陳明旭　付小平　郎晟

摘要：配電網(wǎng)管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)真正自動(dòng)化運(yùn)行的關(guān)鍵部分，也是提高配電網(wǎng)可靠性的重要手段之一。因此，文章從配電網(wǎng)自動(dòng)化及管理系統(tǒng)出發(fā)，通過分配電網(wǎng)管理系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中出現(xiàn)的問題，總結(jié)了配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；自動(dòng)化；管理系統(tǒng)；DMS；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM73 文章編號(hào)：1009-2374（2017）02-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.018

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于配網(wǎng)自動(dòng)化的要求越來越高，電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展中，配網(wǎng)自動(dòng)化是必然的趨勢，因此有必要對新一代配電網(wǎng)自動(dòng)化及管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討。

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化及管理系統(tǒng)概述

智能電網(wǎng)的建設(shè)需要配電網(wǎng)作為基礎(chǔ)，相比國際上的發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)配電網(wǎng)無疑是落后的，原因包括兩個(gè)因素：一是時(shí)間因素，國內(nèi)起步相對較晚；二是經(jīng)濟(jì)因素，國家投入很多，但投資更多落到各級電網(wǎng)的主網(wǎng)上。就配網(wǎng)自動(dòng)化而言，我國起步晚，尚處于初級階段，而國外發(fā)達(dá)國家不但起步早，且電網(wǎng)的發(fā)展圍繞配網(wǎng)自動(dòng)化這一重心展開。如歐洲電網(wǎng)，目前圍繞分布式電源—微網(wǎng)—主動(dòng)配網(wǎng)展開，其中配網(wǎng)自動(dòng)化就是基礎(chǔ)和前提，而這也是智能電網(wǎng)的又一個(gè)基本要素。

1.1 配網(wǎng)自動(dòng)化

配網(wǎng)自動(dòng)化就是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)及電力設(shè)備有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)正常運(yùn)行及故障情況下的檢查、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理，其目的在于為用戶提供穩(wěn)定、可靠的供電，減少停電時(shí)間和范圍，提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、管理水平和工作效率，進(jìn)而改善服務(wù)水平。

1.2 配網(wǎng)管理系統(tǒng)

配網(wǎng)管理系統(tǒng)（Distribution Management System，簡稱DMS），是指通過把從變配電到用電過程的監(jiān)視、控制和管理的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的全面自動(dòng)化管理。其架構(gòu)如圖1所示，整套系統(tǒng)涵蓋生產(chǎn)管理、用電管理、配電網(wǎng)管理、調(diào)度管理、WEB查詢五個(gè)子系統(tǒng)。

配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，由RTU服務(wù)器（前置機(jī)服務(wù)器）、SCADA服務(wù)器、MMI（調(diào)度工作站）、報(bào)表工作站、DA服務(wù)器、GIS服務(wù)器等組成，基于NAP（因特網(wǎng)路由選擇層次體系中的通信交換點(diǎn)）。RTU服務(wù)器的其中一臺(tái)主前置服務(wù)器出現(xiàn)故障，另外一臺(tái)服務(wù)器將自動(dòng)成為主前置服務(wù)器。SCADA服務(wù)器的運(yùn)行原理同RTU服務(wù)器一致，可以說配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)是整個(gè)配電網(wǎng)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)中心。

2 DMS存在的主要問題

2.1 DA+SCADA的局限

從圖2可知，DA+SCADA是DMS功能當(dāng)中的一部分，DA主要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障自動(dòng)化處理，也就是自動(dòng)隔離配電線路當(dāng)中的故障段，同時(shí)使非故障段恢復(fù)供電，減少停電時(shí)間。作為DMS系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)基本功能，由于資金方面的問題，DA的覆蓋面比較窄。事實(shí)上，也DA的功能大部分只涵蓋日常調(diào)度工作當(dāng)中的部分內(nèi)容，投入產(chǎn)出比不夠明顯。

在我國的北京、上海、天津等相對發(fā)達(dá)的地區(qū)，用戶平均停電時(shí)間相對較短，基本能夠達(dá)到美國、德國這樣的程度，但同日本相比差距十分明顯。但從全國來看，差距明顯。從這里就可看出，我國配電網(wǎng)自動(dòng)化在DA方面的覆蓋面狹窄，互供能力差，最直觀的感受就是停電時(shí)間長。

