高 明 李文云 李 峰

(云南電網(wǎng)公司電力調(diào)度中心，云南 昆明 650011;國電南瑞科技股份有限公司 江蘇 南京 210061)

1 前言

各級(jí)調(diào)度中心僅對(duì)各自管轄范圍內(nèi)電網(wǎng)進(jìn)行建模，數(shù)據(jù)、圖形及模型信息無法共享的問題在很大程度上制約著各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)PAS計(jì)算的實(shí)際效果，也是造成其難以真正實(shí)用的主要原因之一。在線外網(wǎng)等值方法［1］近年來在部分省調(diào)得到工程實(shí)際應(yīng)用，在一定程度上提升了地調(diào)網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算效果，但鑒于外網(wǎng)等值方法本身所存在的局限性［2］，這種方法總體看來仍有較大提升空間。模型拼接技術(shù)在近年來的迅速發(fā)展與成熟應(yīng)用為解決這一問題開辟了新途徑。全電網(wǎng)模型的形成，為進(jìn)行省地兩級(jí)調(diào)度的PAS計(jì)算功能和DTS互聯(lián)的統(tǒng)一規(guī)劃與管理提供了絕佳的數(shù)據(jù)平臺(tái)。利用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)省地調(diào)的一體化PAS及進(jìn)行DTS互聯(lián)，符合電力調(diào)度體系“縱向貫通”趨勢(shì)與方向，是對(duì)于近年來出現(xiàn)的多種省地一體化應(yīng)用研究的又一探索。獲取包含網(wǎng)省地調(diào)模型的全模型在當(dāng)前的技術(shù)條件下應(yīng)不再是難題。但是在獲取了全模型后，究竟采用什么樣的一種方案來實(shí)現(xiàn)省地一體化的PAS和進(jìn)行DTS互聯(lián)，成為一個(gè)需要研究與思考的新問題。

為了表述方便，仍使用了傳統(tǒng)概念上的術(shù)語“PAS”進(jìn)行相關(guān)表述。近年來傳統(tǒng)PAS各模塊有被屏蔽和后臺(tái)化的趨勢(shì)，真正面向最終需求的綜合應(yīng)用逐漸出現(xiàn)。本文論述的內(nèi)容，同樣可以擴(kuò)展到這些新的網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用。

2 網(wǎng)省地模型拼接方案

模型拼接系統(tǒng)生成的全網(wǎng)詳細(xì)模型依賴于空間上分層的各個(gè)數(shù)據(jù)源，包括有云南省調(diào)EMS系統(tǒng)核心模型，南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的南方電網(wǎng)220kV以上電壓等級(jí)電網(wǎng)，云南電網(wǎng)各個(gè)地調(diào)EMS系統(tǒng)模型等。模型拼接系統(tǒng)從各個(gè)數(shù)據(jù)匯集模型數(shù)據(jù)，經(jīng)過模型服務(wù)程序分析，進(jìn)行合并更新最終形成全網(wǎng)模型。拼接方案如圖1所示。

圖1 拼接方案

圖1中，分布式建模系統(tǒng)得到的拼接結(jié)果有多種表現(xiàn)形式，具體見2.1節(jié)關(guān)于兩維模型信息的論述。

3 兩種基本部署方案

為了達(dá)到實(shí)現(xiàn)基于模型拼接的省地一體化PAS系統(tǒng)的目的，提出了兩種基本部署方案:一是集中式分析計(jì)算方案，二是分散式分析計(jì)算方案。兩種方案各有優(yōu)劣，對(duì)系統(tǒng)的管理、維護(hù)、使用也提出了不同的要求。

3.1 集中式分析計(jì)算方案

本方案的特征為:由省調(diào)向省、地調(diào)用戶提供統(tǒng)一的分析計(jì)算服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的統(tǒng)一管理和維護(hù)，并提供靈活的、具備權(quán)限管理。PAS系統(tǒng)、模型拼接系統(tǒng)及相關(guān)分析計(jì)算服務(wù)均部署在省調(diào)，地調(diào)均不部署，省地調(diào)用戶均使用部署在省調(diào)的一體化PAS系統(tǒng)。

