電網(wǎng)調(diào)控一體化運(yùn)行管理圖形平臺(tái)的設(shè)計(jì)

電網(wǎng)調(diào)控一體化運(yùn)行管理圖形平臺(tái)的設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)通常分為兩個(gè)主要裝置和兩個(gè)配套裝置。主網(wǎng)是指110kV千伏及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng),起輸電作用。配網(wǎng)主要是指35kV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng),其作用是給各個(gè)配電站和用電負(fù)荷供電。電網(wǎng)運(yùn)行管理工作模式是統(tǒng)一調(diào)度,分級(jí)管理,分為國調(diào)、省調(diào)、市調(diào)和縣調(diào)等不同級(jí)別,分管不同電壓等級(jí)設(shè)備。運(yùn)行管理工作內(nèi)容包含設(shè)備檢修、新設(shè)備啟動(dòng)投運(yùn)、事故處理等,負(fù)責(zé)保障電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定與安全,設(shè)備檢修、保障用戶的可靠性供電。在規(guī)模龐大電網(wǎng)的運(yùn)行管理中,電網(wǎng)接線圖形的管理起著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的重要作用,通過在線顯示電網(wǎng)接線圖形,電網(wǎng)運(yùn)行管理人員可以清晰地了解電網(wǎng)接線方式、設(shè)備運(yùn)行方式、設(shè)備參數(shù)及系統(tǒng)的潮流分布等信息,基于這些信息可實(shí)現(xiàn)多種關(guān)鍵應(yīng)用操作。目前我國實(shí)際情況是,主網(wǎng)信息自動(dòng)化系統(tǒng)從20世紀(jì)70年代數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)SCADA(supervisorycontrolandsataacquisition)開始建設(shè),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視;到20世紀(jì)80年代由SCADA和自動(dòng)發(fā)電控制AGC(automaticgenerationcontrol)及網(wǎng)絡(luò)分析匯集成能量管理系統(tǒng)EMS(energymanagementsystem),以后計(jì)算機(jī)的每次發(fā)展都體現(xiàn)在EMS上,逐漸完善了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視,遠(yuǎn)動(dòng)操作等功能,發(fā)展比較成熟;配網(wǎng)自動(dòng)化信息系統(tǒng)建設(shè)從20世紀(jì)90年代開始,發(fā)展相對(duì)滯后。這就形成了主網(wǎng)圖形和配網(wǎng)圖形分別獨(dú)立管理與維護(hù),主配網(wǎng)之間缺乏有效的信息交互,從主網(wǎng)系統(tǒng)不能查看配網(wǎng)的接線方式及負(fù)荷等的不足,因而已不適應(yīng)我國電網(wǎng)主配網(wǎng)調(diào)控一體化的建設(shè)趨勢(shì)。國家電網(wǎng)近年來著力解決配電網(wǎng)薄弱的問題,實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)架規(guī)劃和地方城鄉(xiāng)配網(wǎng)規(guī)劃有效銜接,將主網(wǎng)配網(wǎng)納入一體化管理體系。本文主配網(wǎng)調(diào)控一體化運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是將高電壓等級(jí)變電站、低電壓等級(jí)變電站以及城市配網(wǎng)乃至用戶在線統(tǒng)一地用電網(wǎng)圖形展示。其關(guān)鍵技術(shù)為完成主網(wǎng)配網(wǎng)圖形的拓?fù)溥B接,為實(shí)現(xiàn)“調(diào)控一體、集中監(jiān)控、分散操作、無人或少人值守”的大運(yùn)行生產(chǎn)管理模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1集控中心+運(yùn)維操作站運(yùn)行管理模式我國電網(wǎng)運(yùn)行管理模式經(jīng)歷了傳統(tǒng)模式、集控站模式、集控中心+運(yùn)維操作站模式三個(gè)階段。傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行管理模式:按變電站分站監(jiān)控和操作變電站24小時(shí)輪換值班模式,調(diào)度直接下令到變電站執(zhí)行操作。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)事故異常反應(yīng)速度快,缺點(diǎn)是隨著變電站數(shù)量的增多需要龐大的運(yùn)行人員隊(duì)伍。集控站運(yùn)行管理模式:設(shè)若干集控站24小時(shí)值班監(jiān)控和操作,一個(gè)集控站管理約10～20個(gè)變電站,變電站無人值班或少人值守,調(diào)度下令到集控站,由集控站負(fù)責(zé)下令到變電站進(jìn)行操作。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是一定程度上減少了值班人員,缺點(diǎn)是需要建立多個(gè)集控中心,需要的運(yùn)行人員數(shù)量也很多。