／寧波甬城配電網(wǎng)建設(shè)有限公司 黃逍遙／

新一代配電網(wǎng)自動化及管理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)

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隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，社會的電力需求量日益增加，對配電網(wǎng)自動化提出了更高的要求。配電網(wǎng)自動化是電力系統(tǒng)發(fā)展的大勢所趨。配電網(wǎng)管理系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對于配電網(wǎng)實現(xiàn)自動化運行具有至關(guān)重要的作用和意義。本文淺析了配電網(wǎng)自動化及其管理系統(tǒng)，對配電網(wǎng)管理系統(tǒng)中存在的問題進行了分析，探討了配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法，以期為我國配電網(wǎng)自動化及其管理系統(tǒng)的發(fā)展提供借鑒。

配電網(wǎng)；自動化；管理系統(tǒng)；設(shè)計

0 引言

配電網(wǎng)自動化及其管理系統(tǒng)作為配電網(wǎng)的重要組成部分，對于配電系統(tǒng)的正常運行具有至關(guān)重要的作用，能實現(xiàn)供電可靠性的有效提高和電能質(zhì)量的顯著改善。然而，由于受多種因素的影響，諸如管理體制以及技術(shù)實現(xiàn)等問題，雖然我國對配電網(wǎng)自動化及其管理系統(tǒng)的資金投入較大，但是并沒有取得理想的實際效果。

1 配網(wǎng)自動化及其管理系統(tǒng)

1.1 配網(wǎng)自動化概述

所謂配網(wǎng)自動化，就是指將電力設(shè)備與多種先進技術(shù)，諸如計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)等相結(jié)合，增強配電網(wǎng)運行的可靠性，實現(xiàn)對配網(wǎng)故障的及時檢查與有效控制，實現(xiàn)對配網(wǎng)管理的加強，實現(xiàn)電力系統(tǒng)供電可靠性和穩(wěn)定性的增強，避免停電事故，實現(xiàn)配電網(wǎng)工作效率和管理水平的有效提高，實現(xiàn)配電網(wǎng)服務(wù)水平的顯著改善[1]。

1.2 配網(wǎng)管理系統(tǒng)

配電網(wǎng)管理系統(tǒng)是一種綜合自動化系統(tǒng)，能加強對配網(wǎng)運行過程的有效監(jiān)視，提高對配網(wǎng)運行的管理水平。配網(wǎng)管理系統(tǒng)，要實現(xiàn)自動化地管理配電網(wǎng)。配電網(wǎng)管理系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：配網(wǎng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、配網(wǎng)用電的管理系統(tǒng)、配網(wǎng)管理系統(tǒng)、配網(wǎng)調(diào)度管理系統(tǒng)以及配網(wǎng)Web查詢系統(tǒng)。配電網(wǎng)自動化數(shù)據(jù)中心是配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)。配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)主要由以下部件構(gòu)成：前置機服務(wù)器、調(diào)度工作站、報表工作站、GIS服務(wù)器等[2]。

2 配網(wǎng)管理系統(tǒng)問題

2.1 DA+SCADA存在局限性

SCADA系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。DA能實現(xiàn)對配網(wǎng)中故障的自動處理。對于配電線路出現(xiàn)故障的路段，DA會將之隔離，并在同時間實現(xiàn)對沒有故障的路段的供電恢復(fù)，實現(xiàn)對停電時間的有效減少。DA是配網(wǎng)管理系統(tǒng)的基本功能，由于資金投資不到位，DA的覆蓋面相對較窄。在實際中，DA只能對日常調(diào)度工作中的部分內(nèi)容進行有效涵蓋，缺乏顯著的投入產(chǎn)出比例。我國經(jīng)濟發(fā)達(dá)的城市，諸如北上廣等地，平均停電時間很短，甚至沒有。接近于發(fā)達(dá)國家城市的供電水平。但從全國大多數(shù)城市和地區(qū)來看，尚且存在較大的差距。對我國配網(wǎng)自動化而言，DA的覆蓋范圍相對較窄，且沒有較強的互供能力，停電的持續(xù)時間較長。