2.2 GIS瓶頸

我國幅員遼闊，相應(yīng)的配電網(wǎng)規(guī)模大而分散、復(fù)雜，運(yùn)行方式變化大，這種情形下，單純依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行管理，顯然是不科學(xué)的。GIS（地理信息系統(tǒng)）可以為配電網(wǎng)的管理提供具備地理信息的模型，進(jìn)而有效管理配電網(wǎng)的相關(guān)資產(chǎn)、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、施工及檢修等。在這方面，國內(nèi)進(jìn)行了積極的探索，但就性能來說，不是很理想，且發(fā)展不平衡，可供參考的實(shí)用案例較少，且更多以圖紙資料管理為主，這是GIS與SCADA之間信息交互不暢而產(chǎn)生的瓶頸。

2.3 信息孤島

從圖1中可知，DMS涵蓋了配電網(wǎng)生產(chǎn)、調(diào)度、運(yùn)行、及服務(wù)的全過程，也就是說，DMS系統(tǒng)涵蓋了供給側(cè)與需求側(cè)的所有信息，這些信息就目前的實(shí)際來看，基本由不同部門的子系統(tǒng)保存。比如說用電側(cè)的實(shí)時(shí)信息由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)收集并儲(chǔ)存，設(shè)備信息由GIS系統(tǒng)收集并儲(chǔ)存，用戶信息則由CIS（客戶信息系統(tǒng)）收集儲(chǔ)存，而這三個(gè)子系統(tǒng)又分屬于不同的部門，這在客觀上形成了信息孤島。這也是頂層系統(tǒng)不完善的必然結(jié)果，就目前來看，配網(wǎng)自動(dòng)化的主站系統(tǒng)有著較高的技術(shù)壁壘，國網(wǎng)系的主站供應(yīng)商（開發(fā)商）占據(jù)著比較明顯的壟斷優(yōu)勢，但事實(shí)上供應(yīng)商較少是一個(gè)不爭的事實(shí)，這就導(dǎo)致了實(shí)現(xiàn)各種功能的子站產(chǎn)品陸續(xù)推出，卻沒有一家的產(chǎn)品能夠集成GIS、SCADA、CIS、MIS（信息管理系統(tǒng)），其根源在于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各家的產(chǎn)品兼容性不足，無法順利實(shí)現(xiàn)信息的交互共享，可以說打破信息孤島還要走很長的一段路。

3 DMS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于對上述問題、配電網(wǎng)自動(dòng)化及DMS系統(tǒng)的分析，新一代DMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)以覆蓋全網(wǎng)設(shè)備為基礎(chǔ)，以利用信息資源為手段，以生產(chǎn)指揮及調(diào)度為主體，提高管理水平為目標(biāo)作為設(shè)計(jì)原則。

3.1 DMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從上文對DMS系統(tǒng)的分析來看，這一系統(tǒng)并不僅僅是一個(gè)信息管理系統(tǒng)，而是一個(gè)安全可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用并執(zhí)行各種高級服務(wù)的開放式平臺(tái)，通過應(yīng)用程序接口API，封裝底層通信及數(shù)據(jù)庫訪問控制權(quán)限等功能，這樣才能在平臺(tái)上應(yīng)用滿足各種需求的應(yīng)用程序。

3.2 DMS的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)。CORBA技術(shù)能夠兼容各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)工作時(shí)，先與每臺(tái)設(shè)備上構(gòu)筑信息通道，保證數(shù)據(jù)的傳輸，上層軟件通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的交互，并通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)NAP功能。同時(shí)在該系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口，實(shí)現(xiàn)用戶自定義程序與上層軟件的信息交互。這就使網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)成為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)，可方便實(shí)現(xiàn)模塊化組件的接入。

3.2.2 分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)上文的分析，SCADA主站集成RTU服務(wù)器、SCADA服務(wù)、MMI、DA服務(wù)器、報(bào)表工作站、GIS服務(wù)器等?？梢哉fSCADA是一個(gè)數(shù)據(jù)收集處理中心，而DMS系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求較高，專業(yè)化程度高，DRTIDBS（分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫）可滿足DMS的實(shí)時(shí)性要求。同時(shí)DMS系統(tǒng)還需要儲(chǔ)存一些歷史數(shù)據(jù)，那么可以采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫對這些歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。通過在網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)與各應(yīng)用子系統(tǒng)之間建立RTDB，并由分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)形成DMS的一個(gè)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，這就是頂層設(shè)計(jì)當(dāng)中的數(shù)據(jù)中心。