集控中心+運(yùn)維操作站運(yùn)行管理模式:一個(gè)城市建立一個(gè)監(jiān)控中心,按作業(yè)半徑分設(shè)若干運(yùn)維操作站,變電站無人值守,監(jiān)控中心24小時(shí)值班,運(yùn)維操作站值班人員少,一個(gè)監(jiān)控中心監(jiān)控最多可達(dá)100多個(gè)變電站,調(diào)度下令到集控中心,由集控中心下令到變電站。監(jiān)控中心人員負(fù)責(zé)受控變電站設(shè)備監(jiān)控,遙控操作等工作,運(yùn)維人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)工作。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是人力資源使用效率高,適應(yīng)電網(wǎng)快速發(fā)展,有利于向調(diào)控一體化過渡。隨著電網(wǎng)規(guī)模快速發(fā)展、電網(wǎng)信息化、智能化、電網(wǎng)公司集約化發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的需求,調(diào)控一體化管理模式被提出。調(diào)控一體化管理模式是監(jiān)控調(diào)度合一,按作業(yè)半徑分設(shè)運(yùn)維操作站,變電站無人值守,運(yùn)維操作站少人值班,調(diào)度下令到運(yùn)維操作站,再由運(yùn)維操作站人員下令到變電站。調(diào)控人員負(fù)責(zé)調(diào)度和設(shè)備監(jiān)控、遙控操作等工作,運(yùn)維操作人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)操作。調(diào)控一體化運(yùn)行管理模式使得調(diào)度掌握設(shè)備運(yùn)行信息更加全面及時(shí)準(zhǔn)確,事故異常處理令下達(dá)快捷,管理鏈條縮短,人力資源利用率高。為了調(diào)控一體化管理模式的實(shí)施,使調(diào)控人員調(diào)度監(jiān)控能夠涵蓋全網(wǎng),必須擺脫主配網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的格局。為此,首先要解決的問題是將主配網(wǎng)圖形對(duì)接,連成整體,方便調(diào)控人員從主網(wǎng)快速查看相連配網(wǎng)設(shè)備,進(jìn)行全網(wǎng)快速分析。2主網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)的構(gòu)建2.1主網(wǎng)配網(wǎng)圖形一體化方案配網(wǎng)圖形建立拓?fù)溥B接在統(tǒng)一電力圖形平臺(tái)上展示。主網(wǎng)圖形中的高電壓等級(jí)線路經(jīng)過變壓器變壓之后,與低電壓等級(jí)的出線斷路器連接,用一條單端線路表示主網(wǎng)圖形的電源終點(diǎn),單端線路可以是圖1中A線路或者B線路的一半線路。在配網(wǎng)圖形中可以是圖1中A線路或者B線路的另一半單端線路作為配網(wǎng)的電源起點(diǎn)。兩條單端線路在電網(wǎng)圖形中取同樣的標(biāo)志,由此圖形拓?fù)鋵蓷l單端線路看作同一條線路,通過單端線路可以實(shí)現(xiàn)從主網(wǎng)圖形跳轉(zhuǎn)連接,直接進(jìn)入配網(wǎng)圖形,做到一站式直達(dá),從主網(wǎng)圖形根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系直接訪問到配網(wǎng)低電壓等級(jí)變電站、分接箱乃至最終用戶,這就是主網(wǎng)配網(wǎng)圖形一體化方案實(shí)現(xiàn)的構(gòu)思。圖1為主配網(wǎng)一體化示意。2.2第三方專業(yè)電力圖形主網(wǎng)圖形從主網(wǎng)能量管理系統(tǒng)EMS(energymanagementsystem)導(dǎo)出,配網(wǎng)圖形從配電自動(dòng)化系統(tǒng)DAS(distributionautomationsystem)導(dǎo)出。上述兩種圖形皆以公共信息模型CIM(commoninformationmodel)及可縮放矢量圖形SVG(scalablevectorgraphics)文件作為數(shù)據(jù)載體,包括電網(wǎng)連接的各種數(shù)據(jù),并將其導(dǎo)入第三方專業(yè)電力圖形平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合與圖形對(duì)接。圖形對(duì)接主要通過相應(yīng)的模型拆分與合并模塊完成。模型拆分根據(jù)既定的規(guī)則和模型拓?fù)潢P(guān)系及層次邏輯關(guān)系,從CIM文件取出對(duì)應(yīng)電網(wǎng)SVG中的運(yùn)行、拓?fù)浼傲繙y(cè)數(shù)據(jù),并通過CIM文件解析、圖模型調(diào)度的邊界拆分及拼接等手段形成一個(gè)一體化的全網(wǎng)模型。圖2為實(shí)現(xiàn)主配網(wǎng)圖形平臺(tái)對(duì)接技術(shù)的軟件邏輯流程。2.3實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)絡(luò)的三維成像技術(shù)要點(diǎn)1ocad軟件介紹主、配網(wǎng)圖形統(tǒng)一在專業(yè)電力圖形平臺(tái)整合,該圖形平臺(tái)設(shè)計(jì)完全針對(duì)電力工作人員需求,圖形編輯平臺(tái)融合主流畫圖軟件Visio及AutoCAD作圖軟件的功能,支持超大圖形繪制及建模管理,單圖繪制元件大于10萬個(gè),性能優(yōu)越,運(yùn)行穩(wěn)定。