此方案下系統(tǒng)基本架構(gòu)分為三層，前端應(yīng)用層、應(yīng)用服務(wù)層和模型服務(wù)層，省調(diào)、地調(diào)用戶在前端應(yīng)用層使用客戶端登錄系統(tǒng)，由應(yīng)用服務(wù)層提供統(tǒng)一的PAS計(jì)算服務(wù)，計(jì)算所需的模型由模型服務(wù)層提供。圖2給出了系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

圖2 集中式分析計(jì)算方案示意圖

前端應(yīng)用層由客戶機(jī)組成，省調(diào)、地調(diào)用戶均能夠訪問到計(jì)算服務(wù)資源，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。前端應(yīng)用層通過網(wǎng)絡(luò)連接到應(yīng)用服務(wù)層，可以完成用戶登錄，廠站圖、系統(tǒng)潮流圖、計(jì)算統(tǒng)計(jì)表格信息的顯示，相關(guān)計(jì)算屬性的設(shè)置和計(jì)算的啟停。

應(yīng)用服務(wù)層作為省地一體化PAS的核心環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶機(jī)的請(qǐng)求，為其提供相應(yīng)服務(wù)。

3.1.1 功能模塊

1)服務(wù)管理器:負(fù)責(zé)接收客戶的遠(yuǎn)程連接請(qǐng)求，對(duì)用戶進(jìn)行身份校驗(yàn)，管理用戶的權(quán)限，在預(yù)先設(shè)定的用戶訪問權(quán)限分配計(jì)算資源。服務(wù)管理層的核心功能是實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，它管理著后臺(tái)多個(gè)計(jì)算服務(wù)器所提供的計(jì)算資源池，在考慮服務(wù)器的CPU使用率，內(nèi)存使用率，網(wǎng)絡(luò)帶寬等一系列因素情況下，將客戶端連接到指定服務(wù)上，這樣能夠有效地提高計(jì)算資源的應(yīng)用率，在多用戶情況下可有效配置服務(wù)器資源，減少資源浪費(fèi)。

2)計(jì)算服務(wù)池:用于提供具體的計(jì)算服務(wù)，如狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算、靈敏度分析等。服務(wù)創(chuàng)建在后臺(tái)服務(wù)器上，初始啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)建立一定數(shù)目的資源。服務(wù)池接收服務(wù)管理器的統(tǒng)一調(diào)度，每個(gè)計(jì)算服務(wù)均能標(biāo)識(shí)其可用狀態(tài)。每當(dāng)有新的用戶登錄，服務(wù)管理器會(huì)把空閑的服務(wù)分配給用戶。當(dāng)用戶退出系統(tǒng)或者長(zhǎng)時(shí)間沒有使用計(jì)算服務(wù)，服務(wù)管理器將回收計(jì)算服務(wù)資源，將其標(biāo)識(shí)為空閑，放置到可分配資源中。

