流系统中1 000 V及以下的电压等级为低压[1]。在电力系统中往往将20 kV及以下与用户密切相关的电气设备也归结为配电网。过去由于自动化设备昂贵，技术复杂，相对于主电网，配电网是被忽视部分，除了最简单的短路、接地保护基本上没有配备自动化运行设备。其实，配电网也是电力电网通向用户的最后一公里。配电网的安全、可靠工作直接关系千家万户。因此在自动化设备成本降低、技术成熟的今天，适时的推广调配自动化一体化建设成为可能。

1 调度自动化与配电自动化技术现状

1.1 电网调度自动化技术应用现状

目前，电网调度自动化技术广泛应用于全国电网的运行管理中。地调级电网调度自动化系统实现了除基本的SCADA 数据采集与监视控制系统功能外，还实现了AVC自动电压无功控制功能、LF负荷预测功能、模型拼接、状态估计、母线平衡计算、智能告警等功能[2]。现在国家电网公司正在大力推进智能电网调控系统D5000的应用。D5000系统除了全面实现地级电网调度自动化系统的功能，还实现了“远程调阅、告警直传、横向贯通、纵向管理”的功能，把电网运行监控、调度计划、气象变化等各项数据融合在一起进行管理和分析，真正的实现了大数据共享。

1.2 配电网自动化技术应用现状：

当今，应用配电自动化技术的配电网还没有全面普及，这和配电自动化设备的稀有性和配电自动化技术成熟度有关。在大多数地区实现的配电网自动化主要包括：馈线自动化功能；配电台区的遥信、遥测、遥控的三遥功能；较高级的配电自动化还会有故障定位功能、故障隔离与配电线路自动合环功能(线路故障自愈)、电能计费等。以上这些功能的实现目前主要依赖于故障指示器/FTU/DTU/TTU/RTU等配电终端自动化设备[3]。可以说配电自动化技术的发展还有很大的空间。

2 主网自动化系统与配网自动化系统的共同点与主要区别

2.1 主网自动化系统与配电网自动化系统共同点

主网自动化系统与配电网自动化系统均由三个子系统组成：主站系统、通信系统、终端设备。三个子系统中，通信系统基本上都是依赖于光纤网路和无线通信网，利用通信规约完成电网运行数据及控制命令的上传和下达。目前最常用的通信规约为IEC60870-5-104网络规约，其固定使用2404端口号[4]。终端设备在工作原理是一致的，主要通过电压、电流的变化由机械、电气、电子采集设备，将电网的运行状态进行采集处理，并通过通信系统转发给主站系统。三个子系统中最重要的是主站系统，它也是自动化系统的核心。主网调度自动化控制系统和配电网自动化主站系统在结构上几乎完全一致(图1所示为独立主站系统的结构)。它包括前置部分：负责电网运行相关所有数据的收集、预处理、数据转发功能；应用服务器部分：负责按照应用性质的不同对数据进行分别处理，实现遥信、遥测、遥控功能；历史数据服务器部分：对数据进行存取，必要时按照用户要求的格式提供历史数据；WEB浏览服务：对外提供有限的电网信息查询，它位于安全控制区的三区。通信转发服务器：完成上下级调度和同级调度之间的数据共享，数据转发依赖于调度数据网的支撑；工作站、调度大屏幕部分：主要实现人机界面功能，在此基础上对电网运行进行监控和操作，包括：各种各样的电网事故处理和改变电网运行方式的倒闸操作；卫星钟：负责对全系统的精确对时和守时服务；正反向隔离装置、纵向加密认证、防火墙：主要完成网络安全隔离，设备身份认证等任务，确保电网自动化主站系统的安全防护。

图1 独立主站系统的结构

2.2 主网自动化与配电网自动化主要区别

主网自动化与配电网自动化最大的区别在于：配电网自动化的终端设备和通信方式。主网自动化终端设备安装相对集中，配电网自动化终端设备相对安装分散。主网自动化终端设备一般安装在一个相对集中的变电站室内，终端工作环境相对较好，几十个终端被一套远动通信服务器集中管理。配电网自动化终端设备分布于半径较大的地域内。终端设备安装在室外，工作环境恶劣。由于终端设备的安装问题引发通信方式也不同：主网自动化主要以光纤通信方式工作；配电自动化由于分布广，如果全部采用光纤通信经济开支大，因此主要以公网无线方式传输数据。以上是制约早期配电网自动化应用的主要原因。

3 配网自动化发展的动因及调、配融合的趋势及优势

3.1 科学技术的发展、电网运行管理的需求，促进了配电网自动化建设

早期的自动化技术由于设备的可靠性低、通信网的安全性差、主站计算机处理能力低的限制只能应用于电网最为重要的核心领域——重要发电厂、关键枢纽变电站、高电压等级电气设备上。超大规模集成电路的应用，彻底取代了传统电子设备，智能电脑技术深入到电力系统的各个领域。4G无线通信和光纤通信网络技术已经成熟。配电网领域安装自动化设备成为运行管理需要、经济上适用、技术上可行的电网建设项目。而配电网自动化技术也为解决电网管理填补了空白。全国各个电网公司都在加大对配网自动化建设的投入。配电自动化与95598应急抢修的紧密融合，解决了事故停电后快速恢复电力供应的时间要求。