在上述主配網(wǎng)一體化平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)基于主配網(wǎng)圖形的操作管理,支持各種掛牌(警示牌,給調(diào)度員及現(xiàn)場(chǎng)工作人員提醒),如保電牌、檢修牌、缺陷牌等操作;支持線路的運(yùn)行狀態(tài)顯示;可追溯以往歷史時(shí)刻電網(wǎng)斷面,并在上面進(jìn)行相關(guān)的分析研究;可進(jìn)行運(yùn)行方式狀態(tài)斷面比對(duì),并將比對(duì)結(jié)果以圖表兩種方式直觀展示。2設(shè)備的屬性結(jié)構(gòu)支持電網(wǎng)圖形改圖管理功能,每種設(shè)備單獨(dú)入庫,具有獨(dú)立的物理屬性以及與其他設(shè)備建立拓?fù)溥B接關(guān)系;支持多人同時(shí)改圖操作,分別發(fā)布而互不影響,支持改圖前后的圖形對(duì)比,圖表結(jié)合,直觀了解改圖內(nèi)容。3系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)主配網(wǎng)圖形在統(tǒng)一平臺(tái)整合顯示,設(shè)備作為圖形的組合元件。設(shè)備的調(diào)度監(jiān)控合一,信息規(guī)范分層分流。對(duì)設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)和遙視數(shù)據(jù)統(tǒng)一顯示。系統(tǒng)基于WEB控件技術(shù)構(gòu)建,可在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行發(fā)布瀏覽,滿足調(diào)度通信中心各部門人員的瀏覽需求。實(shí)現(xiàn)設(shè)備的電源追溯、供電范圍分析、連通性分析,并能在圖形上以可視化形式展示。4自動(dòng)處理主、配網(wǎng)五防五防是指防止帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)、防止誤分合斷路器、防止帶電掛接地線、防止帶地線拉合斷路器、防止誤入帶電間隔。系統(tǒng)自動(dòng)處理主、配網(wǎng)五防規(guī)則,通過每個(gè)設(shè)備的真實(shí)物理屬性實(shí)現(xiàn)調(diào)度操作的基于圖形的模擬預(yù)演,并進(jìn)行操作安全校驗(yàn),有效防止誤操作、誤調(diào)度事件發(fā)生;與保電管理、設(shè)備缺陷管理、重要用戶管理模塊相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的失電操作提示、設(shè)備缺陷提醒;實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行管理和模擬運(yùn)行兩種方式,協(xié)助調(diào)度員進(jìn)行日常調(diào)度及運(yùn)行方式的運(yùn)行模擬預(yù)演。3系統(tǒng)功能系統(tǒng)由電網(wǎng)圖形平臺(tái)和運(yùn)行方式實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理、調(diào)度日常管理、操作模擬和安全校核、運(yùn)行方式輔助分析五類應(yīng)用組成,如圖3所示。3.1光計(jì)劃機(jī)展以電電網(wǎng)圖形平臺(tái)允許主網(wǎng)圖形和配網(wǎng)圖形分開維護(hù),主網(wǎng)運(yùn)行人員能夠維護(hù)主網(wǎng)接線圖、配網(wǎng)運(yùn)行人員能夠維護(hù)配網(wǎng)系統(tǒng)圖、單線圖、斷路器站圖等各類專題圖,通過主配網(wǎng)圖形對(duì)接,主配網(wǎng)連成一體電網(wǎng),配網(wǎng)不用再設(shè)置單獨(dú)的電源點(diǎn)。圖形平臺(tái)作為基礎(chǔ)平臺(tái),為運(yùn)行方式實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理、調(diào)度日常管理、操作模擬和安全校核以及運(yùn)行方式輔助分析四類應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。3.2運(yùn)行方式管理電網(wǎng)圖形系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接,能夠?qū)崟r(shí)顯示電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。主配網(wǎng)統(tǒng)一運(yùn)行,主網(wǎng)運(yùn)行人員主要監(jiān)控的是主網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工況,需要的話,能夠快速切調(diào)到其下配網(wǎng),查看其變電站和線路的運(yùn)行工況。運(yùn)行方式管理可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)正常方式和異常方式的日常管理;可以對(duì)任意兩個(gè)方式斷面的運(yùn)行工況進(jìn)行分析對(duì)比;可以依據(jù)方式變更單,進(jìn)行電網(wǎng)斷面運(yùn)行工況的保存,以備隨時(shí)調(diào)用分析。