3)PAS模型服務(wù):是模型服務(wù)層提供的服務(wù)之一。模型服務(wù)層用于為各應(yīng)用提供可計(jì)算的電網(wǎng)模型、方式數(shù)據(jù)以及相關(guān)的圖形。在模型拼接中實(shí)現(xiàn)了南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的電網(wǎng)模型，云南省調(diào)核心電網(wǎng)模型和云南各地調(diào)電網(wǎng)模型的匯集和實(shí)時(shí)拼接。模型是廣義的概念，包括有電網(wǎng)物理模型、運(yùn)行方式和圖形;從時(shí)間維度而言，包括歷史、實(shí)時(shí)、未來電網(wǎng)模型;從空間維度而言，包括全電網(wǎng)模型、省調(diào)核心模型、各地調(diào)電網(wǎng)模型、多區(qū)域模型的靈活組合、外網(wǎng)等值模型。模型可提供給省地一體化的PAS及用于DTS聯(lián)網(wǎng)，且能夠與BPA動(dòng)態(tài)設(shè)備的控制模型相結(jié)合提供給方式進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行方式的研究、校核。一體化PAS系統(tǒng)對(duì)模型的利用可分為多種，能夠在時(shí)間維、空間維進(jìn)行定義。例如省調(diào)用戶可以使用實(shí)時(shí)的全云南電網(wǎng)模型，進(jìn)行靜態(tài)安全分析，校驗(yàn)當(dāng)前斷面條件下系統(tǒng)的安全性;地調(diào)用戶能夠提取本地調(diào)模型和省調(diào)模型，當(dāng)然也可以直接使用全網(wǎng)模型，進(jìn)行設(shè)備開斷計(jì)算、合環(huán)操作前計(jì)算等。圖3給出了模型服務(wù)提供的時(shí)空兩維模型數(shù)據(jù)的示意圖。計(jì)算服務(wù)a使用了未來的省調(diào)模型進(jìn)行研究;計(jì)算服務(wù)b則使用了實(shí)時(shí)的全網(wǎng)模型;而服務(wù)c使用了歷史的地調(diào)模型進(jìn)行分析研究。

圖3 兩維模型示意圖

3.1.2 計(jì)算服務(wù)的動(dòng)作序列

從信息流上，分析計(jì)算服務(wù)的動(dòng)作序列主要是:

1)省、地調(diào)客戶端連接到省調(diào)PAS計(jì)算服務(wù)管理器，管理器在完成用戶身份和權(quán)限的校驗(yàn)后，根據(jù)當(dāng)前計(jì)算服務(wù)池情況為其分配合適的計(jì)算資源;

2)客戶端用戶可定義計(jì)算屬性 (模型信息)，計(jì)算服務(wù)通過本層的模型訪問接口從模型服務(wù)層得到需要的電網(wǎng)物理模型、運(yùn)行方式和相關(guān)圖形信息，最終作好開始計(jì)算的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備;

3)用戶可在此基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)方式進(jìn)行調(diào)整，啟動(dòng)計(jì)算，所有操作均提交給計(jì)算服務(wù)，有計(jì)算服務(wù)響應(yīng)操作并返回計(jì)算結(jié)果，這樣用戶就能夠通過客戶端得到所需的計(jì)算結(jié)果。圖4給出了完成一次技術(shù)服務(wù)的活動(dòng)序列。

圖4 集中式分析計(jì)算的動(dòng)作序列圖

3.2 分散式分析計(jì)算方案

本方案的特征為:省調(diào)部署有PAS系統(tǒng)、模型拼接系統(tǒng)，地調(diào)部署有PAS系統(tǒng)。省調(diào)PAS系統(tǒng)和地調(diào)PAS系統(tǒng)分別向省調(diào)用戶和地調(diào)用戶提供分析計(jì)算服務(wù)，但省調(diào)PAS系統(tǒng)不再提供給地調(diào)用戶使用。

如圖5所示，在進(jìn)行模型拼接時(shí)，各區(qū)域電網(wǎng)模型匯集到部署在省調(diào)的模型拼接系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)模型的拼接。在省調(diào)、地調(diào)均部署有模型拼接系統(tǒng)的客戶端，省調(diào)和地調(diào)用戶均通過該客戶端獲得時(shí)空兩維模型。

需要指出的是:在這種方案下，省地調(diào)一體化PAS系統(tǒng)嚴(yán)格說來僅在邏輯上存在。地調(diào)可從省調(diào)獲取兩維模型，可與省調(diào)使用相同的模型進(jìn)行計(jì)算并取得相同的網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果。

