張鋒明, 付俊強, 李孝蕾,孫珂, 張心心, 金紅華

(1. 國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000；2. 杭州沃瑞電力科技有限公司，浙江 杭州 310012；3.國網浙江省電力公司，浙江 杭州 310007)

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地區(qū)智能電網調配自動化貫通模式

張鋒明1, 付俊強2, 李孝蕾1,孫珂3, 張心心1, 金紅華1

(1. 國網浙江省電力公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000；2. 杭州沃瑞電力科技有限公司，浙江 杭州 310012；3.國網浙江省電力公司，浙江 杭州 310007)

摘要：針對配電自動化系統(tǒng)無法對配電網進行完整分析與控制，以及配電自動化系統(tǒng)與調度自動化系統(tǒng)之間無法有效實現(xiàn)運行業(yè)務的協(xié)調配合等問題，對調配自動化貫通業(yè)務需求進行總結，從經濟性、安全性2個方面對各種貫通模式進行分析和比較，提出適合于中國調配自動化貫通的消息轉發(fā)模式雙總線架構，并介紹了模型校驗、“五防”控制、安全白名單校驗等關鍵技術。實際應用驗證了基于消息轉發(fā)模式的雙總線架構是可行和有效的。關鍵詞：配電自動化；調度自動化；調配自動化貫通；模型拼接校驗；“五防”校驗；白名單

1調配自動化貫通存在的問題

隨著新一代智能電網技術支持系統(tǒng)向地、市供電公司延伸以及配電自動化系統(tǒng)的深入應用，地區(qū)智能電網建設逐漸出現(xiàn)了一些新問題，具體表現(xiàn)為：

a)調配自動化貫通模式選擇問題。配電自動化建設階段側重于10 kV配電線路的故障診斷、隔離與恢復，忽視了與上級電網信息的互聯(lián)互通；對于調度自動化系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)邊界的電網資源管理不足，單靠配電自動化系統(tǒng)本身無法全面、有效地對配電網進行管控，不得不依賴調度自動化系統(tǒng)協(xié)同完成配電網調度管理工作，跨越2套系統(tǒng)進行配電網管理，給配電網調度、監(jiān)控、運行方式等專業(yè)的日常操作帶來很多不便；由于調度自動化系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)分離，數據資源、計算能力、服務能力無法在2套系統(tǒng)之間充分共享，數據一致性、完整性無法有效保障，一些基于全網資源的高級計算和分析工作無法有效展開，制約了配電自動化應用水平的提升及實用化程度的提高。

b)調配自動化貫通涉及諸多的技術問題，如通信、跨系統(tǒng)模型校驗等，在調配自動化貫通過程中，如何結合各地實際情況選擇合適的技術路線，直接影響到貫通的效果，也是在貫通前亟待解決的問題。

c)10 kV出線斷路器的安全控制問題。目前，對于10 kV出線斷路器的控制，其安全性由調度自動化系統(tǒng)獨立保障，當由配電自動化系統(tǒng)接管時，需要考慮安全性和可靠性的問題。配電自動化系統(tǒng)的加入，使得控制指令的傳輸鏈條發(fā)生變化，控制指令傳輸節(jié)點增多，原來的調度工作站→調度主站→前置→變電站自動化設備的安全保障機制需要作相應的調整，而且還要考慮到配電自動化指令的發(fā)送不能影響調度自動化系統(tǒng)的可靠運行，需要做好安全控制工作。

針對上述問題，本文從經濟性與安全性2個維度，首先對調配貫通業(yè)務進行總結；然后對調配貫通的3種模式進行分析，提出一種雙總線的調配貫通架構，并結合工程實際，設計貫通功能架構與融合方案；最后簡要介紹涉及調配自動化安全控制的關鍵技術，并給出部署實例。

2貫通需求

從業(yè)務角度來看，調配自動化貫通涉及的內容較多，總體來說主要包括數據、模型、圖形、服務和流程5個方面。

2.1數據

從類型上可將數據分為電網運行數據、電網故障信號、設備監(jiān)控數據3大類。電網運行數據主要以滿足電網調度指揮與電網運行分析需求為主，包括調度掛牌、摘牌信息。電網故障信號是電力調度值班員判斷電網故障及分析處理的依據，反映站內斷路器或繼電保護動作的結果，它包括全站事故總信號、間隔事故號、繼電保護動作信號、開關機構跳閘信號、重合閘動作信號和穩(wěn)定控制裝置動作信號。設備監(jiān)控數據是調控中心監(jiān)控值班員遙控、遙調操作和設備運行狀態(tài)信號，其中設備運行狀態(tài)信號按間隔反映一、二次設備及回路異常告警，以及站內交、直流電源異常告警。