2.2 地理信息系統(tǒng)的局限

我國的配電網(wǎng)具有較大的規(guī)模，且較為復(fù)雜，但是分散性較強。配網(wǎng)運行方式存在較大的變化。僅僅依賴經(jīng)驗對配網(wǎng)進行管理是非常不合理的。地理信息系統(tǒng)，即GIS可以提供反映我國地理信息的各種模型，可以作為對配網(wǎng)進行管理的參考依據(jù)，以加強對配電網(wǎng)設(shè)計、施工、檢修等的有效管理。國內(nèi)對地理信息系統(tǒng)在配電網(wǎng)管理中的應(yīng)用進行了積極探索，但尚不具備理想的性能和平衡的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，缺乏具有較強參考性的實際案例，其管理方式大多依賴于圖紙類的資料。其原因在于，地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，二者還缺乏信息的順暢交流。

2.3 配網(wǎng)管理系統(tǒng)的信息孤島

配網(wǎng)管理系統(tǒng)對配網(wǎng)所有信息進行了全面覆蓋，諸如生產(chǎn)、調(diào)度、運行以及服務(wù)。不同信息的保存主要是通過不同部門的子系統(tǒng)。例如，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)對實時信息進行保存，地理信息系統(tǒng)對設(shè)備信息進行保存，客戶的信息系統(tǒng)，即CIS負(fù)責(zé)對用戶信息的收集與儲存。由于缺乏完善的頂層系統(tǒng)，上述三個子系統(tǒng)由不同的部門統(tǒng)屬，這就在客觀上必然導(dǎo)致了信息孤島的產(chǎn)生。當(dāng)今，配網(wǎng)自動化的主站系統(tǒng)技術(shù)相對處于屏蔽狀態(tài)，國網(wǎng)系的開發(fā)商處于明顯的壟斷地位，同時也缺乏較多的供應(yīng)商。因此，陸續(xù)推出的子站產(chǎn)品只能實現(xiàn)部分功能，沒有一款產(chǎn)品能實現(xiàn)對GIS、SCADA、CIS以及MIS的有效集成。這種情況產(chǎn)生的原因在于標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，且各家公司生產(chǎn)出的產(chǎn)品無法實現(xiàn)良好的兼容，導(dǎo)致無法順利地交流和共享信息。因此，打破信息孤島尚需一個較長的過程。

3 配網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 配網(wǎng)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過對配網(wǎng)管理系統(tǒng)的分析可以看出，配網(wǎng)管理系統(tǒng)一方面是一個信息管理系統(tǒng)，另一方面也是一個安全可靠的開放式平臺，能有效實現(xiàn)對各種高級服務(wù)的應(yīng)用和執(zhí)行。通過配電網(wǎng)功能，諸如數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限、封裝底層通信以及應(yīng)用程序接口API等，實現(xiàn)對各種應(yīng)用程序的有效應(yīng)用，以實現(xiàn)對各種需求的滿足。

3.2 配網(wǎng)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

（1）網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)

公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，能有效兼容不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將信息通道構(gòu)筑在每臺設(shè)備上，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行ПＵ?。通過網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，上層軟件可以確保信息之間的交互，并確保NAP功能。同時，通過程序接口在網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)的有效利用，能實現(xiàn)自定義程序和上層軟件之間有效的信息交互。網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的功能由此實現(xiàn)。并承擔(dān)了網(wǎng)絡(luò)通信，利于模塊化組件對網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的接入。[3]

（2）分布式實時數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)主站實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)進行收集處理的功能，實現(xiàn)了對GIS服務(wù)器、DA服務(wù)器和報表工作站、RTU服務(wù)器等的有效集成。配網(wǎng)管理系統(tǒng)要求實時性較高的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的專業(yè)化程度要求較高，分布式實時數(shù)據(jù)庫可以有效滿足配網(wǎng)管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性要求。同時，配網(wǎng)管理系統(tǒng)需要對某些歷史數(shù)據(jù)進行儲存，因此，可以通過商業(yè)數(shù)據(jù)庫保存相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)。頂層設(shè)計當(dāng)中的數(shù)據(jù)中心，就是將RTDB建立在網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)和各應(yīng)用子系統(tǒng)之間，并通過分布式實時數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)形成配網(wǎng)管理系統(tǒng)的一個數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)[4]。