3.2.3 C++Wrapper。C++Wrapper可使DMS系統(tǒng)具備移植性，便于移植到計(jì)算機(jī)平臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，在DMS及OS間添加C++Wrapper，使操作系統(tǒng)之間的差異被隱藏。C++Wrapper具備進(jìn)程管理、線程調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)通信、內(nèi)存管理等邏輯結(jié)構(gòu)，與java虛擬機(jī)不同，C++Wrapper可嵌入在DMS

平臺(tái)中，可有效提高DMS的運(yùn)行效率，不過還是有一定的缺陷。就是在移植到新系統(tǒng)時(shí)，需要重新編譯整個(gè)系統(tǒng)。

3.2.4 應(yīng)用系統(tǒng)。新一代DMS的特色就在于高級應(yīng)用子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，比如圖形子系統(tǒng)、Web子系統(tǒng)、報(bào)表子系統(tǒng)、負(fù)荷預(yù)測、配電潮流等，此處就前三者進(jìn)行闡述。

首先，圖形子系統(tǒng)，該系統(tǒng)是SCADA的關(guān)鍵部分，以直觀方式呈現(xiàn)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行狀況，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)供給側(cè)與需求側(cè)交互的主要應(yīng)用界面，該系統(tǒng)應(yīng)實(shí)時(shí)顯示電力元器件的運(yùn)行狀況、以曲線的形式呈現(xiàn)電力系統(tǒng)當(dāng)中的參數(shù)變化。采用Document/View設(shè)計(jì)概念，分離應(yīng)用數(shù)據(jù)及圖形顯示，此時(shí)只需實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)類的處理，就可生成各種需求的圖形子系統(tǒng)。并將應(yīng)用數(shù)據(jù)當(dāng)作服務(wù)器，以Java Applet改造圖形顯示，通過CORBA遠(yuǎn)程調(diào)用或直接通信，就能實(shí)現(xiàn)Web的圖形子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

其次，報(bào)表子系統(tǒng)，DMS提供一套與Excel相似的制表工具，根據(jù)DMS的特點(diǎn)，將表格與圖形有機(jī)結(jié)合，圖文并茂，并能夠通過人工置數(shù)，在數(shù)據(jù)庫永久保存，報(bào)表格式一致，提高在不同設(shè)備上的兼容性。

最后，Web子系統(tǒng)，這是新一代DMS系統(tǒng)的標(biāo)志，因此需要實(shí)現(xiàn)具備強(qiáng)大Web瀏覽功能的瀏覽器，用戶可使用該Web瀏覽器，實(shí)現(xiàn)本地或異地的數(shù)據(jù)修改與查閱，可查閱內(nèi)容包括遙測值、計(jì)算值、計(jì)劃值、變損、線損、日志、不平衡率、表計(jì)參數(shù)等，顯示方式包括表格或曲線以不同的顏色區(qū)分不同的狀態(tài)。Web服務(wù)以組件技術(shù)形式建立EIB組件模型，包括數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)庫連接等組件，這種方式能使配電管理系統(tǒng)具備較好的兼容性。

3.3 無縫集成DMS與GIS

解決問題的關(guān)鍵就是實(shí)現(xiàn)GIS與SCADA系統(tǒng)的互聯(lián)，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在地理信息圖當(dāng)中現(xiàn)實(shí)，并且為GIS的分析提供數(shù)據(jù)，某供電局配網(wǎng)GIS與SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步，這種配網(wǎng)GIS本身可支持SCADA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示。但是配網(wǎng)GIS在該供電局自動(dòng)化辦公網(wǎng)段上運(yùn)行，而SCADA在另一網(wǎng)段上運(yùn)行，要實(shí)現(xiàn)在GIS系統(tǒng)上顯示SCADA的數(shù)據(jù)，可利用WebSRV也就是雙網(wǎng)卡設(shè)置兩個(gè)網(wǎng)段的IP地址。用這種設(shè)備當(dāng)作SCADA拘束的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，利用GISSRV作為接受服務(wù)器，通過轉(zhuǎn)發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)段的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。

4 結(jié)語

對于配電網(wǎng)自動(dòng)化來說，DMS系統(tǒng)是不可或缺的組成部分，可使電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的可靠運(yùn)行，改善配電質(zhì)量，促進(jìn)服務(wù)水平的提高。因此，新一代DMS系統(tǒng)應(yīng)從標(biāo)準(zhǔn)、管理、技術(shù)等多個(gè)方面考慮，以SCADA為基礎(chǔ)，建立分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，通過合適手段實(shí)現(xiàn)GIS與DMS的無縫集成，并以通暢的信息交互方式，實(shí)現(xiàn)信息的共享。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）