調配自動化貫通時，需要采用恰當的技術路線，確保不同類型的數據都能在調度自動化系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)之間無縫流轉。配電自動化系統(tǒng)需要從調度自動化系統(tǒng)獲取有關的電網運行數據、電網故障信號和設備監(jiān)控數據，特別是與10 kV出線斷路器有關的運行狀態(tài)信號與告警信號。

2.2模型

模型是調配自動化貫通的基礎，遵循IEC 61970[1]和IEC 61968[2]的公共模型是調配自動化貫通的基礎。配電自動化系統(tǒng)需要獲取10 kV出線斷路器模型，通過一定的規(guī)則與配電自動化系統(tǒng)中的10 kV饋線拼接，并采用相應的校驗技術，及時發(fā)現(xiàn)拼接錯誤，保障模型的準確性。圖1為模型拼接示意圖。

2.3圖形

采用人工方式從調度自動化系統(tǒng)導入圖形，容易造成圖形、數據、模型不一致，也存在調度自動化系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)圖元格式不一致的問題。采用自動方式從調度自動化系統(tǒng)導入圖形，使得圖形與模型始終保持一致。

2.4服務

調度自動化系統(tǒng)提供了計算及校驗服務，利用配電自動化系統(tǒng)進行輔助決策時，有時需要利用調度自動化系統(tǒng)提供的服務，滿足計算與校驗需要。如利用調度自動化系統(tǒng)提供的“五防”(防止帶負荷分、合隔離開關，防止誤分、誤合斷路器、負荷開關、接觸器，防止在帶電時誤合接地開關，防止帶地線送電，防止誤入帶電室)校核服務，對調度指令進行安全性校驗。

2.5流程

為了避免調度自動化系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)操作不一致，需要保持流程的統(tǒng)一性和一致性。例如，當配電自動化系統(tǒng)在某條饋線上進行掛牌操作時，調度自動化系統(tǒng)應同步反映此掛牌信息；同理，當調度自動化系統(tǒng)在某條10 kV母線上進行檢修時，其掛牌信息應能夠反映到配電自動化系統(tǒng)中。

3貫通模式

調配電自動化貫通主要有3種模式：獨立通道直采、前置機轉發(fā)和消息轉發(fā)。獨立通道直采模式是指在配電自動化系統(tǒng)與110 kV變電站之間建立獨立的采集通道，采用獨立的前置機采集10 kV出線斷路器的量測數據，并上傳到配電自動化系統(tǒng)主站中。前置機轉發(fā)模式不需要獨立建立采集通道與前置機，而是利用現(xiàn)有的采集通道與前置機，由調度自動化系統(tǒng)的前置機轉發(fā)采集數據至配電自動化系統(tǒng)前置機，轉發(fā)采用IEC 101、IEC 102、IEC 103、IEC 104規(guī)約(以下簡稱“101/104規(guī)約”)，配電自動化系統(tǒng)前置機收到101/104規(guī)約報文后進行解析，把解析后的數據發(fā)送至配電自動化系統(tǒng)主站。消息轉發(fā)模式與前置機轉發(fā)模式類似，不同之處是由調度自動化系統(tǒng)前置機轉發(fā)處理過的“熟數據”至配電自動化系統(tǒng)。

3.1獨立通道直采模式

獨立通道直采模式在數據采集環(huán)節(jié)就把配電自動化系統(tǒng)與調度自動化系統(tǒng)嚴格分離開來，分別從各自的通道獲取量測數據，相互之間的依賴性低，任何一套系統(tǒng)的故障均不會影響別的系統(tǒng)。

獨立通道直采模式需要對110 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)進行必要的配置，如增加110 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)至配電自動化前置機的通道，如果110 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的遠動機不支持多通道配置，則需對遠動機升級；另外，還需要在前置機中手工錄入量測點號，錄入與審核工作量大，現(xiàn)場調試與測試周期長，稍有不慎會對現(xiàn)有的調度自動化系統(tǒng)造成沖擊，安全隱患比較大。

配電自動化系統(tǒng)涉及對110 kV變電站10 kV出線斷路器的控制，為防止出現(xiàn)誤操作，必須進行“五防”校驗。由于“五防”校驗涉及主變壓器以及全網拓撲[3]，配電自動化系統(tǒng)無法獨立完成，如果缺少基于全網拓撲的系統(tǒng)級“五防”校驗，單純依賴變電站內的微機“五防”系統(tǒng)，當變電站內微機“五防”系統(tǒng)失效或故障時，誤操作的風險就比較大。