3.3設(shè)備參數(shù)圖形化管理設(shè)備管理:基于圖形對(duì)配網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬(電力公司設(shè)備資產(chǎn)狀況,指擁有的各種類型的設(shè)備擁有量、分布情況以及變動(dòng)情況)管理和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行維護(hù)、查詢及統(tǒng)計(jì)等操作,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)的圖形化操作和管理。流程化信息管理:包括保電管理、設(shè)備缺陷管理、設(shè)備檢修管理、地線管理、重要用戶管理等。3.4邏輯封閉模塊(1)電網(wǎng)模擬操作可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)聯(lián)動(dòng)模擬。地調(diào)可模擬斷路器操作所引起的電網(wǎng)閉環(huán);模擬解環(huán)操作及各種誤調(diào)度誤操作的風(fēng)險(xiǎn);模擬系統(tǒng)主網(wǎng)、配網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)操作的閉鎖及警示。上述操作模擬可與重要用戶保電管理(設(shè)定重要用戶不能斷電)及設(shè)備缺陷管理結(jié)合,實(shí)現(xiàn)設(shè)備失電的操作提示。(2)邏輯閉鎖模塊對(duì)電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行方式和無電氣關(guān)聯(lián)的二次保護(hù)裝置進(jìn)行危險(xiǎn)點(diǎn)提示和校驗(yàn),進(jìn)一步豐富了安全校核預(yù)防誤操作的內(nèi)容。(3)系統(tǒng)支持潮流計(jì)算,通過圖形平臺(tái)提供電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元件參數(shù)、發(fā)電和負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù),確定電網(wǎng)各部分的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù),為電網(wǎng)的操作模擬提供支持。3.5供電范圍分析及潮流流場(chǎng)顯示供電電源分析:追蹤、分析線路上任意一點(diǎn)的當(dāng)前在供電源及可供電電源。供電范圍分析:對(duì)線路的供電范圍進(jìn)行分析,并將分析結(jié)果高亮顯示,便于查看和分析。潮流流向顯示:動(dòng)態(tài)顯示潮流流向。線路連通性分析:從線路上任意一點(diǎn)出發(fā),雙向追蹤分析該段線路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接狀況。4主配網(wǎng)圖形平臺(tái)電網(wǎng)圖形記錄了發(fā)電、變電、輸電、用電等一次設(shè)備以及二次保護(hù)設(shè)備連接關(guān)系,設(shè)備狀態(tài)以及設(shè)備參數(shù)等大量電網(wǎng)信息,所以維護(hù)電網(wǎng)圖形的工作很重要。隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大,管理的設(shè)備越來越多,運(yùn)行工作人員維護(hù)圖形的工作量不斷增長(zhǎng),而主配網(wǎng)圖形平臺(tái)的建設(shè)提供電網(wǎng)圖形一體維護(hù)的功能,減少圖形維護(hù)工作量。而主配網(wǎng)圖形對(duì)接實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)運(yùn)行方式實(shí)時(shí)監(jiān)控,全網(wǎng)設(shè)備調(diào)度日常管理,全網(wǎng)設(shè)備操作模擬和安全校核以及全網(wǎng)運(yùn)行方式輔助分析,解決了以往主配網(wǎng)管理相互獨(dú)立的弊端,實(shí)現(xiàn)了主配網(wǎng)調(diào)控一體化管理。1提供圖形維護(hù)工具實(shí)現(xiàn)了主網(wǎng)配網(wǎng)圖形在一套系統(tǒng)中維護(hù),避免圖形的重復(fù)繪制,同時(shí)提供了多種圖形維護(hù)工具,滿足各技術(shù)部門對(duì)圖形維護(hù)的需求;圖形平臺(tái)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的對(duì)接功能,也減少了電網(wǎng)運(yùn)行方式確定的工作量。2計(jì)算校核、安全防誤,操作一體化主配網(wǎng)一體化運(yùn)行平臺(tái)的建設(shè),集中整合了主網(wǎng)、配網(wǎng)圖形,使兩者成為真正意義上具有拓?fù)溥B接的統(tǒng)一整體,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、計(jì)算校核、安全防誤及操作一體化;運(yùn)行方式輔助分析一體化,為主配網(wǎng)調(diào)控一體化搭建了有效的運(yùn)行平臺(tái)。3遙和遙視操作實(shí)現(xiàn)了調(diào)度監(jiān)控合一,信息規(guī)范分層分流;對(duì)設(shè)備遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)和遙視進(jìn)行遠(yuǎn)方程序化操作;遙控操作的全程安全保障、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控及快速的事故分析處置功能,避免盲目調(diào)度狀況的發(fā)生