圖5 分散式分析計(jì)算方案模型服務(wù)示意圖

3.3 兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

兩種方案在經(jīng)濟(jì)性和安全性上各具優(yōu)劣，見表1。

表1 優(yōu)劣性比較

在工程操作上，相比較安全性和經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)建成后采用何種運(yùn)維模式成了在實(shí)際操作時(shí)需考慮的更為重要的問題。集中式服務(wù)從總體看來需要的人力成本和物理成本較少，維護(hù)難度較小，長(zhǎng)遠(yuǎn)看來是趨勢(shì)和方向。但在目前各方面條件下，也將產(chǎn)生如下難題:一是全網(wǎng)的省地調(diào)PAS系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)壓力全部轉(zhuǎn)加到了省調(diào)側(cè)，工作量驟增，但對(duì)應(yīng)人力資源由于各種原因往往難以配套，系統(tǒng)運(yùn)維難以保證;二是地調(diào)側(cè)長(zhǎng)期脫離PAS運(yùn)維工作，會(huì)在一定程度上造成對(duì)省調(diào)側(cè)系統(tǒng)依賴，并限制地調(diào)人員的應(yīng)用軟件運(yùn)維與應(yīng)用水平的提高。目前看來，更具可行性的是另外一種綜合式的計(jì)算服務(wù)方案，即集中式和分散式分析計(jì)算相互統(tǒng)一的方案。

3.4 綜合式分析計(jì)算方案

對(duì)地調(diào)而言，這是一種在模型拼接成果共享的基礎(chǔ)上，以地調(diào)PAS的應(yīng)用與運(yùn)維為主，以省調(diào)PAS為輔助參考的一種應(yīng)用與運(yùn)維方案。該方案有機(jī)結(jié)合了前述的集中式分析計(jì)算方案和分散式分析計(jì)算方案，構(gòu)建既統(tǒng)一又分布的省地一體化PAS系統(tǒng)，其特征為:省調(diào)部署有PAS系統(tǒng)、模型拼接系統(tǒng)，地調(diào)部署有PAS系統(tǒng)。省調(diào)PAS系統(tǒng)同時(shí)向省調(diào)和地調(diào)用戶提供分析計(jì)算服務(wù)，地調(diào)PAS系統(tǒng)提供給地調(diào)用戶使用。在這種方案下，地調(diào)用戶既可以選擇登錄到省調(diào)PAS系統(tǒng)使用相關(guān)分析計(jì)算服務(wù)，也可以直接使用地調(diào)PAS系統(tǒng)。具體來說，一方面在省調(diào)按照集中的分析計(jì)算方案搭建集中的分析計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)，另一方面地調(diào)充分利用省調(diào)提供的模型拼接成果 (含外網(wǎng)等值)來實(shí)現(xiàn)本地PAS分析計(jì)算。如圖6所示，省調(diào)會(huì)建設(shè)有計(jì)算服務(wù)池，為省調(diào)用戶和地調(diào)用戶提供可定制模型的分析服務(wù)，而在地調(diào)建設(shè)本地計(jì)算服務(wù)提供給地調(diào)用戶，對(duì)地調(diào)使用者而言具有更多選擇，可以通過客戶端連接省調(diào)的計(jì)算服務(wù)池來獲取由省調(diào)統(tǒng)一提供的計(jì)算服務(wù)，也可連接本地計(jì)算服務(wù)進(jìn)行分析計(jì)算。無論是遠(yuǎn)程服務(wù)還是本地服務(wù)，均可為地調(diào)提供服務(wù)，從地調(diào)日常使用角度來看，兩服務(wù)可以互為備用，也能夠用于本地服務(wù)計(jì)算結(jié)果的比對(duì)，促進(jìn)地調(diào)分析計(jì)算服務(wù)的完善。

從趨勢(shì)上講，綜合式的計(jì)算服務(wù)屬于過渡方案，由其過渡到集中式計(jì)算服務(wù)是發(fā)展方向，但在目前各方面條件下，綜合式服務(wù)提供方案具有更好的操作性和更強(qiáng)的生命力。