3.2前置機轉發(fā)模式

前置機轉發(fā)模式的本質是利用調度自動化系統(tǒng)的前置機，把各個變電站采集上來的數據通過101/104規(guī)約直接轉發(fā)至配電自動化系統(tǒng)的前置機，配電自動化系統(tǒng)前置機在接收到101/104規(guī)約報文時，啟動解析程序，規(guī)約解析后上送到配電自動化系統(tǒng)主站。前置機轉發(fā)模式要求配電自動化系統(tǒng)前置機支持101/104規(guī)約，必要時還需要支持IEC 61850規(guī)約[4]。

前置機轉發(fā)模式不需要額外添加硬件資源，也不需要對變電站綜合自動化系統(tǒng)進行重新配置，只需在調度自動化系統(tǒng)前置機增加規(guī)約轉發(fā)即可。與獨立通道直采模式相比，前置機轉發(fā)模式投入成本少，周期短。在工程實施中，由于現(xiàn)有的調度自動化系統(tǒng)常采用雙前置的模式，在調試與測試時對調度自動化系統(tǒng)的沖擊相對較小。但前置機轉發(fā)模式仍存在很多不足，如對規(guī)約的轉發(fā)會加重前置服務器負擔，會造成數據延時，有時還需一定的人工維護。

在安全控制方面，前置機轉發(fā)模式與獨立通道直采模式相似，未能有效解決配電自動化系統(tǒng)的“五防”校驗問題。

3.3消息轉發(fā)模式

在物理結構上，消息轉發(fā)模式與前置機轉發(fā)模式類似，也是直接利用調度自動化系統(tǒng)的前置機資源，不同之處在于前置機轉發(fā)模式由調度自動化系統(tǒng)前置機向配電自動化系統(tǒng)前置機發(fā)送基于101/104規(guī)約的“生數據”，而消息轉發(fā)模式是由調度自動化系統(tǒng)前置機通過消息方式向配電自動化主站直接發(fā)送解析后的“熟數據”。與前置機轉發(fā)模式相比，通過消息轉發(fā)模式建立的配電自動化系統(tǒng)與調度自動化系統(tǒng)耦合程度更高，數據傳輸速度更快。

消息轉發(fā)模式本質上是把配電自動化系統(tǒng)主站視為調度自動化系統(tǒng)主站的備機，把解析后的變電站量測數據與保護動作數據直接送到配電自動化主站。消息轉發(fā)模式要求配電自動化系統(tǒng)能夠充分理解調度自動化系統(tǒng)的消息規(guī)范，實時解析消息總線發(fā)送來的“消息”，并且能夠按照調度自動化的規(guī)范來封裝“消息”。

由于調度自動化系統(tǒng)本身具有嚴密的“五防”校驗規(guī)則，因此可以借用調度自動化平臺本身提供的“五防”服務來解決配電自動化系統(tǒng)控制指令的安全性校核問題。

消息轉發(fā)模式能夠有效地利用現(xiàn)有調度自動化系統(tǒng)的軟硬件資源，節(jié)省了大量的投資，不僅具有前置機轉發(fā)模式的優(yōu)勢，而且能夠有效地解決前置機轉發(fā)模式與獨立通道直采模式所無法解決的系統(tǒng)級“五防”校驗問題。消息轉發(fā)模式數據傳輸速度更快，開發(fā)與調試周期短，投入成本相對較低，安全性相對較高。

3.43種模式的比較

獨立通道采集模式結構比較簡單，控制邊界清晰，配電自動化系統(tǒng)與調度自動化系統(tǒng)之間互不影響，2套系統(tǒng)耦合度低。但該模式開發(fā)與調試周期長，總投資較大，但安全問題比較突出。

前置機轉發(fā)模式結構較復雜，但能夠部分利用調度自動化系統(tǒng)的通道資源。與獨立通道直采模式相比，硬件投入成本低，開發(fā)與測試周期較低，2套系統(tǒng)耦合度高，安全問題仍然比較突出。

消息轉發(fā)模式結構最復雜，但能夠充分利用調度自動化系統(tǒng)的通道、前置機及其他資源。與前兩種模式相比，2套系統(tǒng)的耦合度最高，總體投入低，開發(fā)與測試周期短，且安全問題得到有效解決。