3.2 调、配自动化融合的趋势是电网控制计算机硬件及软件应用高度智能化引发的，一体化应用是必然的结果

电网调度自动化与配电网自动化除了通信网和终端设备功能的差异在主站上的架构是一致的，均由前置、应用、数据存储等服务器构成，因此将配网的数据融合到电网调度自动化主站中是完全可行的。电网调度自动化的软件应用功能，如：基础的三遥功能，智能告警功能，短路电流计算，线路合环处理，开关变位与配网故障指示器变位等功能完全可以统一处理[5]。鉴于管理和技术上的一致性要求，逐步将电网调度自动化系统与配电网调度自动化系统融合，作为一体化应用是未来电网运行支撑系统建设和电网运行管理发展的必然方向和结果。

3.3 调、配自动化融合的优势

3.3.1技术上的优势

电网调度自动化和配电网自动化融合后，可以只建立一套调配一体的自动化主站系统(图2所示为调配一体自动化主站系统的结构)。充分利用电网调度自动化强大的硬件功能和智能化的软件功能，为主电网和配电网实现统一的运行管理。可以提升配电网自动化的功能，将主网调度的成熟技术：智能分析与辅助决策(停电范围分析、供电风险分析、合环操作风险分析、负荷转供辅助决策、拉限电辅助决策、综合故障分析)、调度员培训模拟、网络分析(静态安全分析、短路电流计算)功能[6]延伸到配电网自动化的管理中。

图2 调配一体自动化主站系统的结构

3.3.2经济上的优势

对准备新建配电网自动化的单位，可以节省配电自动化主站设备。包括：节省了购置应用服务器、数据存储服务器、网络设备、工作站设备、卫星钟等昂贵设备和配电自动化应用软件的购置费用；减少了至少一间机房及其配套设施的建设。对已经实现配电自动化的单位，完全可以通过融合前置信息的方式将配电网数据接入调度自动化主站系统中。设备的减少同时也减少了每年自动化设备的维护费用，从而节省了运行维护成本。

3.3.3管理上的优势

减少了一套系统，整个电网运行的管理就不再区分主网和配网，简化了整个地区的电网管理。调、配电自动化实现一体化后。为配电网自动化做技术支持的人员和配电自动化值班员与电网调度自动化的技术人员和调控员完全融合到一起，多余的人员改派到其它岗位。人员组织颗粒变小，起到了减人增效的目的；管理制度和SOP流程同样被合二为一减少了一半，减小了公司管理的复杂度；电网检修计划的制定直接延伸到终端用户，不必再担心重复停电造成的损失。

4 实现调配一体自动化应用的方法

4.1 调配一体自动化建设的硬件配置

调配一体自动化系统与独立多套独立主站系统相比可以节省很多的硬件设备。但由于配电自动化还在大量的使用无线公网GIS设备，无疑会为整个系统的安全带来隐患。为了消除这种安全隐患，配电网部分应采用独立的前置设备，并在无线公网GIS接入点处加装横向隔离装置。采用独立配电网前置的优点：可以减轻前置数据采集和处理的压力，提高实时响应速度；加装横向隔离装置满足了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的安全防护要求[7]，最大限度的保证调配一体自动化系统的安全。

4.2 调配一体自动化系统应用的数据接入

已经具备调度自动化系统和配电网自动化系统的用户,为了实现调配一体。需要将原有厂站和数据链路重新全部接入调配一体自动化系统。通常的做法是采用将原系统中的数据按照CIM模型导入/导出，SVG文件转换等方式实现。但是由于多数供应商对模型结构理解的差异，造成原有系统和新系统之间不能很好的转换。为此采用了一种更为有效的技术方式：中间模型法。所谓中间模型就是按照面向实体的方式构造定义电力系统模型，形成：数据链路模型、主变间隔模型，母线间隔模型，电容器间隔模型，进线间隔模型，负载间隔模型，站(所)用变模型，PT间隔模型等面向电力系统元件实体的间隔模型。这些面向实体的间隔模型用类来划分，用电力专用的E文件格式描述。类可以派生和继承。每个类下的实体对象包括属性和方法。实体模型包含了电力对象的所有特征，如：电容间隔模型的基本属性有：间隔名称、相电压，线电压，三相电流、频率等；电容器间隔的方法有：母线连接方法，接地连接方法(串联；并联)等。自动化系统的数据按照间隔模型装入参数和数据，形成一个个的数字实体厂站。调配一体自动化系统读入中间模型生成的数字实体厂站，按照自己的系统导入方法，自动完成厂站信息的接入，在调配一体自动化系统中生成“三遥”表。

这种方式比起传统的方式具有更好的灵活性和操作性，特别在原系统没有CIM模型导出功能时可节省软件开发费用，缩短系统建设时间。