圖6 綜合式分析計(jì)算方案示意圖

4 DTS聯(lián)網(wǎng)方案

在DTS不聯(lián)網(wǎng)使用的情況下，上述PAS利用模型拼接成果的方案對(duì)DTS系統(tǒng)均適用，最簡(jiǎn)便可行的方法是DTS直接使用PAS系統(tǒng)在模型拼接后的形成的模型與數(shù)據(jù)成果，必將使地調(diào)側(cè)DTS的計(jì)算準(zhǔn)確性得到實(shí)質(zhì)提升。

對(duì)于DTS聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)前有多種方案，主要有兩種:統(tǒng)一電網(wǎng)模型聯(lián)網(wǎng)方案和分散電網(wǎng)模型聯(lián)網(wǎng)方案。前者多使用模型拼接的成果和WEB方式實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是為地調(diào)參演人員在演習(xí)中面臨的是省調(diào)的EMS環(huán)境，因缺乏真實(shí)感而影響了演習(xí)效果。后者多不進(jìn)行實(shí)際的模型拼接，可克服上述缺點(diǎn)，但自身也存在著諸如分布式潮流計(jì)算等難點(diǎn)或信息交互量大、工程實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的問題。

DTS聯(lián)網(wǎng)方案特征是:雖然使用了模型拼接的成果，但計(jì)算仿真卻分散進(jìn)行，省地調(diào)參演人員面對(duì)的是各自日常使用的EMS環(huán)境，提高了演習(xí)環(huán)境的逼真度，同時(shí)避免了分布式潮流計(jì)算的異步迭代問題，實(shí)施方案相對(duì)簡(jiǎn)單，有良好的工程適用性。

4.1 省地調(diào)模型建立方法及其聯(lián)網(wǎng)

地調(diào)DTS系統(tǒng)通過本地的模型拼接客戶端，定制并獲取至少包含本地模型與省調(diào)核心模型的電網(wǎng)模型作為基態(tài)模型進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)演習(xí)。需要指出的是，為了增加逼真性，地調(diào)側(cè)基于該全網(wǎng)模型的計(jì)算分析是在后臺(tái)完成的，計(jì)算結(jié)果同步到地調(diào)參演人員平時(shí)使用的本地模型范圍與畫面。

省調(diào)僅采用本地模型，不拼接地調(diào)的模型。因?yàn)槭≌{(diào)的模型包括了云南電網(wǎng)的主網(wǎng)架，低電壓等級(jí)的設(shè)備通過等值到110kV的母線的等值負(fù)荷來表示，而且低電壓電網(wǎng)是輻射狀的，完全可以通過改變等值負(fù)荷的功率來跟蹤地調(diào)潮流的變化，從計(jì)算精度上來說幾乎沒有影響。

4.2 省調(diào)DTS與總調(diào)DTS聯(lián)網(wǎng)

在構(gòu)建有模型拼接系統(tǒng)后，省調(diào)DTS系統(tǒng)可以支持與總調(diào)DTS進(jìn)行互聯(lián)。篇幅原因，此處僅介紹主要方法。

省調(diào)模型拼接系統(tǒng)接收到總調(diào)下發(fā)的全網(wǎng)模型，實(shí)現(xiàn)云南省調(diào)電網(wǎng)模型與全網(wǎng)模型的拼接，形成于總調(diào)DTS基本一致的模型。當(dāng)然也有一定的區(qū)別，總調(diào)DTS對(duì)于各省調(diào)110kV及以下的變電站模型進(jìn)行了等值，通常等值為負(fù)荷。其他部分模型完全一致。省調(diào)DTS使用模型拼接形成的全網(wǎng)模型與總調(diào)DTS進(jìn)行同步仿真，仿真過程中保證省調(diào)與總調(diào)模型一致的部分設(shè)備狀態(tài)的同步，對(duì)于被總調(diào)等值為負(fù)荷的情況，考慮到分級(jí)調(diào)度管理的因素，其功率值以省調(diào)DTS為準(zhǔn)。