4消息轉發(fā)模式的關鍵技術

4.1雙總線貫通架構

消息總線為進程間的快速信息傳輸提供支持，應具有消息的注冊、撤銷、發(fā)送、接收、訂閱等功能，支持基于用戶數據報文協(xié)議(user datagram protocol，UDP)、傳輸控制協(xié)議(Transmission Control Protocol，TCP)2種實現(xiàn)方式，具有組播、廣播和點到點傳輸形式，適應一對多、一對一的信息交換場合。

服務總線能夠屏蔽實現(xiàn)數據交換所需的底層通信技術和應用處理的具體邏輯，提供服務的注冊、發(fā)布、請求、訂閱、確認、響應等信息交互機制，同時提供服務描述、服務代理和服務管理的功能，以滿足應用功能和數據在廣域范圍的使用和共享，支持請求/應答及訂閱/發(fā)布2種方式。

設計時可充分利用調度自動化系統(tǒng)消息總線的快速傳遞機制，當前置機接收到10 kV量測與保護數據時，直接把數據封裝成消息，調用消息總線把消息發(fā)送出去。配電自動化系統(tǒng)主站接收到消息之后，對消息進行解析，從而獲得相應的數據，這樣就可以把10 kV出線斷路器的遙測數據、斷路器變位信號、事故與告警信號、控制指令等實時數據和事件快速地從前置機傳遞到配電自動化系統(tǒng)主站。

利用服務總線的傳遞機制，可以實現(xiàn)對模型、圖形與流程數據的傳遞以及計算服務的調用，可將IEC 61970的CIM/E和CIM/G標準文件作為傳輸介質進行傳遞[5-9]，通過生成、解析CIM/E和CIM/G文件來完成調配自動化貫通。

4.2模型校核技術

調度自動化系統(tǒng)與配電自動化系統(tǒng)分別對不同電壓等級的電網進行管理，采用統(tǒng)一的、基于IEC 61970/61968標準的電網模型是調配自動化模型拼接的前提。當配電自動化系統(tǒng)通過服務總線接收主網模型時，根據調度命名規(guī)則，采用資源標識符加設備命名的方式來匹配10 kV出線斷路器，資源標識符通常以主網模型為準，在主網模型中，10 kV出線斷路器表現(xiàn)為負荷，在拼接時需要進行等值替換。

為了保障模型的正確性與完整性，必須對模型進行校驗。校驗通常分為2個層面，一是模型本身的校驗，包括拓撲完整性校驗、模型是否重復等工作，這種校驗通常由模型發(fā)送端(如調度自動化系統(tǒng))進行；二是量測不平衡度校驗，通過多量測斷面聯(lián)合參數辨識，把模型、量測綜合起來進行校驗，從而識別拼接過程中存在的連接關系錯誤。

4.3安全控制技術

4.3.1“五防”校驗技術

為了防止出現(xiàn)誤操作事故，在發(fā)送遙控命令之前，必須進行“五防”校驗。目前，對于變電站微機“五防”系統(tǒng)，是通過維護人員定義設備間的操作閉鎖關系來實現(xiàn)校驗的；而對于端站之間以及一些特殊情況，則無法實現(xiàn)“五防”校驗。

調度自動化系統(tǒng)具有完備的“五防”校驗技術，而配電自動化系統(tǒng)并不需要監(jiān)控110 kV主變壓器等設備，因此對10 kV出線斷路器防誤操作的校核存在障礙。解決辦法是在配電自動化系統(tǒng)主站發(fā)送遙控命令之前，通過調度自動化系統(tǒng)服務總線調用調度自動化系統(tǒng)所提供的“五防”服務，獲取“五防”校驗結果，從而得出該遙控指令能否下發(fā)的判斷。4.3.2白名單安全校驗技術

為了保障控制的安全性，在10 kV出線斷路器控制方面引入白名單安全校驗技術。白名單是通過規(guī)則設置的一個控制列表，如果接收到的指令在控制列表中，則通過校驗。為了保障遙控指令所對應的控制設備確實就是應控制的設備，在前置機設置一個允許通過的控制列表，任何一個控制指令所包含的控制設備必須在控制列表中，才能把控制指令下送到變電站所對應的設備。