（3）C++Wrapper

C++Wrapper實現(xiàn)了配網(wǎng)管理系統(tǒng)的移植功能，有利于其對網(wǎng)絡(luò)平臺或者計算機平臺的移植。將C++Wrapper添加到配網(wǎng)管理系統(tǒng)和OS之間，可以巧妙地將操作系統(tǒng)的差異隱藏起來。C++Wrapper具備諸多邏輯結(jié)構(gòu)，例如進程管理、線程管理、網(wǎng)絡(luò)通信以及內(nèi)存管理等。C++Wrapper不同于Java虛擬機，C++Wrapper可以實現(xiàn)在配網(wǎng)管理系統(tǒng)中的嵌入，進而實現(xiàn)配網(wǎng)管理系統(tǒng)運行效率的有效提高。在對新系統(tǒng)進行移植時，需要對整個系統(tǒng)進行重新編譯[5]。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)

各種高級的應(yīng)用子系統(tǒng)，諸如報表子系統(tǒng)、Web子系統(tǒng)、圖形子系統(tǒng)、配電潮流、負(fù)荷預(yù)測等子系統(tǒng)的實現(xiàn)，是新一代配網(wǎng)管理系統(tǒng)的特色。本文著重對圖形子系統(tǒng)、Web子系統(tǒng)和報表子系統(tǒng)進行闡述。

圖形子系統(tǒng)是SCADA的重要組成部分，對于SCADA具有關(guān)鍵作用。圖形子系統(tǒng)能通過直觀的內(nèi)容形式，清晰地呈現(xiàn)配網(wǎng)的運行狀態(tài)，同時，能實現(xiàn)各類需求之間的交互。圖形子系統(tǒng)應(yīng)該實時地顯示電子元件的運行狀況，并將電力系統(tǒng)的參數(shù)變化清晰地呈現(xiàn)出來，呈現(xiàn)方式以曲線形式為主。圖形子系統(tǒng)有賴于對Document設(shè)計理念或者View設(shè)計理念的有效采用，對數(shù)據(jù)進行處理，并分離應(yīng)用數(shù)據(jù)，顯示出圖形。以應(yīng)用數(shù)據(jù)作為服務(wù)器，通過對Java Applet的使用，改造圖形顯示，以形成Web子系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理[6]。

報表子系統(tǒng)。配網(wǎng)管理系統(tǒng)提供的制表工作類似于Excel。將圖形和表格進行結(jié)合，并通過人工置數(shù)的方式，對數(shù)據(jù)進行保存。將報表設(shè)置成相同的格式，能有效提高其在不同設(shè)備上的兼容性[7]。

新一代配網(wǎng)管理系統(tǒng)，在某種意義上以Web子系統(tǒng)作為標(biāo)志。這就要求配網(wǎng)管理系統(tǒng)的瀏覽器能良好地實現(xiàn)Web瀏覽。用戶要高效利用Web瀏覽器對本地數(shù)據(jù)或者異地數(shù)據(jù)進行查閱和修改，主要以表格和曲線形式對數(shù)據(jù)信息進行顯示通過不同的顏色實現(xiàn)對狀態(tài)的區(qū)分。Web服務(wù)以組件技術(shù)形式建立了包括多種組件，諸如EIB組件模型，這種方式增強了配網(wǎng)管理系統(tǒng)的兼容性[8]。

3.3 無縫集成的DMS和GIS

實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)的互聯(lián)是解決問題的關(guān)鍵。使實時數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中實現(xiàn)，為GIS的分析提供數(shù)據(jù)。

某供電局配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)同步，這種配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)本身可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)顯示的支持。在該供電局自動化辦公網(wǎng)段上運行配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，在另一網(wǎng)段上運行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)上的顯示，可以通過雙網(wǎng)卡實現(xiàn)對兩個網(wǎng)段IP地址的設(shè)置。將這種設(shè)備作為SCADA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)兩個網(wǎng)段的實時數(shù)據(jù)同步。

4 結(jié)束語

配網(wǎng)管理系統(tǒng)是配電網(wǎng)自動化不可或缺的重要組成部分，對于增強配電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)配電質(zhì)量的改善，服務(wù)水平的提高具有至關(guān)重要的意義。新一代配電網(wǎng)自動化及其管理系統(tǒng)應(yīng)以SCADA為基礎(chǔ)，構(gòu)建分布式實時數(shù)據(jù)庫，無縫集成GIS和DMS，實現(xiàn)信息共享。

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