4.3 互聯(lián)數(shù)據(jù)同步

互聯(lián)時(shí)上下級(jí)調(diào)度DTS數(shù)據(jù)同步方法依賴于各自仿真的電網(wǎng)模型。如圖7所示，仿真的電網(wǎng)模型可分為兩部分，一部分是兩者完全一致的電網(wǎng)模型 (A)，由于下級(jí)調(diào)度DTS系統(tǒng)接入了上級(jí)調(diào)度DTS系統(tǒng)的全模型，因此大部分電網(wǎng)在上下級(jí)DTS中是一致的;而另一部分模型是指少量不一致的電網(wǎng)模型 (B和C)，這部分模型在于歸屬下級(jí)調(diào)度管轄的較低電壓等級(jí)電網(wǎng)模型在上級(jí)調(diào)度DTS系統(tǒng)中被等值，通常是將變壓器繞組等值為負(fù)荷。依據(jù)上述分類，培訓(xùn)過程將分別考慮一致模型和不一致模型的同步方法。

在一致模型的同步中，仿真數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互主要采用仿真事件交互的模式。這里的仿真事件是指包括開關(guān)刀閘操作、變壓器檔位調(diào)節(jié)、發(fā)電機(jī)出力調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、地刀操作等人工調(diào)節(jié)操作以及事件后保護(hù)動(dòng)作引起的開關(guān)變位、自動(dòng)裝置引起的電網(wǎng)變化等信息。在此過程中，只交互發(fā)生了變化的設(shè)備的信息，對(duì)于沒有變化的設(shè)備則不予交互。如此保證上下級(jí)調(diào)度DTS系統(tǒng)一致的設(shè)備能夠得到同步更新。

在不一致模型的同步中，從管轄權(quán)限上來看歸屬于下級(jí)調(diào)度，其當(dāng)前運(yùn)行方式應(yīng)以下級(jí)調(diào)度DTS為準(zhǔn)，下級(jí)DTS定時(shí)自動(dòng)上傳被等值的變壓器繞組的有功無功，上級(jí)DTS接收后自動(dòng)更新等值負(fù)荷的功率值，實(shí)現(xiàn)兩者不一致模型的同步。

圖7 數(shù)據(jù)同步示意圖

在綜合式計(jì)算分析方案下，基于模型拼接的省地一體化PAS和DTS聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分為三大部分，按照電力系統(tǒng)安全防護(hù)的要求和實(shí)際實(shí)用需求，模型拼接系統(tǒng)和PAS系統(tǒng)放置在I區(qū)，DTS位于II區(qū)，同時(shí)支持WEB信息的遠(yuǎn)程發(fā)布和互操作功能。具體配置方案如圖8所示。

圖8 部署示意圖

5 結(jié)束語

綜上所述，包含網(wǎng)省地調(diào)模型的全模型信息是調(diào)度體系信息化的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之一，一體化的PAS及三級(jí)DTS聯(lián)網(wǎng)只是其成果應(yīng)用的一方面。本文論述的內(nèi)容在工程實(shí)施上要考慮三大功能的建設(shè):全網(wǎng)模型拼接及模型服務(wù)、省地一體化PAS分析計(jì)算、網(wǎng)、省、地DTS互聯(lián)。模型拼接工程的分階段實(shí)施也決定了省地調(diào)一體化PAS及三級(jí)調(diào)度DTS互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)分階段的過程。

［1］溫柏堅(jiān)，張海波，張伯明，等.廣東省地區(qū)電網(wǎng)外網(wǎng)等值自動(dòng)生成系統(tǒng)設(shè)計(jì) ［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004.28(20):77～79.

［2］吳際舜.電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，1984.

［3］張瑞鵬.電力系統(tǒng)多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型拼接方法.中國專利申請(qǐng)?zhí)?00610166302.1［P］，2006.

［4］高明，姚建國，李峰，等.基于潮流方程組拼接模式的互聯(lián)系統(tǒng)分布式潮流計(jì)算 ［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008.32(2):12～15.