白名單安全校驗共有廠站標識(identification，ID)、廠站名稱、控制設備ID、控制設備名稱、遙控點號、是否校驗、校驗人、校驗時間8個關鍵屬性。判斷一項遙控命令能否通過白名單由“是否校核”屬性來確定。如果白名單中某控制設備已經通過校核，則當校驗相應設備的控制指令時，允許通過；如果沒有校核則不予通過。白名單安全校驗技術將每一條指令與校核人結合起來，如果一個遙控點號沒有通過校核人的校核，則該控制指令就存在誤操作風險；如果一個遙控點號通過了校核人的校核，則意味著該設備錯控的可能性大大降低。

5調配自動化系統(tǒng)貫通架構設計

5.1部署架構

以浙江省紹興電網調配業(yè)務需求為出發(fā)點，以新一代的智能電網調度自動化技術支持系統(tǒng)(D5000平臺)與配電自動化系統(tǒng)主站(OPEN3200系統(tǒng))為基礎，按照安全防護要求，設計了基于消息轉發(fā)模式的雙總線調配自動化貫通硬件架構，如圖2所示。

D5000平臺與OPEN3200系統(tǒng)均部署在安全Ⅰ區(qū)，2套系統(tǒng)分別處于不同的網段，2個網段之間設置防火墻，確?？尚艛祿挠行鬟f。

系統(tǒng)核心為D5000平臺的總線服務器(含消息總線與服務總線)與前置機，通過前置機采集110 kV變電站量測與保護數據，并把解析后的消息數據通過防火墻送到接口服務器，接口服務器處理后把圖形、模型、量測數據送往配電自動化系統(tǒng)主站端。配電自動化系統(tǒng)主站通過接口服務器、防火墻把控制指令、業(yè)務流程信息送至D5000平臺，完成信息的雙向傳送與集成。

5.2功能架構

調配自動化系統(tǒng)貫通的功能架構如圖3所示。

為了滿足調配自動化貫通業(yè)務的需求，需要在D5000平臺和OPEN3200系統(tǒng)的基礎上設計相應的功能?？稍谂潆娮詣踊到y(tǒng)端加強10 kV出線斷路器的顯示、監(jiān)控和管理工作，如在配電自動化系統(tǒng)中對10 kV出線掛牌時，調度自動化系統(tǒng)應同步顯示，使得同一個標識對象具有相同的生命周期；可在調度自動化系統(tǒng)主站端加強對配電網負荷轉供工作的專業(yè)管理。

6結論

本文立足于調配自動化貫通的業(yè)務需求，從經濟性和安全性的角度對3種貫通模式進行分析，提出了基于消息轉發(fā)模式的雙總線貫通架構，并對貫通過程中存著的模型校核、白名單安全控制等關鍵技術進行研究。以浙江省紹興電網為例，設計了滿足調配自動化貫通的部署架構與功能架構，解決了貫通模式選擇和10 kV出線斷路器安全控制問題，滿足了主網和配電網調度過程中業(yè)務協(xié)同配合的需要，提升了配電網的調度能力。

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張鋒明(1977)，男，浙江紹興人。高級工程師，工學碩士，從事電力系統(tǒng)調度自動化技術管理工作。

付俊強(1973)，男，河南柘城人。高級工程師，工學學士，從事電力系統(tǒng)分析工作與信息集成工作。

李孝蕾(1982)，男，浙江紹興人。工程師，工學學士，從事電力系統(tǒng)調度自動化工作。

(編輯李麗娟)

Dispatching and Distribution Automation Integrations Patterns of Regional Smart Grids

ZHANG Fengming1, FU Junqiang2, LI Xiaolei1, SUN Ke3, ZHANG Xinxin1, JIN Honghua1

(1.Shaoxing Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Company, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 2. Hangzhou WR Power Science and Technology Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310012, China; 3. State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou, Zhejiang 310007, China)

Abstract：Currently, the power distribution automation system could neither completely analyze and control the power distribution network, nor effectively coordinate with the dispatching automation systems on operation business. In allusion to these two problems, this paper summarizes the demands of dispatching and distribution automation integrations. In two aspects of economy and security, it analyzes and compares various integration patterns, proposes dual bus architecture for message forwarding mode suitable for integrated penetration of Chinese dispatching and distribution automation integrations. Furthermore, it introduces crucialtechnologies such as model verifications, five-precautions, security white list verificaiton, and so on. Practical application verifies feasibility and validity of the dual bus architecture based on message forwarding model. Key words： power distribution automation; dispatching automation; integrated penetrationof dispatching and distribution automation; model splicing check; five-prevention check; white list

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.022

收稿日期：2015-10-13修回日期：2015-12-22

中圖分類號：TM734；TM764

文獻標志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)04-0122-06

作者簡介：